一种富铝大块非晶合金及其制备方法

文档序号:3419732阅读:291来源:国知局

专利名称::一种富铝大块非晶合金及其制备方法
技术领域
:本发明涉及一种合金,具体地说是涉及一种以铝(A1),稀土元素(镧或钆)为主要成分,添加了适量其它金属元素的富铝大块非晶合金。
背景技术
:通常,金属或合金从液态冷却下来时都会结晶形成晶体。现已发现某些金属或合金在冷却速率足够快,例如达到每秒钟104106&的数量级时,在固化时会保持液态时的极端粘滞的状态,从而抑制晶化,得到非晶态的金属或合金。为了获得如此高的冷却速率,只能将熔化的金属或合金喷到导热非常好的传导基底上,这样获得的非晶金属或合金的尺寸非常小。例如,将熔态合金喷射到高速旋转的铜辊上,得到薄带,或浇铸到冷基底中得到薄片和粉末等,其临界尺寸在微米数量级上。非晶合金被重新加热到玻璃化转变温度(Tg)以上时,类似于氧化物玻璃,非晶合金在晶化前存在一个发生软化但不晶化的温度区,称为过冷液相区(SLR)。过冷液相区对于非晶金属的加工成型有重要意义。过冷液相区越宽,超塑性加工能力越强。对于具有良好的形成能力的非晶合金,其过冷液相区越宽越好。影响非晶合金抵抗晶化的能力主要因素是合金的成分体系和元素配比,同时也与合金从熔态冷却下来形成非晶的冷却速率有关。我们期望抑制结晶的冷却速率足够低,和尽可能宽的过冷液相区,这样的大块非晶合金可以在不发生晶化的情况下,充分加热到玻璃转变温度以上进行加工,使其适合于工业用途。近十年来块状非晶合金在制备及性能研究方面取得突破性进展。目前已能在较低的冷却速率下,通过普通工艺方法如金属模铸造、水淬、遏制非均匀形核、定向凝固、粉末冶金、喷铸成形、压实成型等制备多种合金体系的块状非晶合金。块状非晶合金由于其优异的力学性能、良好的加工性能、优良的化学活性和磁学性能,在民用及军事领域显示出广阔的应用前景。目前,人们在不断寻找高玻璃形成能力的新体系非晶合金。铝基非晶合金由于成本低,密度低及比强度高等一系列优点,在航空航天等领域有着广泛的应用前景。但铝基非晶形成能力较差,目前还没有毫米级的块体非晶。而目前已知的非晶体系中,铝的含量普遍偏低(原子比<25%),导致非晶成本加大。因此,发展一种富铝(原子比>35%)大块非晶合金既有广阔的应用前景又有重要的科学研究价值。
发明内容本发明的目的在于提供一种具有高玻璃形成能力、抑制结晶能力强、可以在很低的冷却速率下制得更大尺寸的、以铝,稀土镧或钆为主要元素的富铝大块非晶合金。本发明的另一目的在于提供一种所述富铝大块非晶合金的制备方法。本发明的目的是通过如下的技术方案实现的本发明提供一种富铝大块非晶合金,是以铝和稀土元素为主要成分,添加其它金属元素,其组成如式I所示AlaLabXcNidMe(式I)其中-X为铈(Ce)、钇(Y)、钆(Gd)或这些元素的组合;M为钴(Co)或铜(Cu);下标代表原子比(摩尔比),其中35SaS40,30Sb^55,0Sc^20,5《d^15,(KeSlO,ia+b+c+d+e=100。本发明提供的式I所示富铝大块非晶合金尺寸在各个维度不小于1毫米。本发明提供一种上述富铝大块非晶合金的制备方法,包括如下步骤1)将各个金属组分按上述式I的组成所需要的原子配比配料,在钛吸附的氩气氛的电弧炉中,将该材料反复熔炼使其均匀,冷却后得到母合金铸锭;2)使用常规的金属型铸造法,将步骤l)制得的母合金铸锭敲碎,在电弧炉中重新熔化,利用电弧炉中的吸铸装置,将母合金的熔体吸入水冷铜模,得到所需的富铝含量大块非晶合金AlaLabXeNidMe。本发明提供另一种富铝大块非晶合金,其组成如式n所示Al35GdfEr5o—fCoi5(式II)其中下标f代表原子比(摩尔比),且0^fe22。本发明提供的式II所示富铝大块非晶合金尺寸在各个维度不小于1毫米。本发明提供一种上述富铝大块非晶合金的制备方法,包括如下步骤1)将各个金属组分按上述式II的组成所需要的原子配比配料,在钛吸附的氩气氛的电弧炉中,将该材料反复熔炼使其均匀,冷却后得到母合金铸锭;2)使用常规的金属型铸造法,将步骤1)制得的母合金铸锭敲碎,在电弧炉中重新熔化,利用电弧炉中的吸铸装置,将母合金的熔体吸入水冷铜模,得到所需的富铝含量大块非晶合金Al35GdfEr5(MCo15。本发明提供的两个系列的富铝大块非晶合金具有高玻璃形成能力,其晶化温度在590K到680K左右,玻璃转变温度在530K至640K之间,过冷液相区的宽度在3570K之间。与现用技术相比,本发明提供的富铝大块非晶合金优益之处在于1、该富铝大块非晶合金的临界冷却速率低,冷却速率(/^)可以达到102K/s的数量级,抑制结晶能力强,易于形成大尺寸的非晶合金,其尺寸在各个维度不小于1毫米。2、该大块非晶合金系的铝含量为所报道的块体非晶体系中为最高,铝含量在35%(原子比)以上,其中实施例1中的Al4QLa35Y1QNi15的铝含量达到40%(原子比)。