一種鋁基微/納米多孔非晶合金材料及其製備方法
2023-11-01 01:49:57 1
專利名稱：一種鋁基微/納米多孔非晶合金材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於多孔非晶合金材料設計與製備技術，具體地說是，首先利用液相分離規律通過快速凝固技術製備含有微/納米球形晶態粒子的Al基非晶複合材料，再採用化學處理或電化學腐蝕將複合材料中的球形粒子溶解或腐蝕掉，設計並製備獲得一種鋁基微/納米多孔非晶合金材料。
背景技術：
多孔非晶合金材料即是在非晶合金中彌散分布孔洞的金屬玻璃材料。多孔非晶合金材料不但具有多孔晶態金屬材料的特性，而且還擁有非晶合金材料的一些優異的性能。如多孔晶態金屬材料具有輕質、吸音降聲減噪、電磁屏蔽、催化吸附、吸能緩衝減震等特點，非晶態合金(即金屬玻璃)具有高強度、高彈性、高硬度、耐電化學腐蝕性、生物相容性、抗菌性、耐磨性、各向同性等一系列優良的特性。多孔非晶合金材料作為結構材料和功能材料的理想結合體，在航空航天、交通運輸、建築工程、環境保護、生物醫學、體育和軍事裝備等領域具有十分廣泛的應用前景。然而，就多孔非晶合金材料的製備工藝發展來看，最早是在1996年由Apfei和Qui首先提出利用氣體膨脹法製備多孔非晶合金材料，但直到2003年才有Schroers等人首次成功製備多孔非晶合金材料的報導。近幾年來，多孔非晶合金材料是材料研究界的熱點，並且得到了一定的發展。就製備的方法來看，主要分為液態法和固態法兩種。液態法通常有在合金液相熔體或過冷液相區中發泡、合金粉末與鹽顆粒混合熔化後水淬、滲流鑄造三類方式。但是液態法製備過程中，由於在合金液態熔體或過冷液相中形成發泡相，不但合金成分可能發生變化，而且在液相中的發泡相會降低合金的冷卻速度，這對合金髮生玻璃轉變產生影響，以致形成晶態相。因此，直到目前為止採用液態法製備多孔非晶合金材料局限在金屬玻璃形成能力較強的Pd系、Zr系合金。基於此，為了克服這些問題，近來提出了通過固態發泡技術製備多孔非晶合金材料，即固態法。這類方法目前在理論上是可行的，但是還沒有相關的試驗得以證實。在固態法中，目前開展得較多的是通過粉末冶金技術製備多孔非晶合金材料。將製備的非晶合金粉末與晶態粉末進行混合再熱擠壓，然後將晶態相去除，從而獲得多孔非晶合金材料。很明顯粉末熱擠壓方法工藝繁瑣複雜、成本高。此外，不論是用液態法還是固態法(粉末熱擠壓)，製備獲得的多孔非晶合金材料孔徑小則數十微米大則數百微米，孔隙尺寸、孔隙分布、孔隙率都難以控制。
發明內容
本發明的目的在於提供一種鋁基微/納米多孔非晶合材料及其製備方法，其一是解決Al基非晶合金的壓縮性塑性形變差問題；其次解決泡沫晶態金屬Al強度低和耐蝕性差等問題；其三是解決Al基微/納米多孔非晶合金材料空白問題；其四是解決將多孔材料的孔徑降低到納米尺寸的問題。 本發明提供了一類A1基多孔非晶合金材料，該非晶合金材料為含有球形孔洞的Al基非晶合金，孔洞的特徵尺寸在1納米 100微米範圍內，體積分數1 50%。
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本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，Al基難混溶合金優選為Al-Bi 、Al-Pb、 Al-In、 Al-Cd、 A1—T1、 Al—Sn、 Al—Bi—Pb、 Al—Bi—In、 Al-Bi—Cd、 Al—Bi—Tl、 Al-Pb—In、Al-Pb-Cd、 Al-Pb-Tl 、 Al-In-Cd、 Al-In-Tl 、 Al-Bi-Sn、 Al-Pb-Sn、 Al-In-Sn、 Al-Cd-Tl合金之一。 本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為AlaBibXqYr，其中a、 b、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種元素，a = 80-85%， b =0. 5 5%， q = 4 8%， r = 4 8%， a+b+q+r = 100%。 本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為AlaPb。XqYr，其中a、 c、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種元素，a = 80-85%， c =0. 5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%， a+c+q+r = 100%。 本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為AlaIndXqYr，其中a、 d、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種元素，a = 80_85%， d =0. 5 5%， q = 4 8%， r = 4 8%， a+d+q+r = 100%。 本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為
