一種含大量準(zhǔn)晶微米顆粒的多層三明治結(jié)構(gòu)的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含大量準(zhǔn)晶微米顆粒的多層三明治結(jié)構(gòu)的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]準(zhǔn)晶體或準(zhǔn)晶(Quasicrystal)是準(zhǔn)周期晶體(Quasicper1dicCrystal)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是具有長(zhǎng)程準(zhǔn)周期性平移序，又具有非晶體學(xué)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的一種固態(tài)有序相。由于其具有特異的結(jié)構(gòu)，因此它具有一系列的特異性能，如高硬度、抗摩擦性、低的導(dǎo)熱率、耐蝕、耐熱等，所以準(zhǔn)晶在汽車(chē)、電力、航空航天等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。
[0003]目前，準(zhǔn)晶的微納米化主要應(yīng)用有如下幾個(gè)方面:一是作為涂層材料，從而改變材料的表面性能；二是作為第二相顆粒增強(qiáng)相，改變軟基體材料(如鋁、鎂等金屬)的一些機(jī)械性能；三是利用其特殊的表面特性，再催化等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用；四是可以做為磨料；五是可以添加在潤(rùn)滑劑中，對(duì)改善潤(rùn)滑劑的性能有一定的作用。所以，如果能夠用簡(jiǎn)單、低成本的工藝制備出符合需求的準(zhǔn)晶顆粒，并能夠達(dá)到控制準(zhǔn)晶的顆粒形貌、尺寸，達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)可控的準(zhǔn)晶，那么將為研宄準(zhǔn)晶應(yīng)用方面提供現(xiàn)成的原料，更加方便研宄。
[0004]在制備準(zhǔn)晶的工藝上有很多方法，如磁控濺射法、氣體霧化法、甩帶法等。文獻(xiàn)(A.M.Korsunsky, A.1.Salimon, 1.Pape, A.M.Polyakov and A.N.Fitch, The thermalexpens1n coefficient of mechanicalIy alloyed Al-Cu-Fe quasi crystalIinepowders, Scripta Mater.44 (2001) 217 - 222)報(bào)道的就是機(jī)械合金化法。但是這些方法得到的準(zhǔn)晶產(chǎn)量都比較低，也沒(méi)有什么規(guī)律性，而且工藝也比較復(fù)雜，成本也很高，所以尋求一種高產(chǎn)量、低成本的簡(jiǎn)單工藝對(duì)于準(zhǔn)晶生產(chǎn)至關(guān)重要，特別是能夠生產(chǎn)出有規(guī)律性的準(zhǔn)晶對(duì)準(zhǔn)晶的批量化生產(chǎn)有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種含大量準(zhǔn)晶微米顆粒的多層三明治結(jié)構(gòu)的制備工藝，制備的準(zhǔn)晶不僅多且具有多層三明治結(jié)構(gòu)，且是一種孔結(jié)構(gòu)材料。
[0006]一種含大量準(zhǔn)晶微米顆粒的多層三明治結(jié)構(gòu)的制備工藝；其特征是:通過(guò)熱處理方式制備的多層結(jié)構(gòu)，層與層之間有一定的空隙。其中每個(gè)層片的兩面均含有大量且均勻分布的微米級(jí)Al-Cu-Fe準(zhǔn)晶顆粒。對(duì)于材料成分的要求:合金為AlxCuyFez，其原子百分比為:60彡X彡63，20彡y彡30，10彡z彡17 ;熱處理溫度范圍:900°C——1200°C，保溫時(shí)間范圍:10分鐘——240小時(shí)，冷卻方式為爐冷；經(jīng)過(guò)熱處理得到尺寸在10 μπι——200 μm之間的準(zhǔn)晶顆粒。
[0007]具體制備工藝步驟如下:
[0008](I)對(duì)于材料成分的要求:合金為AlxCuyFez，其中x+y+z = 100為原子百分比，60 ^ X ^ 63, 20 ^ y ^ 30,10 ^ z ^ 17。
[0009](2)按上述不同原子配比進(jìn)行配料，在電磁感應(yīng)爐中熔煉均勻。
[0010](3)將熔煉均勻的錠切成小塊，并用石英管進(jìn)行真空封裝。
[0011](4)封裝后的樣品進(jìn)行熱處理處理，溫度范圍:900°C—一1200°C，保溫時(shí)間范圍:10分鐘——240小時(shí)，冷卻方式為緩慢冷卻。
