专利名称：一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金及其制备方法
技术领域：
本发明公开了一种具有强非晶形成能力的Al-Ni-Ce-La四元系铝基非晶态合金 及其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术：
铝基非晶合金因为具有高强度、高塑性、低密度，良好的弹性和韧性、耐腐蚀和 耐磨性能，在航空航天、轻型化运输工具、石油、化工等领域有着广泛的应用前景，自1988 年 He [Y. He, S. J. Poon, G. J. Shiflet. Science 241(1988) 1640-1642] ； Inoue [A. Inoue, K.Ohtera, A. -P. Tsai, Τ.Masumoto. Jpn J Appl Phys 27(1988)L280-L282 ；L479-L482 ； L736-L739]采用快速凝固方法制备出铝基非晶态合金以来，受到了广泛的关注。但与其他 合金体系(如锆基、钯基、铁基、镧基等)相比，铝合金的非晶形成能力较差，目前Al基合金 制备的非晶态结构材料体积小，由于尺寸问题而无法获得应用。为了制备块体铝基非晶态 合金材料，开展了许多研究工作，主要包括两个方面，一是研究新的制备方法，如粉末冶金 方法制备大块铝基非晶[刘祖铭，刘咏，黄伯云，黄劲松，郭晟，杜勇.粉末冶金技术，2008， 26(2) :115-120]，二是发展新型铝基非晶态合金，希望获得能制备大块铝基非晶的合金成 分。中国专利，CN03111967.0，一种铝基非晶合金及其制备方法，采用线速度为30 55m/ s的铜辊甩带制备了 Al-Mg-Ce非晶合金；中国专利，200310118908. 4，铝基非晶合金及其制 备方法，公开了一种原子百分比组成为Ni8 10 %，Zr3 7 %，Cul 5 %，Yl 3 %，其余 为Al的铝基非晶态合金，在熔体喷射压力为0. 03 0. 05MPa，最低制备线速度为23m/s的 条件下，制备出了铝基非晶合金。这些研究成果拓展了铝基非晶的合金体系，对铝基非晶态 合金的发展有重要意义。但由于铝合金的非晶形成能力较差，熔体凝固直接制备块体铝基 非晶态合金材料还很困难。因此，提高铝基合金的非晶形成能力，是亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有合金之不足而提供一种组分配比合理、具有强非晶形 成能力的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金及其制备方法。本发明一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金，按原子百分比，其成分为 Al84Ni10Ce(6_x)Lax(x = 1 6, at. % ) > Al84Ni(10_y)Ce6Lay (y = 1 3, at. % )禾口 Al(84_z) Ni10Ce6Laz(ζ = 1 3，at. % )。本发明一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金的制备方法，包括以下步骤第一步配料选用纯金属，按照名义成分Al84Ni10Ce (e-x)Lax (χ = 1 6, at. % ) > Al84Ni(10_y) Ce6Lay (y = 1 3，at. % )或 Al(84_z)Ni10Ce6Laz (ζ = 1 3，at. % )配料；第二步制备母合金将第一步配好的合金原料用真空电弧炉熔炼3 6次，同时进行电磁搅拌，制得熔 炼均勻的母合金锭；或用真空感应熔炼炉在Ar保护气氛中熔炼制得母合金；
第三步甩带制备非晶带将第二步制备的母合金经打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加热重熔，待 母合金完全熔化后，将合金熔体喷射到旋转的铜辊表面冷却制得非晶带；加热重熔和甩带 过程在Ar气保护气氛中进行，石英管下端与铜辊表面相距Imm 2mm ；铜辊最小线速度为 10m/s，熔体喷射压力为0. 07MPa 0. 08MPa，真空度为2Pa lO—Pa。本发明的优点和积极效果 (1)本发明提出的一种Al-Ni-Ce-La系四元铝基非晶态合金，通过添加大尺寸原 子Ce和La，提高了无序密堆结构的致密程度，增加合金黏度、降低原子扩散系数，抑制晶核 的形成，提高了合金的玻璃形成能力，La的加入有效提高了熔体的抗氧化能力；(2)本发明提出的一种Al-Ni-Ce-La合金体系，非晶形成能力强，冷却速率低，铜 辊最低线速度为10m/S的条件下，甩带制备出完全非晶态合金；(3)本发明提出的一种Al-Ni-Ce-La四元系铝基非晶态合金，成分和制备方法简 单，真空度要求低。(4)可采用工业纯金属Al、Ni、Ce和La作为原料，原材料的纯度要求低。综上所述，本发明组分配比合理、具有强非晶形成能力，制备方法简单，冷却速率 要求低。