Al^iePbfXqYr，其中a、e、f、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一種元素，a =
80-85%， e+f = 0. 5 5%， q = 4 8%， r = 4 8%， a+e+f+q+r = 100%。 本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為
AlaBiglnhX^，其中a、g、h、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一種元素，a =
80-85%， g+h = 0. 5 5%， q = 4 8%， r = 4 8%， a+g+h+q+r = 100%。 本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為
AlaPbilrijXqYr，其中a、 i、 j、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種元素，a =
80-85%， i+j = 0. 5 5%， q = 4 8%， r = 4 8%， a+i+j+q+r = 100%。 本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為
AlaBikSnJA，其中a、k、 1、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種元素，a =
80-85%， k+l =0. 5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%， a+k+l+q+r = 100%。 本發明A1基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為
AlaPbmSnJqYr，其中a、m、n、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一種元素，a =
80-85%， m+n = 0. 5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%， a+m+n+q+r = 100%。 本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料，合金成分的表達式可以為
AlJn。SnpX^，其中a、 o、 p、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種元素，a =
80_85%， o+p = 0. 5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%， a+o+p+q+r = 100%。 本發明還提供了Al基微/納米多孔非晶合金材料的製備方法，具體步驟如下 (l)Al基多元難混溶合金在快速冷卻條件下發生液_液相變，基體液相在快速凝
固條件下發生玻璃轉變形成A1基非晶合金，彌散的液滴凝固形成晶態粒子(形成晶態粒子
的合金元素包括Bi、 Pb、 In、 Cd、 Tl、 Sn中至少一種)，最終形成含有微米或納米尺寸晶態粒
子的A1基非晶合金複合材料； (2)對製備的Al基非晶複合材料進行濃度為0. 05 0. 15mol/L(優選為0. 1摩爾/升)硝酸溶液不超過60小時浸泡( 一般為4 60小時)；或者，用0. 05 0. 15mo1/L(優選為0. 1摩爾/升)硝酸溶液作腐蝕液在-0. 3 0. 5V電壓下進行電化學腐蝕，從而
5去除非晶複合材料中微/納米尺寸晶態粒子，而基體Al基非晶合金耐蝕性強，在強酸中發生鈍化，獲得Al基微/納米多孔非晶合金材料。 為了保證由基體熔體冷卻形成非晶相，本發明提供的合金，Al含量不能低於70 % ，也不能高於90% ，在這一範圍內的Al基合金具有較大的金屬玻璃形成能力，在快速凝固(如單輥甩帶，輥速不低於30m/s)條件下較容易獲得非晶態的合金。合金元素X(Ni、Co、 Fe、 Cu)具有提高非晶形成能力的作用，其含量不能低於4%，也不能超過10%，否則在同體冷卻過程中易於析出金屬間化合物相，形成結晶的核心，導致合金的非晶形成能力迅速下降。合金元素Y的作用是提高非晶形成能力和吸收雜質氧，Y含量不能低於4X，也不能超過10%。