[0012](5)經(jīng)過(guò)熱處理可以得到各種形狀和尺寸的準(zhǔn)晶，這些準(zhǔn)晶會(huì)形成一種多孔的多層三明治結(jié)構(gòu)，這種多孔層狀層狀結(jié)構(gòu)在導(dǎo)熱等性能方面與一般材料相比要低。
[0013]這些顆粒的形狀有足球狀的五邊形十二面體、橄欖球狀的多面體以及介于兩者之間的不太規(guī)整的多面體；這些準(zhǔn)晶顆粒排布在厚度為50 μ m——480 μ m之間的Al-Cu-Fe合金墻兩側(cè)，形成一個(gè)兩面均長(zhǎng)有大量微米準(zhǔn)晶的層狀結(jié)構(gòu)；層與層之間有一定的孔隙，形成一種特殊的孔結(jié)構(gòu)；多層層狀結(jié)構(gòu)互相平行的疊加在一起，可以進(jìn)一步形成一個(gè)類(lèi)似多層三明治夾層的多層結(jié)構(gòu)；這些夾層有不同的空間取向，他們互相疊加在一起，形成復(fù)雜的層狀多孔材料。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015](I)這種通過(guò)熱處理得到準(zhǔn)晶的方法工藝比較簡(jiǎn)單，成本也比較低，而且得到的準(zhǔn)晶產(chǎn)量也很高。
[0016](2)形成的準(zhǔn)晶排布比較有規(guī)律，微米級(jí)準(zhǔn)晶顆粒分散在Al-Cu-Fe合金墻幕兩偵牝形成一個(gè)三明治夾層，層與層之間有一定的孔隙，這些夾層可以有不同的空間取向，他們互相疊加在一起，形成復(fù)雜的層狀多孔材料。
【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖1是實(shí)施例一中的多孔三明治結(jié)構(gòu)的層狀掃描圖，
[0018]其中圖a為多孔三明治結(jié)構(gòu)的整體層狀圖，圖b為生長(zhǎng)著微米顆粒準(zhǔn)晶的單片層圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例一:
[0020]按照原子成分配比為Al63Cu25Fe12，將純鋁、純銅和純鐵分別進(jìn)行稱(chēng)量，在電磁感應(yīng)熔煉爐中熔煉均勻后切成20 X 20 X 20mm的小塊，并進(jìn)行真空封裝，進(jìn)行熱處理處理。保溫溫度為1200°C，保溫時(shí)間為240小時(shí)，隨爐冷卻?？梢缘玫匠叽缭?0 μ m——200 μ m之間的準(zhǔn)晶顆粒，形狀主要為足球狀的五邊形十二面體以及不太規(guī)整的多面體。這些準(zhǔn)晶顆粒排布在厚度為100 μ??--480 μ m之間的Al_Cu_Fe合金墻兩側(cè)，層與層具有一定的孔隙，形成一個(gè)三明治夾層結(jié)構(gòu)(如附圖1所示)，得到的準(zhǔn)晶在合金中所占比例在90%以上。
[0021]實(shí)施例二:
[0022]按照原子成分配比為Al63Cu25Fe12，將純鋁、純銅和純鐵分別進(jìn)行稱(chēng)量，在電磁感應(yīng)熔煉爐中熔煉均勻后切成20 X 20 X 20mm的小塊，并進(jìn)行真空封裝，進(jìn)行熱處理處理。保溫溫度為900°C，保溫時(shí)間為5h，隨爐冷卻?？梢缘玫匠叽缭?0 μπι—一100 μπι之間的準(zhǔn)晶顆粒，形狀主要為類(lèi)似足球狀的五邊形十二面體、橄欖球狀的多面體以及介于兩者之間的不太規(guī)整的多面體。這些準(zhǔn)晶顆粒排布在厚度為50 μ m——180 μ m之間的Al-Cu-Fe合金墻兩側(cè)，層與層具有一定的孔隙，形成一個(gè)三明治夾層結(jié)構(gòu)，與圖1類(lèi)似。
[0023]實(shí)施例三:
[0024]按照原子成分配比為Al6ciCu3tlFeici，將純鋁、純銅和純鐵分別進(jìn)行稱(chēng)量，在電磁感應(yīng)熔煉爐中熔煉均勻后切成20X20X20mm的小塊，并進(jìn)行真空封裝，進(jìn)行熱處理處理。保溫溫度為1200°C，保溫時(shí)間為10分鐘，隨爐冷卻。可以得到尺寸在15 μm——120 μπι之間的準(zhǔn)晶顆粒，形狀主要為類(lèi)似足球狀的五邊形五邊形十二面體、橄欖球狀的多面體以及介于兩者之間的不太規(guī)整的多面體。這些準(zhǔn)晶顆粒排布在厚度為80 μπι—一200 μπι之間的Al-Cu-Fe合金墻兩側(cè)，層與層具有一定的孔隙，形成一個(gè)三明治夾層結(jié)構(gòu)，與圖1類(lèi)似。
[0025]實(shí)施例四:
[0026]按照原子成分配比為Al63Cu2tlFe17，將純鋁、純銅和純鐵分別進(jìn)行稱(chēng)量，在電磁感應(yīng)熔煉爐中熔煉均勻后切成20 X 20 X 20mm的小塊，并進(jìn)行真空封裝，進(jìn)行熱處理處理。保溫溫度為1100°C，保溫時(shí)間為2小時(shí)，隨爐冷卻?？梢缘玫匠叽缭?0 μπι—一80 μπι之間的準(zhǔn)晶顆粒，形狀為不規(guī)則的二十面體。這些準(zhǔn)晶顆粒排布在厚度為100 μπι—一200 μπι之間的Al-Cu-Fe合金墻兩側(cè)，層與層具有一定的孔隙，形成一個(gè)三明治夾層結(jié)構(gòu)，與圖1類(lèi)似。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含大量準(zhǔn)晶微米顆粒的多層三明治結(jié)構(gòu)的制備工藝；其特征是:通過(guò)熱處理方式制備的多層結(jié)構(gòu)，層與層之間有一定的空隙；其中每個(gè)層片的兩面均含有大量且均勻分布的微米級(jí)Al-CU-Fe準(zhǔn)晶顆粒；對(duì)于材料成分的要求:合金為AlxCuyFez，其原子百分比為:60彡X彡63，20彡y彡30，10彡z彡17 ;熱處理溫度范圍:900°C——1200°C，保溫時(shí)間范圍:10分鐘——240小時(shí)，冷卻方式為爐冷；經(jīng)過(guò)熱處理得到尺寸在10 μ m——200 μ m之間的準(zhǔn)晶顆粒。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種含大量準(zhǔn)晶微米顆粒的多層三明治結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征在于具體的工藝步驟: (1)合金為AlxCuyFez,其原子百分比為:60^ X ^ 63，20彡y彡30，10彡z彡17 ; (2)按照步驟(I)所述的合金成分配比配置稱(chēng)取相應(yīng)的純鋁、純鐵以及純銅，將稱(chēng)好的料在電磁感應(yīng)爐中熔煉均勻； (3)將熔煉均勻的金屬錠切成小塊，用石英管進(jìn)行真空封裝； (4)對(duì)封裝好的材料進(jìn)行熱處理，熱處理的溫度范圍是900°C—一1200°C，保溫時(shí)間范圍為10分鐘——240小時(shí)，冷卻方式為隨爐冷卻； (5)經(jīng)過(guò)熱處理得到尺寸在ΙΟμπι—一200μπι之間的準(zhǔn)晶顆粒，這些顆粒的形狀有足球狀的五邊形十二面體、橄欖球狀的多面體以及介于兩者之間的不規(guī)整的多面體；這些準(zhǔn)晶顆粒排布在厚度為50 μ m——480 μ m之間的Al-Cu-Fe合金墻兩側(cè)，形成一個(gè)兩面均長(zhǎng)有大量微米準(zhǔn)晶的層狀結(jié)構(gòu)；層與層之間有一定的孔隙，形成一種層狀的孔結(jié)構(gòu)。多層層狀結(jié)構(gòu)相平行的疊在一起，進(jìn)一步形成一個(gè)多層的三明治夾層結(jié)構(gòu)；這些夾層在空間上有不同的取向，并互相疊加形成復(fù)雜的層狀多孔結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】一種含大量準(zhǔn)晶微米顆粒的多層三明治結(jié)構(gòu)的制備工藝，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)熱處理方式制備的材料為一種多層結(jié)構(gòu)，且每個(gè)片層的兩面均含有大量且均勻分布的微米級(jí)Al-Cu-Fe準(zhǔn)晶。層與層之間為空隙，因而該材料同時(shí)具有孔材料的特征。準(zhǔn)晶顆粒的尺寸在10μm——200μm之間，其形狀有足球狀的五邊形十二面體、橄欖球狀的多面體以及介于兩者之間的不規(guī)整的多面體。每層的厚度為50μm——480μm，多層層狀結(jié)構(gòu)互相平行的疊加在一起，進(jìn)一步形成一個(gè)多層的三明治夾層結(jié)構(gòu)。這些夾層在空間上有不同的取向，并互相疊加形成復(fù)雜的層狀多孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，得到的準(zhǔn)晶產(chǎn)量高，為工業(yè)化批量生產(chǎn)準(zhǔn)晶單晶及利用準(zhǔn)晶體外表面的特殊性質(zhì)提供了解決方案。
【IPC分類(lèi)】C22C30-02, C22C1-02, C22F1-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104862573
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510146302
【發(fā)明人】何戰(zhàn)兵, 危東俠, 馬海坤, 王磊磊
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日