專利名稱：：一種富鋁大塊非晶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種合金，具體地說是涉及一種以鋁(A1)，稀土元素(鑭或釓)為主要成分，添加了適量其它金屬元素的富鋁大塊非晶合金。
背景技術(shù)：
：通常，金屬或合金從液態(tài)冷卻下來時(shí)都會(huì)結(jié)晶形成晶體?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)某些金屬或合金在冷卻速率足夠快，例如達(dá)到每秒鐘104106&的數(shù)量級(jí)時(shí)，在固化時(shí)會(huì)保持液態(tài)時(shí)的極端粘滯的狀態(tài)，從而抑制晶化，得到非晶態(tài)的金屬或合金。為了獲得如此高的冷卻速率，只能將熔化的金屬或合金噴到導(dǎo)熱非常好的傳導(dǎo)基底上，這樣獲得的非晶金屬或合金的尺寸非常小。例如，將熔態(tài)合金噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上，得到薄帶，或澆鑄到冷基底中得到薄片和粉末等，其臨界尺寸在微米數(shù)量級(jí)上。非晶合金被重新加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上時(shí)，類似于氧化物玻璃，非晶合金在晶化前存在一個(gè)發(fā)生軟化但不晶化的溫度區(qū)，稱為過冷液相區(qū)(SLR)。過冷液相區(qū)對(duì)于非晶金屬的加工成型有重要意義。過冷液相區(qū)越寬，超塑性加工能力越強(qiáng)。對(duì)于具有良好的形成能力的非晶合金，其過冷液相區(qū)越寬越好。影響非晶合金抵抗晶化的能力主要因素是合金的成分體系和元素配比，同時(shí)也與合金從熔態(tài)冷卻下來形成非晶的冷卻速率有關(guān)。我們期望抑制結(jié)晶的冷卻速率足夠低，和盡可能寬的過冷液相區(qū)，這樣的大塊非晶合金可以在不發(fā)生晶化的情況下，充分加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上進(jìn)行加工，使其適合于工業(yè)用途。近十年來塊狀非晶合金在制備及性能研究方面取得突破性進(jìn)展。目前已能在較低的冷卻速率下，通過普通工藝方法如金屬模鑄造、水淬、遏制非均勻形核、定向凝固、粉末冶金、噴鑄成形、壓實(shí)成型等制備多種合金體系的塊狀非晶合金。塊狀非晶合金由于其優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的加工性能、優(yōu)良的化學(xué)活性和磁學(xué)性能，在民用及軍事領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。目前，人們?cè)诓粩鄬ふ腋卟Ａ纬赡芰Φ男麦w系非晶合金。鋁基非晶合金由于成本低，密度低及比強(qiáng)度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但鋁基非晶形成能力較差，目前還沒有毫米級(jí)的塊體非晶。而目前已知的非晶體系中，鋁的含量普遍偏低(原子比<25%)，導(dǎo)致非晶成本加大。因此，發(fā)展一種富鋁(原子比>35%)大塊非晶合金既有廣闊的應(yīng)用前景又有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有高玻璃形成能力、抑制結(jié)晶能力強(qiáng)、可以在很低的冷卻速率下制得更大尺寸的、以鋁，稀土鑭或釓為主要元素的富鋁大塊非晶合金。本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述富鋁大塊非晶合金的制備方法。本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種富鋁大塊非晶合金，是以鋁和稀土元素為主要成分，添加其它金屬元素，其組成如式I所示AlaLabXcNidMe(式I)其中-X為鈰(Ce)、釔(Y)、釓(Gd)或這些元素的組合；M為鈷(Co)或銅(Cu);下標(biāo)代表原子比(摩爾比)，其中35SaS40，30Sb^55，0Sc^20，5《d^15，(KeSlO，ia+b+c+d+e=100。