一种Al-Ni-Y-Ca系铝基非晶态合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开一种Al-Ni-Y-Ca系铝基非晶态合金及其制备方法，属于非晶态合金 领域。
【背景技术】
[0002] 铝基非晶合金具有优异的性能，如高强度、低密度、高弹性应变极限、良好的耐腐 蚀性等，在高性能结构领域具有重要应用前景。目前，Al基非晶已经发展了 40多种体系、 300多种合金，主要集中在Al-RE、Al-RE-TM、Al-LTM-ETM (RE :稀土元素 ，TM :过渡族元素， LTM :后过渡族元素 ，ETM :前过渡族元素)等二元或多元体系。但是，错基合金的非晶形成能 力（GFA)有限，所制备的材料多为薄带或粉末。因此，设计并开发出具有良好非晶形成能力 和热稳定性的新合金体系对制备铝基非晶合金具有重要意义。
[0003] 非晶结构的形成是晶体相与非晶相的竞争过程，抑制晶体相的形成有利于非 晶的形成。目前主要通过采用更高纯度的原料[Y. Zhou, Y. Zhao. Intermetallic 65 (2015) 56-62]、更高真空度[X. H. Lin, W. L. Johnson, W. K. Rhim. Materials transactions，J頂35 (5) 473-477]，来减少熔体污染，降低非均匀形核，提高GFA。但是，高 纯度的原料所需成本更高，且不适宜工业化生产。稀土元素是常用来改善铝基合金非晶形 成能力的一类重要元素，但该类元素价格昂贵。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种体系简单、成分配比合理、制备容易、成本低廉，同时 具有良好非晶形成能力及热稳定性的Al-Ni-Y-Ca系铝基非晶态合金及其制备方法。
[0005] 本发明一种Al-Ni-Y-Ca系铝基非晶态合金，按原子百分比，其成分为： Als5xNi7Y8Cax (0 < X < 6)〇
[0006] 本发明一种Al-Ni-Y-Ca系铝基非晶态合金制备方法，包括以下步骤： 第一步：配料 选用纯度高于99. 9%的纯金属Al，高于99. 9%的纯金属Ni，高于99. 9%的Y，98%的纯 金属Ca，按合金成分Als5xNi7Y8Cax (0 < X < 6)进行配料； 第二步：熔炼母合金 以钛为吸氧剂，用Ar气为保护气氛，在真空电弧熔炼炉中将步骤一配好的合金原料反 复熔炼6~8次，得到均匀母合金锭，炉内真空度要求高于I X 10 3Pa ;在熔炼制备母合金之 前，首先熔炼钛锭吸收炉腔中的氧。
[0007] 第三步：甩带制备非晶合金 将步骤二制备的母合金锭表面进行打磨、清洗、风干，去除表面氧化层及熔渣，然后放 入石英管，再装入甩带机，在Ar气保护中加热重熔、甩带制备非晶薄带，铜辊线速度约30m/ s，喷射压力0· 08MPa左右，真空度约为0· lPa~2Pa。
[0008] 本发明的优点和积极效果： (1)本发明基于Al-Ni-Y三元体系，引入Ca，构成四元系铝基非晶合金，体系简单。设 计原子比为（Al+Ca) :Ni:Y=85:7:8,测得表征GFA的参数ΔΤχ是Al85Ni 7Y8的I. 12~1. 94倍。 改变Ni和Y的比例，会使效果大幅衰减，表明四种元素在该比例下的协同作用，对最终的铝 基非晶合金性能的提升起到了重要的作用。
[0009] (2)优选成分Al81Ni7YsCaJ^ Δ T 33K，远高于一般铝基非晶材料，同时比 Al85Ni7Y8提高94%，而且明显优于其它配比，说明该比例下，四种元素在该比例下的协同作 用，对最终的铝基非晶合金性能的提升起到了重要的作用。