附图1是本发明实施例1、2、3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的X射 线衍射(XRD)分析结果。附图2是本发明实施例4、5、6、7制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的X 射线衍射(XRD)分析结果。附图3是本发明实施例1、2、3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的热稳 定性分析(DSC)结果，升温速率为20K/min。附图1中曲线1为实施例1制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果；曲线2为实施例2制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。曲线3为实施例3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。根据附图1的XRD分析结果，本发明实施例1、2、3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非 晶态合金带材均为非晶态结构。附图2中曲线4为实施例4制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果；曲线5为实施例5制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。曲线6为实施例6制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。曲线7为实施例7制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的XRD结果。根据附图2的XRD分析结果，本发明实施例4、5、6、7制备的Al-Ni-Ce-La系铝基 非晶态合金带材均为非晶态结构。附图3中曲线8为实施例1制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的DSC结果，铜辊线速度为lOm/s ；曲线9为实施例2制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的DSC结果，铜辊 线速度为lOm/s ；曲线10为实施例3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材的DSC结果，铜辊 线速度为lOm/s。根据附图3的示差扫描量热仪进行的热稳定性分析结果，表明本发明实施例1、2、 3制备的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相 区 ΔΤχ。
具体实施方式
本发明采用纯金属为原料，制备出多种Al-Ni-Ce-La体系非晶态合金，下面结合 典型实例对本发明做进一步说明。实施例1 制备成分为Al84NiltlCe4La2 (χ = 2, at. % )的非晶态合金第一步配料选用纯金属，按照名义成分Al84NiltlCe4La2 (χ = 2，at. % )配料。配料时应机械打 磨除去纯金属原料表面的污染层，然后用酒精和丙酮混合溶液清洗并风干。第二步制备母合金将第一步配好的合金原料用真空电弧炉熔炼3 6次，同时进行电磁搅拌，制得熔 炼均勻的母合金锭，真空度为10_3Pa ；或用真空感应熔炼炉在Ar保护气氛中熔炼制得母合 金，真空度为10_2Pa;第三步甩带制备非晶带将第二步制备的母合金经表面打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加热重 熔，真空度2Pa KT1Pa,待母合金完全熔化后，将母合金熔体喷射到旋转的铜辊表面冷却 制得厚度为130 μ m的非晶带；加热重熔和甩带过程在Ar气氛中进行，石英管下端与铜辊 表面相距Imm 2mm，铜辊线速度为10m/s，熔体喷射压力为0. 07MPa 0. 08MPa，真空度为 2Pa ICT1Pa ；第四步利用X射线衍射仪(XRD)进行物相分析，XRD物相分析结果表明所制备的 带材为非晶态结构；利用示差扫描量热仪进行热稳定性分析，结果表明本发明所制备的带 材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相区Δ Tx。实施例2 制备成分为Al84Ni9Ce6La (y = 1, at. % )的非晶态合金按照名义成分Al83NiltlCe6La (y = 1, at. %)配料，然后按照实例1的方法和步骤 制备得到成分为Al84M9Ce6La非晶带，厚度为105 μ m。XRD物相分析结果表明所制备的带材 为非晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的 过冷液相区ΔΤχ。实施例3 制备成分为Al83NiltlCe6La(z = 1, at. % )的非晶态合金按照名义成分Al83NiltlCe6La (z = 1, at. %)配料，然后按照实例1的方法和步骤 制备得到成分为Al83NiltlCe6La非晶带，厚度为100 μ m。XRD物相分析结果表明所制备的带 材为非晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽 的过冷液相区ΔΤΧ。