本發(fā)明提供的式I所示富鋁大塊非晶合金尺寸在各個(gè)維度不小于1毫米。本發(fā)明提供一種上述富鋁大塊非晶合金的制備方法，包括如下步驟1)將各個(gè)金屬組分按上述式I的組成所需要的原子配比配料，在鈦吸附的氬氣氛的電弧爐中，將該材料反復(fù)熔煉使其均勻，冷卻后得到母合金鑄錠；2)使用常規(guī)的金屬型鑄造法，將步驟l)制得的母合金鑄錠敲碎，在電弧爐中重新熔化，利用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金的熔體吸入水冷銅模，得到所需的富鋁含量大塊非晶合金AlaLabXeNidMe。本發(fā)明提供另一種富鋁大塊非晶合金，其組成如式n所示Al35GdfEr5o—fCoi5(式II)其中下標(biāo)f代表原子比(摩爾比)，且0^fe22。本發(fā)明提供的式II所示富鋁大塊非晶合金尺寸在各個(gè)維度不小于1毫米。本發(fā)明提供一種上述富鋁大塊非晶合金的制備方法，包括如下步驟1)將各個(gè)金屬組分按上述式II的組成所需要的原子配比配料，在鈦吸附的氬氣氛的電弧爐中，將該材料反復(fù)熔煉使其均勻，冷卻后得到母合金鑄錠；2)使用常規(guī)的金屬型鑄造法，將步驟1)制得的母合金鑄錠敲碎，在電弧爐中重新熔化，利用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金的熔體吸入水冷銅模，得到所需的富鋁含量大塊非晶合金Al35GdfEr5(MCo15。本發(fā)明提供的兩個(gè)系列的富鋁大塊非晶合金具有高玻璃形成能力，其晶化溫度在590K到680K左右，玻璃轉(zhuǎn)變溫度在530K至640K之間，過冷液相區(qū)的寬度在3570K之間。與現(xiàn)用技術(shù)相比，本發(fā)明提供的富鋁大塊非晶合金優(yōu)益之處在于1、該富鋁大塊非晶合金的臨界冷卻速率低，冷卻速率(/^)可以達(dá)到102K/s的數(shù)量級(jí)，抑制結(jié)晶能力強(qiáng)，易于形成大尺寸的非晶合金，其尺寸在各個(gè)維度不小于1毫米。2、該大塊非晶合金系的鋁含量為所報(bào)道的塊體非晶體系中為最高，鋁含量在35%(原子比)以上，其中實(shí)施例1中的Al4QLa35Y1QNi15的鋁含量達(dá)到40%(原子比)。3、該富鋁大塊非晶合金具有較高的強(qiáng)度，其強(qiáng)度可以達(dá)到lGPa以上，具有較廣闊的應(yīng)用前景。圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的非晶合金AUoLa35YK)N^和實(shí)施例2的非晶合金Al4()La5()Ni15的X射線衍射分析譜，樣品直徑為1毫米；5圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的非晶合金AUoLa35Y,。叫5的DSC曲線圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的非晶合金AUoLa35Y,。N』的DTA曲線圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、AUoLa35Yn)Ni,5大塊非晶合金的制備使用純度為99.5%以上的Al、La、Y及M制備大塊非晶合金，首先將四種組分按摩爾量比為40:35:10:15的比例配好后，在鈦吸附的氬氣氛的電弧爐中反復(fù)熔煉，混合均勻，冷卻后得到A1-La-Y-Ni四元合金的母合金鑄錠;然后使用常規(guī)的金屬型鑄造方法，將此鑄錠敲碎，在電弧爐中重新熔化，利用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金熔體吸入水冷銅模，得到本發(fā)明的富鋁含量大塊非晶合金，其成分為Al4。La35Y1QNi15，直徑lmm。如圖1所示的X射線衍射(XRD)證明該合金是完全的非晶態(tài)的。