專利名稱:通過調(diào)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(fā)明涉及A1基塊狀非晶合金制備的技術,具體為一種通過調(diào)控熔體溫度改善 A1基合金非晶形成能力的方法。
背景技術:
塊狀非晶合金由于其優(yōu)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厘米級及以上的塊狀非晶合金。同時,由于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?nèi)匀粵]有獲得大于或者等于1mm的A1基 塊狀非晶態(tài)合金。正是由于樣品尺寸的限制,關于A1基非晶合金的研究,主要集中于合金 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(fā)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于平衡相中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(tài)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(zhì)核心,促進晶態(tài)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過調(diào)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(fā)明的技術方案是一種通過調(diào)控熔體溫度改善A1基合金非晶形成能力的方法,采用銅模澆鑄來制 備塊狀非晶合金樣品,通過在溫度高于液相線溫度約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(zhì)形成 質(zhì)點;隨后,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(zhuǎn)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(shù)如下真空度10_3 l(T4Pa,冷卻速度 102 106K/s。所制備的塊狀非晶合金形成能力指標如下本發(fā)明適用大多數(shù)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(fā)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(jié)構(gòu)的 傾向,這些局域有序結(jié)構(gòu)可以在凝固過程中遺留或充當異質(zhì)形核的核心而長大,AINiY和 Al-Ni-La三元合金平衡態(tài)下的Fcc-Al晶態(tài)相極易析出。本發(fā)明方法通過控制熔化溫度消 除局域有序結(jié)構(gòu)或高溫相,隨后降溫至合金液相線溫度以上50 100K左右,靠近合金的玻 璃轉(zhuǎn)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,最后提高A1基合金的非晶形成能力。本發(fā)明提供的改善A1基合金非晶形成能力的方法機理是本發(fā)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(jié)構(gòu)和高溫相 以防止二者轉(zhuǎn)變?yōu)楫愘|(zhì)晶核,隨后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(tài)相的析出,最終獲得 純A1基塊狀非晶合金。本發(fā)明具有的優(yōu)點1、本發(fā)明采用了調(diào)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(fā)明能適用大多數(shù)A1基塊狀非晶合金,通過本發(fā)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(fā)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(tài)A1基非晶合金條帶、板和棒以及母合金的XRD曲線。圖2a淬態(tài)A1基非晶合金條帶、板和棒的低溫DSC曲線。圖2b淬態(tài)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(cè)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(cè)面局部區(qū)域的SEM照片。
具體實施例方式以下通過實施例詳述本發(fā)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(fā)明々185.5附9.51^5母合金的冶煉方法為常規(guī)技術,本實施例母合金冶煉具體 工藝參數(shù)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(純度不低于 99. 9wt. % );母合金錠采用電弧熔煉,首先將工作腔抽真空至10_3 10_4Pa,然后再通入高 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(nèi)氧的分壓;為保證合金鑄錠的成分盡可能 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(zhì)量的小塊合金 放入底部帶有小孔(直徑1 1. 5mm)的石英管內(nèi)后,將工作腔抽真空至10_3 10_4Pa,再 進行感應熔煉??刂坪辖鹑垠w溫度,熔煉溫度為1400K,保溫時間5秒,隨后冷卻至澆鑄溫度 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(nèi)的合金熔體噴入正下 方的銅?;蛘咝D(zhuǎn)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(jié) 構(gòu)和熱力學行為,可知三種樣品都表現(xiàn)為純非晶結(jié)構(gòu)。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(xiàn)出良好的壓縮性能,壓縮斷裂強度達到1180MPa,并具有大約3%的塑性變形,斷裂行為表現(xiàn)出典型的純塊狀非晶合金的斷裂特征。實施例2與實施例1不同之處在于選擇的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,隨后冷卻至澆鑄溫度為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(nèi)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不同之處在于選擇的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,隨后冷卻至澆鑄溫度為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(nèi)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(jié)果表明,本發(fā)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(fā)明開發(fā)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(quán)利要求
一種通過調(diào)控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法,其特征在于采用銅模澆鑄的方法,通過在溫度高于液相線溫度約200~300K時對合金熔體進行處理,保溫時間0~15秒;隨后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(quán)利要求1所述的通過調(diào)控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法,其特 征在于,銅模澆鑄具體工藝參數(shù)如下真空度10_3 10_4Pa,冷卻速度IO2 106K/s。
3.按照權(quán)利要求1所述的通過調(diào)控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法,其特 征在于采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(fā)明涉及Al基塊狀非晶合金制備的技術,具體為一種通過調(diào)控熔體溫度改善Al基合金非晶形成能力的方法。本發(fā)明采用銅模澆鑄的方法,通過在溫度高于液相線溫度約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(zhì)形成質(zhì)點,隨后冷卻至合金液相線溫度以上50~100K左右,靠近合金的玻璃轉(zhuǎn)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,最后使得合金的非晶形成能力得到提高。本發(fā)明開發(fā)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(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)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