3、该富铝大块非晶合金具有较高的强度,其强度可以达到lGPa以上,具有较广阔的应用前景。图1为本发明实施例1的非晶合金AUoLa35YK)N^和实施例2的非晶合金Al4()La5()Ni15的X射线衍射分析谱,样品直径为1毫米;5图2为本发明实施例1的非晶合金AUoLa35Y,。叫5的DSC曲线图;图3为本发明实施例1的非晶合金AUoLa35Y,。N』的DTA曲线图。具体实施例方式实施例1、AUoLa35Yn)Ni,5大块非晶合金的制备使用纯度为99.5%以上的Al、La、Y及M制备大块非晶合金,首先将四种组分按摩尔量比为40:35:10:15的比例配好后,在钛吸附的氩气氛的电弧炉中反复熔炼,混合均匀,冷却后得到A1-La-Y-Ni四元合金的母合金铸锭;然后使用常规的金属型铸造方法,将此铸锭敲碎,在电弧炉中重新熔化,利用电弧炉中的吸铸装置,将母合金熔体吸入水冷铜模,得到本发明的富铝含量大块非晶合金,其成分为Al4。La35Y1QNi15,直径lmm。如图1所示的X射线衍射(XRD)证明该合金是完全的非晶态的。如图2所示的热分析(DSC)图,其玻璃化转变温度(7p,晶化开始温度(r》,过冷区间的宽度"r=7>7p分别为586K,627K和41K。此外,该合金还具有较高的约化玻璃温度(rj和玻璃化指数(》,它们分别为0.536和0.374。T^和;K值通常可以用来判断非晶合金的玻璃形成能力,因此可知Al4()La35YK)N^非晶合金具有较大的玻璃形成能力。实施例229按实施例1的方法制备各种配比的富铝大块非晶合金,其组成和热物性参数列于表l。表l、高铝含量大块非晶合金的组成和热物性参数<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注i)其中7^二7;/7;,;k二7;/Y7;+rj。2)表中各成分样品测量时所用的加热速率为20K/min。本发明提供的富铝大块非晶合金所要求的铝为工业用的原材料,其纯度为99.5°/。,由于铝的成本较低,并且密度低,比强度高,在航空航天及汽车工业中都有重要应用。而非晶合金由于其无序的结构,具有比晶体合金更好的机械性能,因此,发展富铝大块非晶合金具有潜在的应用前景。权利要求1、一种富铝大块非晶合金,是以铝和稀土元素为主要成分,添加其它金属元素,其组成如式I所示AlaLabXcNidMe(式I)其中X为铈、钇、钆或这些元素的组合;M为钴或铜;下标代表原子比,其中35≤a≤40,30≤b≤55,0≤c≤20,5≤d≤15,0≤e≤10,且a+b+c+d+e=100。2、一种制备富铝大块非晶合金的方法,包括如下步骤1)将各个金属组分按权利要求1所述的式I的组成所需要的原子配比配料,在钛吸附的氩气氛的电弧炉中,将该材料反复熔炼使其均匀,冷却后得到母合金铸锭;2)使用金属型铸造法,将步骤l)制得的母合金铸锭敲碎,在电弧炉中重新熔化,利用电弧炉中的吸铸装置,将母合金的熔体吸入水冷铜模,得到所需的富铝含量大块非晶合金AlaLabXeNidMe。3、一种富铝大块非晶合金,其组成如式II所示Al35GdfEr50-fCo15(式II)其中下标f代表原子比,且0SK22。4、一种制备富铝大块非晶合金的方法,包括如下步骤1)将各个金属组分按权利要求3所述的式II的组成所需要的原子配比配料,在钛吸附的氩气氛的电弧炉中,将该材料反复熔炼使其均匀,冷却后得到母合金铸锭;2)使用常规的金属型铸造法,将步骤1)制得的母合金铸锭敲碎,在电弧炉中重新熔化,利用电弧炉中的吸铸装置,将母合金的熔体吸入水冷铜模,得到所需的富铝含量大块非晶合金Al35GdfEr5(MCo15。全文摘要本发明涉及一种富铝大块非晶合金,其组成为Al<sub>a</sub>La<sub>b</sub>X<sub>c</sub>Ni<sub>d</sub>M<sub>e</sub>,其中X为铈、钇、钆或其组合,M为钴或铜,35≤a≤40,30≤b≤55,0≤c≤20,5≤d≤15,0≤e≤10,且a+b+c+d+e=100。本发明涉及另一种富铝大块非晶合金,其组成为Al<sub>35</sub>Gd<sub>f</sub>Er<sub>50-f</sub>Co<sub>15</sub>,其中0≤f≤22。本发明还涉及上述富铝大块非晶合金的制备方法,其为将各个金属组分按所需比例配料后熔炼、冷却、敲碎、重新熔化后,吸铸而得。本发明提供的富铝大块非晶合金尺寸在各个维度不小于1毫米,具有高玻璃形成能力,其晶化温度在590K到680K左右,玻璃转变温度在530K至640K之间,过冷液相区的宽度在35~70K之间。文档编号B22D18/06GK101671798SQ20081022224公开日2010年3月17日申请日期2008年9月12日优先权日2008年9月12日发明者孙保安,汪卫华,潘明祥,赵德乾申请人:中国科学院物理研究所
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