如圖2所示的熱分析(DSC)圖，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(7p，晶化開始溫度(r》，過冷區(qū)間的寬度"r=7>7p分別為586K，627K和41K。此外，該合金還具有較高的約化玻璃溫度(rj和玻璃化指數(shù)(》，它們分別為0.536和0.374。T^和;K值通常可以用來判斷非晶合金的玻璃形成能力，因此可知Al4()La35YK)N^非晶合金具有較大的玻璃形成能力。實(shí)施例229按實(shí)施例1的方法制備各種配比的富鋁大塊非晶合金，其組成和熱物性參數(shù)列于表l。表l、高鋁含量大塊非晶合金的組成和熱物性參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注i)其中7^二7;/7;，；k二7;/Y7;+rj。2)表中各成分樣品測(cè)量時(shí)所用的加熱速率為20K/min。本發(fā)明提供的富鋁大塊非晶合金所要求的鋁為工業(yè)用的原材料，其純度為99.5°/。，由于鋁的成本較低，并且密度低，比強(qiáng)度高，在航空航天及汽車工業(yè)中都有重要應(yīng)用。而非晶合金由于其無序的結(jié)構(gòu)，具有比晶體合金更好的機(jī)械性能，因此，發(fā)展富鋁大塊非晶合金具有潛在的應(yīng)用前景。權(quán)利要求1、一種富鋁大塊非晶合金，是以鋁和稀土元素為主要成分，添加其它金屬元素，其組成如式I所示AlaLabXcNidMe(式I)其中X為鈰、釔、釓或這些元素的組合；M為鈷或銅；下標(biāo)代表原子比，其中35≤a≤40，30≤b≤55，0≤c≤20，5≤d≤15，0≤e≤10，且a+b+c+d+e＝100。2、一種制備富鋁大塊非晶合金的方法，包括如下步驟1)將各個(gè)金屬組分按權(quán)利要求1所述的式I的組成所需要的原子配比配料，在鈦吸附的氬氣氛的電弧爐中，將該材料反復(fù)熔煉使其均勻，冷卻后得到母合金鑄錠；2)使用金屬型鑄造法，將步驟l)制得的母合金鑄錠敲碎，在電弧爐中重新熔化，利用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金的熔體吸入水冷銅模，得到所需的富鋁含量大塊非晶合金AlaLabXeNidMe。3、一種富鋁大塊非晶合金，其組成如式II所示Al35GdfEr50-fCo15(式II)其中下標(biāo)f代表原子比，且0SK22。4、一種制備富鋁大塊非晶合金的方法，包括如下步驟1)將各個(gè)金屬組分按權(quán)利要求3所述的式II的組成所需要的原子配比配料，在鈦吸附的氬氣氛的電弧爐中，將該材料反復(fù)熔煉使其均勻，冷卻后得到母合金鑄錠；2)使用常規(guī)的金屬型鑄造法，將步驟1)制得的母合金鑄錠敲碎，在電弧爐中重新熔化，利用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金的熔體吸入水冷銅模，得到所需的富鋁含量大塊非晶合金Al35GdfEr5(MCo15。全文摘要本發(fā)明涉及一種富鋁大塊非晶合金，其組成為Al_aLa_bX_cNi_dM_e，其中X為鈰、釔、釓或其組合，M為鈷或銅，35≤a≤40，30≤b≤55，0≤c≤20，5≤d≤15，0≤e≤10，且a+b+c+d+e＝100。本發(fā)明涉及另一種富鋁大塊非晶合金，其組成為Al₃₅Gd_fEr_50-fCo₁₅，其中0≤f≤22。本發(fā)明還涉及上述富鋁大塊非晶合金的制備方法，其為將各個(gè)金屬組分按所需比例配料后熔煉、冷卻、敲碎、重新熔化后，吸鑄而得。本發(fā)明提供的富鋁大塊非晶合金尺寸在各個(gè)維度不小于1毫米，具有高玻璃形成能力，其晶化溫度在590K到680K左右，玻璃轉(zhuǎn)變溫度在530K至640K之間，過冷液相區(qū)的寬度在35～70K之間。文檔編號(hào)B22D18/06GK101671798SQ20081022224公開日2010年3月17日申請(qǐng)日期2008年9月12日優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日發(fā)明者孫保安,汪衛(wèi)華,潘明祥,趙德乾申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所