[0010] (3)本发明采用工业纯金属Al、Ni、Ca和稀土金属Y，改变了目前广泛采用提高原 料金属纯度来提高铝基合金GFA的方法。
[0011] (4)采用工业纯金属Ca，有效的抑制了 Al原子扩散、增加熔体堆积密度，还起到净 化熔体的作用，从而有效抑制初生晶体的形成，提高铝基合金的非晶形成能力和热稳定性。
[0012] (5)本发明Al-Ni-Y-Ca系铝基非晶合金，在真空度0. lPa~2Pa的条件下即可制备 得到非晶合金，降低了制备铝基非晶态合金的条件，改变了目前广泛采用提高真空度制备 获得非晶的方法。
[0013] 综上所述，本发明提出的Al-Ni-Y-Ca系铝基非晶态合金具有良好的非晶形成能 力和热稳定性，合金体系和制备方法简单，成本低廉，在轻质高强新材料领域具有广阔的应 用前景。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明对比例和实施例1、2、3、4、5、6制备的Als5xNi 7Y8Cax (χ=0· 5、1、1· 5、 2、 3、4)合金薄带的X射线衍射（XRD)结果，横坐标为2倍衍射角2 Θ，纵坐标为衍射强度； 图2为本发明对比例和实施例1、2、3、4、5、6制备的Als5xNi7Y8Ca x (χ=0、0. 5、1、1. 5、2、 3、 4)合金薄带在20K/min加热速率下连续升温的DSC曲线，横坐标为加热温度，纵坐标为热 量。
[0015] 附图1中： 曲线1为对比例制备的Al85Ni7Y8合金薄带的XRD结果； 曲线2为实施例1制备的AlS4.5Ni7YsCa a5合金薄带的XRD结果； 曲线3为实施例2制备的Al84Ni7Y8Ca1合金薄带的XRD结果； 曲线4为实施例3制备的Al83.5Ni7YsC ai.5合金薄带的XRD结果； 曲线5为实施例4制备的Al83Ni7Y8Ca2合金薄带的XRD结果； 曲线6为实施例5制备的Al82Ni7Y8Ca3合金薄带的XRD结果； 曲线7为实施例6制备的Al81Ni7Y8Ca4合金薄带的XRD结果； 附图2中： 曲线8为对比例制备的Al85Ni7Y8合金薄带的DSC曲线； 曲线9为实施例1制备的AlS4.5Ni7YsCa a5合金薄带的DSC曲线； 曲线10为实施例2制备的Al84Ni7Y8Ca1合金薄带的DSC曲线； 曲线11为实施例3制备的Al83.5Ni7YsC ai.5合金薄带的DSC曲线； 曲线12为实施例4制备的Al83Ni7Y8Ca2合金薄带的DSC曲线； 曲线13为实施例5制备的Al82Ni7Y8Ca3合金薄带的DSC曲线； 曲线14为实施例6制备的Al81Ni7Y8Ca4合金薄带的DSC曲线。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图及【具体实施方式】详细介绍本发明。本领域的技术人员可以通过实施 例实现本发明权利要求的全部内容。
[0017] 对比例：制备Al85Ni7Y8非晶态合金 第一步，配料 采用原料纯度为99. 9%以上的Al、Ni、Y金属块，通过打磨除去金属块表面氧化层，依次 在酒精和丙酮中超声波清洗并风干，按照原子比为Al :Ni :Y =85 :7 :8进行配料； 第二步，熔炼母合金 在以钛为吸氧剂，Ar气为保护气氛条件下，在真空电弧熔炼炉中将第一步配好的母合 金原料反复熔炼6~8次，得到均匀母合金锭，炉内真空度小于I X 10 3Pa ;在熔炼制备母合金 之前，首先熔炼钛锭吸收炉腔中的氧； 第三步，甩带制得非晶合金 将母合金锭表面的氧化层打磨，碎成块，在丙酮和酒精中超声波清洗、风干后放入石 英管，再装入甩带机，在Ar气保护中采用感应加热重熔后甩带制备非晶薄带，铜辊