通過調控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法

2023-05-26 11:04:46 1

專利名稱：通過調控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法
技術領域：
本發明涉及A1基塊狀非晶合金製備的技術，具體為一種通過調控熔體溫度改善 A1基合金非晶形成能力的方法。
背景技術：
塊狀非晶合金由於其優異的性能，受到了研究者們的廣泛關注，相繼在Pd-、Zr-, La-和Cu-基合金體系中成功獲得了釐米級及以上的塊狀非晶合金。同時，由於A1基非晶 合金具有低密度和高比強度以及潛在的航空航天應用，研究者們也極為重視A1基非晶的 研究。截止目前，A1基非晶樣品主要是薄帶，人們仍然沒有獲得大於或者等於1mm的A1基 塊狀非晶態合金。正是由於樣品尺寸的限制，關於A1基非晶合金的研究，主要集中於合金 的非晶形成能力、晶化行為和力學行為等，力學行為指的是拉伸的性能。這無疑大大限制了 A1基非晶合金的進一步發展和應用，使得人們對A1基非晶合金的認識無法進一步深入下 去。A1基合金的較低的玻璃形成能力主要歸因於平衡相中Fcc-Al (面心立方A1)具有極強 的析出傾向，要有足夠高的冷卻速率才能抑制該晶態相的析出。另外，合金溶體中原子團簇 和高溫相的存在，二者容易成為異質核心，促進晶態相的析出。因此，針對A1基非晶合金凝 固的這種行為，設計一種改善A1基合金非晶形成能力的方法具有重要意義和實用價值。

發明內容
本發明的目的在於提供一種通過調控熔體溫度改善A1基合金非晶形成能力的方 法。該方法工藝簡便易行且實用有效，可以明顯改善A1基合金的非晶形成能力。本發明的技術方案是一種通過調控熔體溫度改善A1基合金非晶形成能力的方法，採用銅模澆鑄來制 備塊狀非晶合金樣品，通過在溫度高於液相線溫度約200 300K時對合金熔體進行保溫處 理，保溫時間0 15秒，從而有效消除合金熔體中的團簇和高溫相，以免它們作為異質形成 質點；隨後，冷卻至合金液相線溫度以上50 100K左右，使之靠近合金的玻璃轉變溫度， 保溫時間0 15秒，從而提高了合金熔體的冷卻速率，抑制低溫相的Fcc-Al的析出，最終 提高A1基合金的玻璃形成能力；接著，進行銅模澆鑄，其具體工藝參數如下真空度10_3 l(T4Pa，冷卻速度 102 106K/s。所製備的塊狀非晶合金形成能力指標如下本發明適用大多數A1基塊狀非晶合金，可以獲得直徑超過0. 7mm的純非晶棒，如 直徑分別為0. 75mm的Al-Ni-Y和1mm的Al-Ni-La塊狀非晶合金圓棒等。本發明中能夠形成塊狀非晶的A1基合金熔體具有強烈的形成局域有序結構的 傾向，這些局域有序結構可以在凝固過程中遺留或充當異質形核的核心而長大，AINiY和 Al-Ni-La三元合金平衡態下的Fcc-Al晶態相極易析出。本發明方法通過控制熔化溫度消 除局域有序結構或高溫相，隨後降溫至合金液相線溫度以上50 100K左右，靠近合金的玻 璃轉變溫度，提高合金熔體的冷卻速率，抑制低溫相的Fcc-Al的析出，最後提高A1基合金的非晶形成能力。本發明提供的改善A1基合金非晶形成能力的方法機理是本發明通過高溫下的熔體處理，消除A1基合金熔體中的局域有序結構和高溫相 以防止二者轉變為異質晶核，隨後降低溫度以提高冷卻速率，進而抑制低溫相Fcc-Al的析 出。通過該方法使得非晶相析出能力能夠在凝固過程中完全超過晶態相的析出，最終獲得 純A1基塊狀非晶合金。本發明具有的優點1、本發明採用了調控熔體溫度的銅模鑄造工藝，工藝簡便易行且實用有效。2、本發明能適用大多數A1基塊狀非晶合金，通過本發明方法使合金可以獲得直 徑超過0. 7mm的純非晶棒，從而進一步促進和發展A1基塊狀非晶合金。


