CN105671459A - 一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法 - Google Patents

一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法，该铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成：Al1-a-b-cZnaBbZrcNbd，其中a=0.11-0.18，b=0.12-0.15，c=0.14-0.17，d=0.02-0.03。该方法制备的金属玻璃具有良好的机械性能，尤其具有突出的断裂强度与塑性变形能力。

Description

一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及非晶态合金材料制造领域，具体涉及一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法。
背景技术
非晶合金原子结构具有长程无序、短程有序的特点，不具备传统晶体材料中的位错等缺陷。这使其表现出许多优异的力学性能，如超高强度和断裂韧性、高硬度、低弹性模量、独特的形变和断裂行为等。块体金属玻璃是迄今为止发现的最强、最硬、最软和最韧的金属结构材料。基于这些优异的性质，非晶态合金在航空航天、兵器工业、精密仪器和生物医疗等方面都有广阔的应用前景，具有很高的科学价值和应用价值，因此近年来引起了人们的广泛关注。
相对于其他钛基、锆基和铁基等块体金属玻璃，铝锆锌基块体金属玻璃的组元少，制备工艺相对简单，成本较为低廉。铝锆锌金属玻璃不但具有高强度、大弹性变形、高硬度、耐磨损和耐腐蚀等优良性能，还具有较小的膨胀系数，适于近终成形，成形后表面光洁度高，因此是一种潜在的优良结构材料。但是铝锆锌基金属玻璃在宏观上表现出极大的脆性，在这一定程度上限制了其在结构材料方面的应用。
发明内容
本发明提供一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法，该方法制备的金属玻璃金具有良好的机械性能，尤其具有突出的断裂强度与塑性变形能力。
为了实现上述目的，本发明提供了一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法，该铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成：Al1-a-b-cZnaBbZrcNbd，其中a=0.11-0.18，b=0.12-0.15，c=0.14-0.17，d=0.02-0.03；
该方法包括如下步骤：
（1）按照上述分子式称取各元素进行配料，选取纯度为99.99％的Al块、纯度为99.99％的Zn块、纯度为99.99％的B块、纯度为99.99％的Zr块和纯度为99.99％的Nb块进行合金配料配置，按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料；
（2）将步骤(1)配制的原料装入熔炼炉中，对熔炼炉抽真空至5×10-3Pa，然后充入高纯氩气，氩气纯度大于99.999%，使熔炼室气压达到0.05MPa，充分熔炼3-5遍，保证熔炼均匀；
（3）用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位，用电弧将合金锭熔化，并逐渐加大电流至700A，利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模，得到直径为5-10mm的铝锆锌基金属玻璃复合材料棒材；
（4）按如下重量百分比准备熔覆的的金属粉末：15％≤Zr≤20％、2％≤Ti≤8％、2％≤Nb≤5％、2％≤C≤6％，铝粉为余量，球磨混合，金属粉末的粒度范围为60-150微米；
（5）使用连续光纤激光器，设定熔覆工艺，采用同步送粉方式对步骤（4）中的金属粉末进行多道熔覆，冷却至室温，在钛基非晶材料基体带材制备一层合金涂层；
（6）使用连续光纤激光器，设定重熔工艺，对步骤（5）中制得的合金涂层进行激光表面重熔，冷却至室温，获得具有非晶涂层的钛基非晶材料。
优选的，步骤（5）中的熔覆工艺是指：依次设置激光功率500-1000W，光斑直径1-2mm，搭接率0.3-0.5，扫描速度300-2000mm/min，同步送粉量为5-15g/min，保护氩气流量10-20L/min。
优选的，步骤（6）中的重熔工艺是指：依次设置激光功率500-2000W，光斑1-2mm，搭接率0.3-0.5，扫描速度600-3000mm/min，保护氩气流量10-20L/min。
具体实施方式
实施例一
本实施例的铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成：Al0.61Zn0.11B0.12Zr0.14Nb0.02。
按照上述分子式称取各元素进行配料，选取纯度为99.99％的Al块、纯度为99.99％的Zn块、纯度为99.99％的B块、纯度为99.99％的Zr块和纯度为99.99％的Nb块进行合金配料配置，按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料。
将配制的原料装入熔炼炉中，对熔炼炉抽真空至5×10-3Pa，然后充入高纯氩气，氩气纯度大于99.999%，使熔炼室气压达到0.05MPa，充分熔炼3遍，保证熔炼均匀。
用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位，用电弧将合金锭熔化，并逐渐加大电流至700A，利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模，得到直径为5mm的铝锆锌基金属玻璃复合材料棒材。
按如下重量百分比准备熔覆的的金属粉末：Zr=15％、Ti=2％、Nb=2％、C=2％，铝粉为余量，球磨混合，金属粉末的粒度范围为60-150微米。
使用连续光纤激光器，设定熔覆工艺，采用同步送粉方式对的金属粉末进行多道熔覆，冷却至室温，在钛基非晶材料基体带材制备一层合金涂层。
使用连续光纤激光器，设定重熔工艺，对制得的合金涂层进行激光表面重熔，冷却至室温，获得具有非晶涂层的钛基非晶材料。
熔覆工艺是指：依次设置激光功率500W，光斑直径1-2mm，搭接率0.3，扫描速度300mm/min，同步送粉量为5g/min，保护氩气流量10L/min。
重熔工艺是指：依次设置激光功率500W，光斑1-2mm，搭接率0.3，扫描速度600mm/min，保护氩气流量10L/min。
实施例二
本实施例的铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成：Al0.57Zn0.18B0.15Zr0.17Nb0.03。
按照上述分子式称取各元素进行配料，选取纯度为99.99％的Al块、纯度为99.99％的Zn块、纯度为99.99％的B块、纯度为99.99％的Zr块和纯度为99.99％的Nb块进行合金配料配置，按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料。
将配制的原料装入熔炼炉中，对熔炼炉抽真空至5×10-3Pa，然后充入高纯氩气，氩气纯度大于99.999%，使熔炼室气压达到0.05MPa，充分熔炼5遍，保证熔炼均匀。
用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位，用电弧将合金锭熔化，并逐渐加大电流至700A，利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模，得到直径为10mm的铝锆锌基金属玻璃复合材料棒材。
按如下重量百分比准备熔覆的的金属粉末：Zr=20％、Ti=8％、Nb=5％、C=6％，铝粉为余量，球磨混合，金属粉末的粒度范围为60-150微米。
使用连续光纤激光器，设定熔覆工艺，采用同步送粉方式对的金属粉末进行多道熔覆，冷却至室温，在钛基非晶材料基体带材制备一层合金涂层。
使用连续光纤激光器，设定重熔工艺，对制得的合金涂层进行激光表面重熔，冷却至室温，获得具有非晶涂层的钛基非晶材料。
熔覆工艺是指：依次设置激光功率=1000W，光斑直径1-2mm，搭接率=0.5，扫描速度=2000mm/min，同步送粉量为=15g/min，保护氩气流量=20L/min。
重熔工艺是指：依次设置激光功率=2000W，光斑1-2mm，搭接率=0.5，扫描速度=3000mm/min，保护氩气流量=20L/min。
比较例
按照Al55Zr17Si5Zn10的分子式，按照常规方式，制备Al55Zr17Si5Zn10非晶合金材料。
对相同形状和尺寸的实施例1-2及比较例的软磁合金进行屈服强度和压缩塑性的测试，测试结果显示：实施例1-2的屈服强度相对比较例提升32%以上，压缩塑性相对比较例提高25%以上。