合金元素Bi、Pb、In、Sn、Cd、Tl與基體非晶相中的主元素之間具有正的液態混合熱，但不易形成金屬間化合物，在冷卻過程中易發生液相分離，快速凝固完成後以球形沉澱相析出，形成內生的球形晶態粒子。Bi、 Pb、 In、 Sn、 Cd、 Tl元素(其中一種或任意兩種之和)的含量不能低於0. 5%，低於0. 5%時沉澱析出的球形晶態粒子體積分數相對較少，導致經過電化學腐蝕和化學處理去除晶態粒子獲得的多孔非晶合金材料中孔的體積分數較少。但是Bi、Pb、In、Sn、Cd、Tl元素(其中一種或任意兩種之和)的含量也不能超過5%，否則會導致沉澱析出的球形粒子相的尺寸過大，最後製備的多孔非晶合金材料的孔洞尺寸超過微米數量級。本發明Al基多孔非晶合金材料的孔的特徵尺寸和體積分數由合金中Bi(或Pb、In、Sn、Cd、Tl)的含量來決定，根據實際需要可以調整其含量可以獲得孔徑在數個納米級到數十微米範圍的Al基多孔非晶合金材料。 為了保證將非晶複合材料中的球形晶態粒子去除，以獲得多孔非晶合金材料，在選用化學處理方法製備多孔非晶合金時，選用的化學試劑為硝酸溶液，其濃度不低於0. 05mol/L，也不能高於0. 15mol/L，否則會影響選擇性溶解的效果。非晶複合材料在硝酸溶液中的浸泡時間在不能低於4小時，也不能超過60小時。浸泡時間過短導致晶態粒子的溶解量較少，最終的多孔非晶合金材料中孔隙率過低；浸泡時間過長導致基體非晶相發生部分溶解，降低多孔非晶材料的收得率。硝酸溶液浸泡完成後，用酒精在超聲波下進行清洗約1小時，然後乾燥樣品，獲得多孔非晶合金材料。 本發明提供的A1基微納米多孔非晶合金材料中允許存在少量雜質，如氫、氧、氮、碳、磷等，雜質元素主要來源於初始材料、合金熔煉過程中的氣氛、坩堝材料等。例如，合金中氧含量超過樣的固溶度，會析出金屬氧化物相，成為結晶時非均勻形核的形核質點，從而導致過冷液體穩定性下降，最終在冷卻中無法形成非晶相。本發明提供合金的主要元素Al和Y是非常活潑的元素，與氧等氣相雜質元素具有較強的親和力，雜質元素的引入在合金材料製備過程中難以避免，但只要適當控制合金成分，少量的鋁氧化物和釔氧化物的存在仍可保證合金在103 105K/s冷卻速度下獲得Al基非晶合金。
本發明的有益效果如下 1、本發明Al基多元合金熔體快速冷卻過程中首先發生液相分離，形成兩個液相(基體液相和彌散液滴相)，其中基體液相發生非晶轉變，形成Al基非晶合金相，而彌散液滴相結晶凝固，形成微米或納米尺寸的晶態粒子；其次，晶態粒子在電化學腐蝕或化學處理後溶解，但Al基非晶具有很強的耐蝕性而得以保留，從而獲得Al基微/納米多孔非晶合金材料。 2、本發明將合金快速凝固和化學選擇性溶解相結合的技術製備多孔非晶合金材料，是多孔非晶合金材料的製備的一種有效的途徑。將微/納米尺寸的球形孔洞引入Al基非晶合金中來，一方面可以改善Al基非晶合金的壓縮性塑性形變；另一方面Al基微/納米多孔非晶合金材料彌補了當前泡沫金屬鋁強度低耐蝕性差等劣勢，填補了當前只有多孔晶態鋁和鋁合金材料而沒有多孔鋁基非晶合金材料的空白，提供了將多孔材料中孔徑尺寸控制在納米尺寸的方法。 3、本發明Al基多孔非晶合金材料中的孔徑尺寸、孔的分布、孔隙率可以由變化合金中Bi或Pb或In或Sn或Cd或Tl含量來間接控制。 4、本發明Al基微/納米多孔非晶合金材料的幾何形狀取決於所需求的材料形式，如粉末、薄片、薄帶等，可以用作於吸音、降聲減噪、電磁屏蔽、催化吸附、吸能緩衝等材料。
圖1(a)--(e)為五種合金薄帶X-射線衍射譜(Cu靶)。(a) Al82.87^2. 5附4. 88COl 95Y7. s(實施例1);(b)Al82.,、■ 5附4. 88COl 95Y7. s(實施例2);(c) Al82.(實施例3);(d)Al82.87PbL 7In0.8附4. 8sCol 95Y7.8(實施例4);(e)Al82.^2.01% 5M4.88CoL95Y7.8(實施例5)。圖2(a)--(e)為合金薄帶化學處理之前的掃描電子顯微圖像(SEM)
(a) Al82.87^2. 5附4. 88COl 95Y7. s(實施例1);(b)Al82.,、■ 5附4. 88COl 95Y7. s(實施例2);(c) Al82.(實施例3);(d)Al82.87PbL 7In0.8附4. 8sCol 95Y7.8(實施例4);(e)Al82.^2.01% 5M4.88CoL95Y7.8(實施例5)。圖3(a)--(e)為合金薄帶化學處理之後的掃描電子顯微圖像(SEM)
(a) Al82.87^2. 5附4. 88COl 95Y7. s(實施例1);(b)Al82.,、■ 5附4. 88COl 95Y7. s(實施例2);(c) Al82.(實施例3);(d)Al82.87PbL 7In0.8附4. 8sCol 95Y7.8(實施例4);(e)Al82.^2.01% 5M4.88CoL95Y7.8(實施例5)。圖4(a)--(e)為合金薄帶化學處理之後的能譜分析結果(EDX)。
