一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法

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一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,属于金属玻璃和粉末冶金材料领域。其方法是将雾化非晶态合金粉末进行球磨改性处理后,于0.5Tg温度以下固结成形,即制得密度可达95%的完全非晶合金,Tg为非晶态合金的玻璃转变温度。本发明所制备的块体材料保持了粉末状态的非晶态结构,工艺、设备简单,操作方便,不受合金体系的非晶形成能力限制,可以制备大尺寸、复杂形状的块体非晶态合金及结构构件;可实现非晶态合金的规模化制备和应用。
【专利说明】
一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,属于金属玻璃和粉末冶金材料领域。
【背景技术】
[0002]非晶态合金的原子排列不具有长程原子有序,使其兼有一般金属和玻璃的双重特性,具有优异的物理、化学和力学等性能,具有广阔的应用前景,近年来得到了广泛的关注。受合金体系非晶形成能力的影响,目前制备的块体非晶尺寸较小,许多合金体系只能制备粉末、薄带等形状的材料,难以制备块体材料,限制了其应用。
[0003]现有技术也有采用非晶态合金粉末成形方法制备块体非晶态合金材料的,其成形方法主要包括热压、热挤压、等离子烧结、激光烧结、微波烧结、爆炸成形等方法。这些方法的共同点是需要对非晶态合金粉末进行加热,通常需要将非晶态合金粉末加热到玻璃转变温度Tg或Tg以上,在温度及压力共同作用下,实现粉末固结成形,制备块体材料。由于成形温度在Tg或Tg以上,成形加热热能和变形热能的共同作用,会导致非晶粉末发生晶化,这些方法制备的块体材料通常是晶化相+非晶复合结构,无法得到完全非晶态结构块体材料。
[0004]另外,为了防止加热过程中粉末表面氧化,降低块体材料的性能,通常需要在真空状态下进行成形,再加上需要使用加热设备,使得制备工艺变得复杂。粉末爆炸成形不需要采用加热设备对粉末进行直接加热,利用爆炸产生的瞬时高能高速冲击作用,将能量快速传递给粉末,使粉末快速升温、变形、固结成形,这一过程也会使粉末温度升高、局部结构改变,导致微观结构不均匀、块体材料性能发生变化。
[0005]控制温度是控制非晶态合金粉末微观结构的关键因素。高温下,粉末容易成形,但会产生晶化。室温或低温成形是保持非晶态合金粉末原始非晶态结构的唯一途径。但是,在室温或低温,非晶态合金强度高,塑性非常低,具有玻璃的硬脆特征,在压力作用下几乎不发生变形就破裂,使得非晶粉末无法成形。实验表明,施加的成形作用力小,非晶态合金粉末不会变形,无法实现粉末成形;施加的成形作用力大,非晶态合金粉末会直接破碎,也使粉末无法固结成形。
[0006]因此,实现非晶态合金粉末固结成形与保持非晶态结构就成为一对难以解决的矛盾,这也是通过非晶态合金粉末成形制备块体完全非晶态合金材料的难点。在室温实现非晶态合金粉末固结成形方法至今未见报道。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺、设备简单、操作方便的采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法。
[0008]本发明一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,是将雾化非晶态合金粉末进行球磨改性处理后,于0.5Tg温度以下固结成形,即制得块体非晶态合金,Tg为非晶态合金的玻璃转变温度。
[0009]本发明一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,雾化非晶态合金粉末球磨改性处理的具体工艺参数为,采用粒径小于等于150 μπι(-100目)的雾化非晶态合金粉末,在惰性气体保护气氛中球磨48h?120h,球料质量比为8?12:1,球磨转速为250r/min ?350r/mino
[0010]本发明一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,球磨时,控制球磨物料温度< 0.5Tgo
[0011]本发明一种采用非晶态粉末制备非晶态合金材料的方法,固结成形选自模压成形,等静压成形,或挤压成形,固结成形温度为室温?0.5Tgo
[0012]本发明一种采用非晶态粉末制备非晶态合金材料的方法,模压成形工艺参数为:压制压力500MPa?800MPa ;等静压成形工艺参数为:压制压力300MPa?600MPa ;挤压成形工艺参数为:挤压比6?15:1。
[0013]本发明一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,制备的非晶合金密度可达95%。
[0014]本发明的优点和积极效果:
[0015]本发明对雾化非晶态合金粉末进行机械球磨改性处理,使粉末表面活化,改善粉末成形性能,经室温或低温(<0.5Tg)固结成形,实现室温或低温成形制备块体非晶态合金。
[0016]本发明一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,对雾化非晶态合金粉末球磨处理,使非晶态合金粉末表面有效结合,制备出高性能、大尺寸非晶态合金,克服了现有技术中非晶态合金粉末室温或低温成形的难题。所制备的块体材料保持了粉末状态的非晶态结构,性能达到了非晶态合金粉末热成型的效果,工艺、设备简单,有利于规模化制备和应用。
[0017]本发明一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法制备块体非晶态合金,不受合金体系的非晶形成能力限制,可以制备大尺寸、复杂形状的块体非晶态合金及结构构件。