Claims (1)

1.一种铝锆锌基金属玻璃的制备方法，该铝锆锌基金属玻璃基体由以下原子配比的合金制成：Al1-a-b-cZnaBbZrcNbd，其中a=0.11-0.18，b=0.12-0.15，c=0.14-0.17，d=0.02-0.03；
该方法包括如下步骤：
（1）按照上述分子式称取各元素进行配料，选取纯度为99.99％的Al块、纯度为99.99％的Zn块、纯度为99.99％的B块、纯度为99.99％的Zr块和纯度为99.99％的Nb块进行合金配料配置，按照摩尔比进行精确称量配比并使用乙醇超声波清洗原料；
（2）将步骤(1)配制的原料装入熔炼炉中，对熔炼炉抽真空至5×10-3Pa，然后充入高纯氩气，氩气纯度大于99.999%，使熔炼室气压达到0.05MPa，充分熔炼3-5遍，保证熔炼均匀；
（3）用拨勺将熔炼好的合金锭放入吸铸工位，用电弧将合金锭熔化，并逐渐加大电流至700A，利用熔炼室和吸铸室压差将合金液体吸入铜模，得到直径为5-10mm的铝锆锌基金属玻璃复合材料棒材；
（4）按如下重量百分比准备熔覆的的金属粉末：15％≤Zr≤20％、2％≤Ti≤8％、2％≤Nb≤5％、2％≤C≤6％，铝粉为余量，球磨混合，金属粉末的粒度范围为60-150微米；
（5）使用连续光纤激光器，设定熔覆工艺，采用同步送粉方式对步骤（4）中的金属粉末进行多道熔覆，冷却至室温，在钛基非晶材料基体带材制备一层合金涂层，熔覆工艺是指：依次设置激光功率500-1000W，光斑直径1-2mm，搭接率0.3-0.5，扫描速度300-2000mm/min，同步送粉量为5-15g/min，保护氩气流量10-20L/min；
（6）使用连续光纤激光器，设定重熔工艺，对步骤（5）中制得的合金涂层进行激光表面重熔，冷却至室温，获得具有非晶涂层的钛基非晶材料，重熔工艺是指：依次设置激光功率500-2000W，光斑1-2mm，搭接率0.3-0.5，扫描速度600-3000mm/min，保护氩气流量10-20L/min。
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