(a) Al82.87M2. 5Ni4. ssCOl 95Y7.8(實施例1);(b)Al82.87Pb2. 5附4. 88C0L 95Y7. s(實施例2);(c) Al82.(實施例3);(d)Al82.87Pbl. 7ln0. 8附4. 88COl 95Y7. 8(實施例4);(e)Al82.^2.01% 5附4.88COl95Y7.8(實施例5)。
具體實施例方式
實施例1 以市售純金屬Al、Bi、Ni、Co、Y元素的塊、板、錠等塊體材料(純度高於99.9wt^)
7為起始材料，在經過鈦鈍化的氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠，合金成分(原子百分比，下
同)為八182.87812.5附4.88(:01.95\8，母合金錠需反覆電弧熔煉數次以保證成分的均勻性。取適量的母合金材料放置於帶有噴嘴的石英坩堝中，在氬氣氣氛下經感應加熱重新熔化後，將
合金熔體用單輥快淬法(冷卻速度為104 106K/s)製備成薄帶。石英坩堝的內徑為14rnm，方形噴嘴截面尺寸為0. 7X5mm，噴嘴與單輥面的間距為0. 5mm，單輥線速度為30m/s。單輥快淬法製備的薄帶寬度約為5mm，其厚度為30 50微米。從而，A1基難混溶合金在快速冷卻條件下發生液_液相變，基體液相在快速凝固條件下發生玻璃轉變形成Al基非晶合金，彌散的液滴凝固形成晶態粒子，晶態粒子的尺寸在10 200納米範圍內，最終形成含有納米尺寸晶態粒子的Al基非晶合金複合材料。 薄帶在濃度為0. lmol/L的HN03中浸泡24小時，隨後將薄帶置於酒精中用超聲波進行清洗。將處理後的和未處理的薄帶分別用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和EDX能譜分析和X射線衍射(XRD)分析。未經化學處理薄帶的XRD結果見圖la，未經化學處理薄帶的SEM結果見圖2a，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的SEM結果見圖3a，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的EDX能譜分析結果分別見圖4a。
實驗結果表明，快速凝固的Al82.87Bi2.5Ni4.88C0l.95Y7.8合金薄帶中冷卻過程中沉澱析出了晶態相，基體是非晶相。經HN03溶液浸泡後，主要含Bi元素的晶態相絕大部分溶解，獲得了 Al基多孔非晶合金，孔的特徵尺寸約為10 200納米。
實施例2 以市售純金屬Al、Pb、Ni、Co、Y元素的塊、板、錠等塊體材料(純度高於99. 9wt% )為起始材料，在經過鈦鈍化的氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠，合金成分(原子百分比，下同)為Al87Pb^NUo^Y^。母合金錠需反覆電弧熔煉數次以保證成分的均勻性。取適量的母合金材料放置於帶有噴嘴的石英坩堝中，在氬氣氣氛下經感應加熱重新熔化後，將合金熔體用單輥快淬法(冷卻速度為104 106K/s)製備成薄帶。石英坩堝的內徑為14mm，方形噴嘴截面尺寸為0. 7X5mm，噴嘴與單輥面的間距為0. 5mm，單輥線速度為30m/s。單輥快淬法製備的薄帶寬度約為5mm，其厚度為30 50微米。從而，A1基難混溶合金在快速冷卻條件下發生液_液相變，基體液相在快速凝固條件下發生玻璃轉變形成Al基非晶合金，彌散的液滴凝固形成晶態粒子，晶態粒子的尺寸在10 300納米範圍內，最終形成含有微米或納米尺寸晶態粒子的Al基非晶合金複合材料。 薄帶在濃度為0. lmol/L的HN03中浸泡24小時，隨後將薄帶置於酒精中用超聲波進行清洗。將處理後的和未處理的薄帶分別用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和EDX能譜分析和X射線衍射(XRD)分析。未經化學處理薄帶的XRD結果見圖lb，未經化學處理薄帶的SEM結果見圖2b，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的SEM結果見圖3b，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的EDX能譜分析結果分別見圖4b。
實驗結果表明，快速凝固的Al82.87Pb2.5Ni4.88C0l.95Y7.8合金薄帶中冷卻過程中沉澱析出了晶態相，基體是非晶相。經HN03溶液浸泡後，主要含Pb元素的晶態相絕大部分溶解，獲得了 Al基多孔非晶合金，孔的特徵尺寸約為10 300納米。
實施例3 以市售純金屬Al、Bi、Pb、Ni、Co、 Y元素的塊、板、錠等塊體材料(純度高於99. 9wt%)為起始材料，在經過鈦鈍化的氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠，合金成分(原子