[0018]本发明所制备的非晶态合金样品采用X射线衍射仪(XRD)检测块体材料的结构,表明其具有典型的非晶态结构特征;采用示差扫描量热计(DSC)分析粉末的玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx,用扫描电子显微镜(SEM)进行显微组织分析,所制备的材料保持了粉末状态的非晶态结构;采用阿基米德法测量试样的密度,合金密度可达95%。
[0019]本专利提出的一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,解决了非晶态合金粉末室温或低温成形难题,实现室温或低温固结成形制备大块非晶态合金。
[0020]综上所述,本发明工艺、设备简单,操作方便,不受合金体系的非晶形成能力限制,可以制备大尺寸、复杂形状的块体非晶态合金及结构构件;可实现非晶态合金的规模化制备和应用。
【附图说明】
[0021]附图1是本发明实施实例I制备的Zr55Cu40Al5^金块体材料的XRD分析结果。
[0022]附图2是本发明本发明实施实例I制备的Zr55Cu4l3Al5合金块体材料的显微组织(SEM观察结果)。
[0023]图3是本发明本发明本发明实施实例I制备的Zr55Cu40Al5^金块体材料断口 SEM图。
[0024]从图1的XRD分析结果可知,实施例1制备的Zr55Cu4l3Al5^金块体材料具有典型的非晶态结构特征。
[0025]从图2的SEM观察结果可知,实施例1制备的Zr55Cu4l3Al5^金块体材料,采用经过球磨改性Zr5lA^Al1。雾化粉末成形的块体材料的显微组织没有观察到粉末界面,粉末完全全士么云口口 ο
[0026]从图3的断口 SEM图可知,实施例1制备的Zr55Cu40Al5^金块体材料,断裂时,裂纹穿过原始粉末扩展,而不是沿着界面扩展,表明粉末界面的结合强度不低于粉末基体强度。
【具体实施方式】
[0027]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0028]实施例1 =Zr55Cu40Al5合金
[0029]选用Zr55Cu4l3Al5合金雾化非晶态合金粉末,装入球磨罐,球料比为12:1,抽真空后充入高纯Ar气,在行星式球磨机中球磨96h,球磨转速为250r/min ;然后将球磨后的非晶态合金粉末装入成形模具,采用600MPa压力压制成形,即制得密度大于91%的块体非晶态合金材料,压制温度为210°C ( = 0.3Tg)。经XRD、DSC、SEM分析,所制备的块体材料具有非晶态结构。
[0030]实施例2 -Zr50Cu50合金
[0031]选用ZrMCu5。合金雾化非晶态合金粉末,装入球磨罐,球料比为10:1,抽真空后充入高纯Ar气,在行星式球磨机中球磨48h,球磨转速为300r/min ;然后将球磨后的非晶态合金粉末装入成形模具,采用400MPa压力进行等静压压制成形,即制得密度大于82%的块体非晶态合金材料,压制温度为室温。经XRD、DSC、SEM分析,所制备的块体材料具有完全非晶态结构。
[0032]实施例3 -Al82Ni10Y8合金
[0033]选用Al82Ni1J8合金雾化非晶态合金粉末,装入球磨罐,球料比为10:1,抽真空后充入高纯Ar气,在行星式球磨机中球磨96h,球磨转速为300r/min ;然后将球磨后的非晶态合金粉末装入成形模具,采用700MPa压力压制成形,即制得密度大于92%的块体非晶态合金材料,压制温度为140°C ( = 0.5Tg)。经XRD、DSC、SEM分析,所制备的块体材料具有非晶态结构。
[0034]实施例4 =Al82Ni10Y8合金
[0035]选用Al82Ni1J8^金雾化部分非晶态合金粉末,装入球磨罐,球料比为10:1,抽真空后充入高纯Ar气,在行星式球磨机中球磨120h,球磨转速为300r/min,获得完全非晶态合金粉末;然后将球磨后的非晶态合金粉末装入包套,经真空除气、封焊,然后进行挤压成形,制得密度为95%的块体非晶态合金材料。挤压比为9:1,挤压温度为室温。经XRD、DSC、SEM分析,所制备的块体材料具有非晶态结构。
[0036]上述实施实例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人员了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的思路所作的等效变化或改进,都应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,是将雾化非晶态合金粉末进行球磨改性处理后,于0.5Tg温度以下固结成形,即制得块体非晶态合金,Tg为非晶态合金的玻璃转变温度。2.根据权利要求1所述的一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,其特征在于:雾化非晶态合金粉末球磨改性处理的具体工艺参数为,采用粒径小于等于150ym(-100目)的雾化非晶态合金粉末,在惰性气体保护气氛中球磨48h?120h,球料质量比为8?12:1,球磨转速为250r/min?350r/min。3.根据权利要求1所述的一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,其特征在于:球磨时,控制球磨物料温度< 0.5Tgo4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,其特征在于:固结成形选自模压成形,等静压成形,挤压成形中的一种,固结成形温度为室温?0.5Tgo5.根据权利要求4所述的一种采用非晶态合金粉末制备块体非晶态合金的方法,其特征在于:模压成形工艺参数为:压制压力500MPa?SOOMPa ;等静压成形工艺参数为:压制压力300MPa?600MPa ;挤压成形工艺参数为:挤压比6?15:1。
【文档编号】C22C45/00GK106032562SQ201510103186
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月9日
【发明人】刘祖铭, 黄立清, 李飞
【申请人】中南大学
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