圖la直徑為1mm的A1基塊狀非晶合金SEM圖片。圖lb淬態A1基非晶合金條帶、板和棒以及母合金的XRD曲線。圖2a淬態A1基非晶合金條帶、板和棒的低溫DSC曲線。圖2b淬態A1基非晶合金條帶的高溫DSC曲線。圖3直徑為0. 75mm的Al85.5Ni9.5La5非晶棒的壓縮曲線。圖4a_c壓縮試樣的斷口和側面形貌的SEM圖片；其中，圖4a為壓縮試樣低倍SEM 照片；圖4b為壓縮試樣斷開表面的微觀形貌；圖4c為壓縮試樣側面局部區域的SEM照片。
具體實施例方式以下通過實施例詳述本發明。實施例1選擇的A1基非晶合金為Al85.5Ni9.5La5(角標為元素的原子百分比)。本發明々185.5附9.51^5母合金的冶煉方法為常規技術，本實施例母合金冶煉具體 工藝參數與過程如下本實施例所用的原材料分別為Al、Ni、La高純金屬(純度不低於 99. 9wt. % )；母合金錠採用電弧熔煉，首先將工作腔抽真空至10_3 10_4Pa，然後再通入高 純氬氣(純度為99. 99wt. % )進行熔煉；熔煉合金之前，首先將電弧爐中的Ti金屬錠熔化， 通過氧化反應形成氧化鈦以進一步降低工作腔內氧的分壓；為保證合金鑄錠的成分儘可能 均勻，每個合金鑄錠均需要翻煉3 5次；將合金鑄錠壓碎成小塊，將一定質量的小塊合金 放入底部帶有小孔(直徑1 1. 5mm)的石英管內後，將工作腔抽真空至10_3 10_4Pa，再 進行感應熔煉。控制合金熔體溫度，熔煉溫度為1400K，保溫時間5秒，隨後冷卻至澆鑄溫度 為1200K，保溫時間2秒，接著進行銅模澆鑄。用高純氬氣將石英管內的合金熔體噴入正下 方的銅模或者旋轉的銅輥，獲得直徑為0. 75mm、lmm棒狀和30 y m厚帶狀樣品，冷卻速度約 102 106K/s。如圖la、圖lb、圖2a、圖2b所示，用X射線和差示掃描量熱分析不同尺寸樣品的結 構和熱力學行為，可知三種樣品都表現為純非晶結構。如圖3、圖4a_c所示，0. 75mm棒狀試樣的室溫壓縮試驗表明，獲得的Al85.5Ni9.5La5 非晶合金表現出良好的壓縮性能，壓縮斷裂強度達到1180MPa，並具有大約3%的塑性變形，斷裂行為表現出典型的純塊狀非晶合金的斷裂特徵。實施例2與實施例1不同之處在於選擇的A1基非晶合金為Al84.5Ni5.5Y1(1(角標為元素的原子百分比)。熔煉溫度為 1400K，保溫時間6秒，隨後冷卻至澆鑄溫度為1300K，保溫時間2秒，接著進行銅模澆鑄。用 高純氬氣將石英管內的合金熔體噴入正下方的銅模，獲得直徑為0. 75mm棒狀樣品，冷卻速 度約102K/s，壓縮斷裂強度約為1150MPa。實施例3與實施例1不同之處在於選擇的A1基非晶合金為Al85Ni5Y1(1(角標為元素的原子百分比)。熔煉溫度為 1400K，保溫時間3秒，隨後冷卻至澆鑄溫度為1300K，保溫時間2秒，接著進行銅模澆鑄。用 高純氬氣將石英管內的合金熔體噴入正下方的銅模，獲得直徑為0. 75mm棒狀非晶樣品，冷 卻速度約102K/s。實施例結果表明，本發明方法方法簡便易行且實用有效，可以明顯改善A1基塊狀 非晶合金的非晶形成能力，也適合其它易形成非晶的合金體系。本發明開發了一種改善A1 基塊狀非晶合金非晶形成能力的新方法，極大推進了 A1基塊狀非晶合金的研究和應用。
權利要求
一種通過調控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法，其特徵在於採用銅模澆鑄的方法，通過在溫度高於液相線溫度約200～300K時對合金熔體進行處理，保溫時間0～15秒；隨後冷卻至合金液相線溫度以上50～100K，保溫時間0～15秒；接著，進行銅模澆鑄。
2.按照權利要求1所述的通過調控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法，其特 徵在於，銅模澆鑄具體工藝參數如下真空度10_3 10_4Pa，冷卻速度IO2 106K/s。
3.按照權利要求1所述的通過調控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法，其特 徵在於採用該方法獲得直徑分別為0. 75mm的Al-Ni-Υ和Imm的Al-Ni-La塊狀非晶合金 圓棒。
全文摘要
本發明涉及Al基塊狀非晶合金製備的技術，具體為一種通過調控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法。本發明採用銅模澆鑄的方法，通過在溫度高於液相線溫度約200～300K對合金熔體進行處理，有效消除合金熔體中的團簇和高溫相，以免它們作為異質形成質點，隨後冷卻至合金液相線溫度以上50～100K左右，靠近合金的玻璃轉變溫度，提高合金熔體的冷卻速率，抑制低溫相的Fcc-Al的析出，最後使得合金的非晶形成能力得到提高。本發明開發了一種改善Al基塊狀非晶合金非晶形成能力的新方法，該方法工藝簡便易行且實用有效，可以明顯改善Al基合金的非晶形成能力，極大推進了Al基塊狀非晶合金的研究和應用。
文檔編號B22D21/04GK101850403SQ20091001098
公開日2010年10月6日 申請日期2009年4月1日 優先權日2009年4月1日
發明者付華萌, 張海峰, 李宏, 王愛民, 穆娟, 胡壯麒 申請人:中國科學院金屬研究所