8百分比，下同)為Al8^BiL。PbuNi^Co^Y^。母合金錠需反覆電弧熔煉數次以保證成分的均勻性。取適量的母合金材料放置於帶有噴嘴的石英坩堝中，在氬氣氣氛下經感應加熱重新熔化後，將合金熔體用單輥快淬法(冷卻速度為104 106K/s)製備成薄帶。石英坩堝的內徑為14mm，方形噴嘴尺寸截面為0. 7X5mm，噴嘴與單輥面的間距為0. 5mm，單輥線速度為30m/s。單輥快淬法製備的薄帶寬度約為5mm，其厚度為30 50微米。從而，A1基難混溶合金在快速冷卻條件下發生液_液相變，基體液相在快速凝固條件下發生玻璃轉變形成Al基非晶合金，彌散的液滴凝固形成晶態粒子，晶態粒子的尺寸在10 150納米範圍內，最終形成含有微米或納米尺寸晶態粒子的Al基非晶合金複合材料。 薄帶在濃度為0. lmol/L的HN03中浸泡24小時，隨後將薄帶置於酒精中用超聲波進行清洗。將處理後的和未處理的薄帶分別用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和EDX能譜分析和X射線衍射(XRD)分析。未經化學處理薄帶的XRD結果見圖lc，未經化學處理薄帶的SEM結果見圖2c，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的SEM結果見圖3c，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的EDX能譜分析結果分別見圖4c。 實驗結果表明，快速凝固的Al82.87BiL。PbL5Ni4.88COL95Y7.8。合金薄帶中冷卻過程中
沉澱析出了晶態相，基體是非晶相。經HN03溶液浸泡後，主要含Bi、 Pb元素的晶態相絕大部分溶解，獲得了 Al基多孔非晶合金，孔的特徵尺寸約為10 150納米。
實施例4 以市售純金屬Al、Pb、 In、Ni、Co、 Y元素的塊、板、錠等塊體材料(純度高於99. 9wt%)為起始材料，在經過鈦鈍化的氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠，合金成分(原子百分比，下同)為Als^PbuIn^Ni^Cou^f母合金錠需反覆電弧熔煉數次以保證成分的均勻性。取適量的母合金材料放置於帶有噴嘴的石英坩堝中，在氬氣氣氛下經感應加熱重新熔化後，將合金熔體用單輥快淬法(冷卻速度為104 106K/s)製備成薄帶。石英坩堝的內徑為14mm，方形噴嘴截面尺寸為0. 7X5mm，噴嘴與單輥面的間距為0. 5mm，單輥線速度為30m/s。單輥快淬法製備的薄帶寬度約為5mm，其厚度為30 50微米。從而，A1基難混溶合金在快速冷卻條件下發生液_液相變，基體液相在快速凝固條件下發生玻璃轉變形成Al基非晶合金，彌散的液滴凝固形成晶態粒子，晶態粒子的尺寸在10 100納米範圍內，最終形成含有微米或納米尺寸晶態粒子的Al基非晶合金複合材料。 薄帶在濃度為0. lmol/L的HN03中浸泡24小時，隨後將薄帶置於酒精中用超聲波進行清洗。將處理後的和未處理的薄帶分別用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和EDX能譜分析和X射線衍射(XRD)分析。經化學處理薄帶的XRD結果見圖ld，未經化學處理薄帶的SEM結果見圖2d，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的SEM結果見圖3d，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的EDX能譜分析結果分別見圖4d。
實驗結果表明，快速凝固的Als^PbuIrVsNi^Co^Y^合金薄帶中冷卻過程中沉澱析出了晶態相，基體是非晶相。經HN03溶液浸泡後，主要含Pb、 In元素晶態相絕大部分溶解，獲得了 Al基多孔非晶合金，孔的特徵尺寸約為10 100納米。
實施例5 以市售純金屬Al、Bi、 In、 Ni、 Co、 Y元素的塊、板、錠等塊體材料(純度高於99. 9wt%)為起始材料，在經過鈦鈍化的氬氣氣氛下電弧熔煉成母合金錠，合金成分(原子百分比，下同)為Al82.87Bi2.。In。.5Ni4.88C0l.95Y7.8。母合金錠需反覆電弧熔煉數次以保證成分的均勻性。取適量的母合金材料放置於帶有噴嘴的石英坩堝中，在氬氣氣氛下經感應加熱重新熔化後，將合金熔體用單輥快淬法(冷卻速度為104 106K/s)製備成薄帶。石英坩堝的內徑為14mm，方形噴嘴截面尺寸為0. 7X5mm，噴嘴與單輥面的間距為0. 5mm，單輥線速度為30m/s。單輥快淬法製備的薄帶寬度約為5mm，其厚度為30 50微米。