实施例4 制备成分为Al84NiltlCe2La4 (χ = 4，at. % )的非晶态合金按照名义成分Al84NiltlCe2La4 (χ = 4，at. % )配料，然后按照实例1的方法和步骤 以20m/s制备得到成分为Al84NiltlCe2La4非晶带。XRD物相分析结果表明所制备的带材为非 晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷 液相区ΔΤχ。实施例5 制备成分为Al84NiltlLa6(χ = 6，at. % )的非晶态合金
按照名义成分Al84NiltlLa6 (χ = 3，at. % )配料，然后按照实例1的方法和步骤制 备得到成分为Al84MltlLa6非晶带；XRD物相分析结果表明所制备的带材为非晶态结构。DSC 分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷液相区ΔΤχ。实施例6 制备成分为Al84Ni8Ce6La2 (y = 2, at. % )的非晶态合金按照名义成分Al84Ni8Ce6La3 (y = 2，at. % )配料，然后按照实例1的方法和步骤 以20m/s制备得到成分为Al84M8Ce6La2非晶带。XRD物相分析结果表明所制备的带材为非 晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温度Tg和宽的过冷 液相区ΔΤχ。实施例7 制备成分为Al82NiltlCe6La2 (ζ = 2, at. % )的非晶态合金按照名义成分Al82NiltlCe6La2 (ζ = 2, at. % )配料，然后按照实例1的方法和步骤 以20m/s制备得到成分为Al82NiltlCe6La2 (ζ = 2, at. % )非晶带。XRD物相分析结果表明所 制备的带材为非晶态结构；DSC分析结果表明本发明所制备的带材具有明显的玻璃转变温 度Tg和宽的过冷液相区ΔΤΧ。
权利要求
一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金，其成分为Al84Ni10Ce(6-x)Lax(x＝1～6，at.％)、Al84Ni(10-y)Ce6Lay(y＝1～3，at.％)或Al(84-z)Ni10Ce6Laz(z＝1～3，at.％)。
2.制备如权利要求1的Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金的方法，包括以下步骤第一步配料选用纯金属，按照名义成分 Al84Ni1(1Ce(6_x)Lax(X = 1 6，at. %) ,Al84Ni(10_y)Ce6Lay(y = 1 3，at. % )或 Al(84_z)Ni10Ce6Laz(ζ = 1 3，at. % )配料；第二步制备母合金将第一步配好的合金原料用真空电弧炉熔炼3 6次，同时进行电磁搅拌，制得熔炼均勻的母合金；或用真空感应熔炼炉在Ar保护气氛中熔炼制得母合金；第三步甩带制备非晶带将第二步制备的母合金经表面机械打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加热重 熔，待母合金完全熔化后，将合金熔体喷射到旋转的铜辊表面冷却制得非晶带。
3.根据权利要求2所述的一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金的制备方法，其特征 在于石英管下端与铜辊表面相距Imm 2mm ；铜辊最小线速度为lOm/s，熔体喷射压力为 0. 07MPa 0. 08MPa，真空度为 2Pa KT1Pa1全文摘要
一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金，其成分为Al84Ni10Ce(6-x)Lax(x＝1～6，at.％)、Al84Ni(10-y)Ce6Lay(y＝1～3，at.％)和Al(84-z)Ni10Ce6Laz(z＝1～3，at.％)。制备所述Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金的方法，是按照合金名义成分配料后，在氩气保护下经真空电弧熔炼或真空感应熔炼制备母合金；在Ar气保护下甩带制备非晶带，甩带时铜辊最小线速度为10m/s，熔体喷射压力为0.07MPa～0.08MPa，真空度为2Pa～10-1Pa。本发明组分配比合理、具有强非晶形成能力，制备方法简单，真空度要求低。
文档编号C22C45/08GK101838780SQ20101019597
公开日2010年9月22日 申请日期2010年6月10日 优先权日2010年6月10日
发明者刘咏, 刘祖铭, 吴宏, 张刘杰, 朱艺添, 杜勇, 黄伯云 申请人:中南大学