從而，A1基難混溶合金在快速冷卻條件下發生液_液相變，基體液相在快速凝固條件下發生玻璃轉變形成Al基非晶合金，彌散的液滴凝固形成晶態粒子，晶態粒子的尺寸在10 100納米範圍內，最終形成含有微米或納米尺寸晶態粒子的Al基非晶合金複合材料。 薄帶在濃度為0. lmol/L的HN03中浸泡24小時，隨後將薄帶置於酒精中用超聲波進行清洗。將處理後的和未處理的薄帶分別用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和EDX能譜分析和X射線衍射(XRD)分析。經化學處理薄帶的XRD結果見圖le，未經化學處理薄帶的SEM結果見圖2e，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的SEM結果見圖3e，經化學處理後獲得的Al基多孔非晶合金材料薄帶的EDX能譜分析結果分別見圖4e。
實驗結果表明，快速凝固的Al82.87Bi2.。In。.5Ni4.88C0l.95Y7.8。合金薄帶中冷卻過程中沉澱析出了晶態相，基體是非晶相。經HN03溶液浸泡後，主要含Bi、 In元素的晶態相絕大部分溶解，獲得了 Al基多孔非晶合金，孔的特徵尺寸約為10 100納米。
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權利要求
一種鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於在作為非晶合金基體的主要合金元素Al和作為晶態粒子的主要合金元素Bi、Pb、In、Sn、Cd、Tl中至少一種元素形成Al基難混溶合金；Al基多元難混溶合金熔體快速冷卻過程中發生液相分離，形成兩個液相基體液相和彌散液滴相，基體液相發生非晶轉變，形成Al基非晶合金相，而彌散液滴相凝固結晶，形成微/納米尺寸的晶態粒子；晶態粒子在電化學腐蝕或化學處理後溶解，Al基非晶合金相保留，從而獲得Al基微/納米多孔非晶合金材料；孔徑尺寸在1納米～100微米範圍，體積百分數為1～50％。
2. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於該非晶合金 材料中添加其他合金元素，添加的其他合金元素包括Y，以及Ni、Co、Fe、Cu中的至少一種元 素。
3. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於A1基難混溶合金優選為Al-Bi、 Al-Pb、 Al-In、 Al—Cd、 A1—T1、 Al—Sn、 Al—Bi—Pb、 Al—Bi—In、 Al-Bi—Cd、 Al-Bi-Tl、 Al-Pb-In、 Al-Pb-Cd、 Al-Pb-Tl、 AltCd、 Al-In-Tl、 Al-Bi-Sn、 Al-Pb-Sn、 Al-n-Sn、Al-Cd-Tl合金之一。
4. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的 表達式可以為AlaBibX^，其中a、 b、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種 元素，a = 80-85%， b = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%， a+b+q+r = 100%。
5. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的 表達式可以為AlaPb。XqY^其中a、 c、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種 元素，a = 80-85%， c = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%， a+c+q+r = 100%。
6. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的 表達式可以為AlJndXqY^其中a、 d、 q、 r為原子百分比，X為Ni、 Co、 Fe、 Cu中的至少一種 元素，a = 80-85%， d = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%， a+d+q+r = 100%。
7. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的 表達式可以為AlaBiePbfXqYr，其中a、e、f、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一 種元素，a = 80-85%， e+f = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%，a+e+f+q+r = 100%。
8. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的 表達式可以為AlaBiglnhX^，其中a、g、h、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一 禾中元素，a = 80-85%， g+h = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%，a+g+h+q+r = 100%。
9. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的 表達式可以為AlaPbilrijXqY^其中a、i、j、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一 禾中元素，a = 80-85%， i+j = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%，a+i+j+q+r = 100%。
10. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的 表達式可以為AlaBikSnJA，其中a、k、l、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一 種元素，a = 80-85%， k+l = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%，a+k+l+q+r = 100%。
11. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的 表達式可以為AlaPbmSnJqY^其中a、m、n、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一 禾中元素，a = 80-85%，m+n = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%，a+m+n+q+r = 100%。
12. 按照權利要求1所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於合金成分的表達式可以為AlJn。SnpXA，其中a、o、p、q、r為原子百分比，X為Ni、Co、Fe、Cu中的至少一 禾中元素，a = 80-85%， o+p = 0.5 5%，q = 4 8%，r = 4 8%，a+o+p+q+r = 100%。
13. 按照權利要求1-12之一所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料，其特徵在於A1 基微/納米多孔非晶合金材料的幾何形狀取決於所需求的材料形式，包括粉末、薄片或薄 帶等。
14. 一種權利要求1-12之一所述的鋁基微/納米多孔非晶合金材料的製備方法，其特 徵在於，具體步驟如下(1) 將給定的合金成份表達式配製合金，將合金熔體以大於IOO(TC /秒的冷卻速度冷 卻到室溫，Al基多元難混溶合金在快速冷卻條件下發生液_液相變，基體液相在快速凝固 條件下發生玻璃轉變形成Al基非晶合金，彌散的液滴凝固形成晶態粒子，形成微米或納米 尺寸晶態粒子彌散分布於Al基非晶相基體上的複合材料。(2) 對製備的Al基非晶複合材料進行濃度為0. 05 0. 15mol/L硝酸溶液浸泡4 60 小時；或者，用0. 05 0. 15mol/L硝酸溶液作腐蝕液在_0. 3 0. 5V電壓下進行電化學腐 蝕，從而使微米或納米尺寸晶態粒子溶解於HN03溶液中，除去非晶複合材料中微米或納米 尺寸晶態粒子，獲得Al基微/納米多孔非晶合金材料。
全文摘要
本發明屬於多孔非晶合金材料設計與製備技術，具體為一種鋁基微/納米多孔非晶合金材料及其製備方法，主要解決①鋁基非晶合金的壓縮性塑性形變差，②泡沫金屬鋁強度低和耐蝕性差，③鋁基微/納米多孔非晶合金材料稀缺，④多孔材料的孔徑降低到納米尺度等問題。首先，在快速冷卻條件下鋁基合金熔體發生快速凝固，獲得含有微/納米尺寸晶態粒子的鋁基非晶合金基複合材料。其次，對非晶複合材料進行電化學腐蝕或化學處理，獲得鋁基微/納米多孔非晶合金材料。孔徑尺寸在1納米～100微米範圍，孔隙率為1～50％。本發明鋁基微/納米多孔非晶合金材料的幾何形狀取決於所需求的材料形式，可用作於吸波、減振降噪、吸音、電磁屏蔽、催化吸附、吸能緩衝等材料。
文檔編號C22C1/08GK101760706SQ200810230098
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月24日 優先權日2008年12月24日
發明者何杰, 興成堯, 趙九洲 申請人:中國科學院金屬研究所