一種鋁基非晶合金復(fù)合材料及其制備方法
【專利說明】一種鋁基非晶合金復(fù)合材料及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種鋁基非晶合金復(fù)合材料及其制備方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 非晶合金的結(jié)構(gòu)是一種短程有序而長程無序的特殊結(jié)構(gòu)，具備常規(guī)晶體很難具備 的高強度、高硬度、高模量和高耐蝕性等優(yōu)良性能，因此，近年來非晶合金作為金屬材料研 究領(lǐng)域的一個熱門課題得到廣泛關(guān)注。目前，制得的非晶合金，有涉及鋁基非晶合金的，但 普遍存在表面易被氧化，不耐酸堿服飾及磨損的問題。如果要在電子元器件，汽車零部件， 化工，航空航天等領(lǐng)域有一定運用，需要進(jìn)一步改進(jìn)鋁基非晶合金復(fù)合材料的性能。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種鋁基非晶合 金復(fù)合材料及其制備方法，制得的鋁基非晶合金復(fù)合材料耐腐蝕、耐磨，且具有高強度和高 硬度。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：
[0005] -種鋁基非晶合金復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：1)制備具有如下通式的 鋁基非晶合金基體:AlaMgbZrcRd，其中，a，b，c，d為對應(yīng)元素的重量百分比，85% < a < 92%， 2% <b<10%，0.5% <c<4%，1% <d<6%，且a+b+c+d=l，R為Ti、La、Gd、Ce、Sc、Hf、Ta、 W、Nb中的一種或多種；2)對步驟1)得到的鋁基非晶合金基體進(jìn)行表面預(yù)處理，得到表面潔 凈的鋁基非晶合金基體;3)將經(jīng)過表面預(yù)處理的鋁基非晶合金基體和鉛板置于盛有含氧化 性物質(zhì)的電解液的電解槽中，以鋁基非晶合金基體為陽極，以鉛板為陰極，施加40~60V的 電壓，3~6A/dm 2的電流密度，在20~60°C的電解液溫度下進(jìn)行陽極氧化，使鋁基非晶合金 表面形成致密的氧化膜層;4)將形成有氧化膜層的鋁基非晶合金復(fù)合材料進(jìn)行清洗封孔和 干燥處理。
[0006] -種鋁基非晶合金復(fù)合材料，包括鋁基非晶合金基體和在所述鋁基非晶合金基體 上的氧化膜層;所述錯基非晶合金基體具有如下通式:AlaMgbZrcRd，其中，a，b，c，d為對應(yīng)元 素的重量百分比，85% <a<92%，2% 10%，0·5% <cK6%，且a+b+c+d =1，1?為1^、1^、6(1工6、3(3、!^、了3、1恥中的一種或多種；所述氧化膜層中包括六12〇3、]^0、 Zr〇2和Rx0y，其中x、y是原子配比系數(shù)。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：
[0008] 本發(fā)明的鋁基非晶合金復(fù)合材料的制備方法，結(jié)合特定設(shè)計的鋁基非晶合金基體 的組成以及陽極氧化處理，在活化原子氧化條件下使鋁基非晶合金表面形成致密的氧化膜 層。制得的鋁基非晶合金復(fù)合材料具有較好的非晶合金性能，表面著色和防護性能。經(jīng)測 試，制得的復(fù)合材料耐腐蝕性能良好，耐磨性較好，且材料具有高強度和高硬度。 【【具體實施方式】】
[0009] 本發(fā)明的構(gòu)思是:對鋁基非晶合金的制備進(jìn)行研究，以得到綜合性能優(yōu)良的鋁基 非晶合金復(fù)合材料。對于鋁基非晶合金材料的制備，行業(yè)內(nèi)有各種討論和研究，包括制備方 法和配方上的改良，如利用惰性氣體保護通過甩帶的方式制得非晶合金，又如通過成分中 加入少量的稀土元素來增強非晶合金的形成能力。而本發(fā)明中，從鋁基非晶合金組成通式 上改進(jìn)，并結(jié)合表面處理工藝，通過陽極氧化處理在鋁基非晶合金表面形成粘附良好的氧 化膜層，解決復(fù)合材料表面力學(xué)性能上的不足，同時賦予鋁基非晶合金表面的高疲勞強度， 低缺口敏感性以及導(dǎo)熱，介電，聲學(xué)方面獨特的性質(zhì)。在結(jié)合表面處理工藝時，本發(fā)明中，采 用活化原子氧化法，電壓較低，電流密度較小，溫度相對較低，通過電化學(xué)效應(yīng)使原子活化， 通過活化原子間的相互反應(yīng)，反應(yīng)速率大幅度提升，從而在表面形成致密、且粘附結(jié)合牢固 的有一定厚度的膜層，從而材料綜合性能優(yōu)良，較好地解決了上述問題。
[0010] 本【具體實施方式】中，鋁基非晶合金復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：
[0011] 1)制備具有如下通式的鋁基非晶合金基體:AlaMgbZr cRd，其中，a，b，c，d為對應(yīng)元 素的重量百分比，85% <a<92%，2% 10%，0.5% <cK6%，且a+b+c+d =1，1?為11、1^、6(1、〇6、5(3、^\丁&、1他中的一種或多種。
[0012] 該步驟中，制備上述通式的基體以便于在后續(xù)進(jìn)行表面氧化，從而獲得氧化膜層。 上述通式中，組分中的Al，Mg的陽極氧化易于進(jìn)行，膜層也比較致密。少量的稀土元素 R，則 用于促進(jìn)形成非晶合金。同時，由于Mg在后續(xù)氧化后形成的MgO具有一定的吸濕性，因此，為 了形成性能良好的膜層，控制Al，Mg的含量在上述的范圍內(nèi)。各組分以及組分含量嚴(yán)格選 擇，從而在后續(xù)陽極氧化時得到較好的表面氧化膜層。
[0013] 2)對步驟1)得到的鋁基非晶合金基體進(jìn)行表面預(yù)處理，得到表面潔凈的鋁基非晶 合金基體。
[0014] 該步驟中，對鋁基非晶合金基體進(jìn)行表面預(yù)處理，例如，采用機械拋光、除蠟、除油 等方法，得到表面潔凈的鋁基非晶合金基體后，進(jìn)行后續(xù)陽極氧化處理。
[0015] 3)將經(jīng)過表面預(yù)處理的鋁基非晶合金基體和鉛板置于盛有含氧化性物質(zhì)的電解 液的電解槽中，以鋁基非晶合金基體為陽極，以鉛板為陰極，施加40~60V的電壓，3~6A/ dm2的電流密度，在20~60°C的電解液溫度下進(jìn)行陽極氧化，使鋁基非晶合金表面形成致密 的氧化膜層。
[0016] 該步驟中，陽極氧化處理，將鋁基非晶合金基體作為陽極，經(jīng)過氧化在表面成膜， 形成粘附性良好的氧化膜，膜內(nèi)含有Al2〇3、MgO、Zr0 2、Rx0y(X、y是原子配比系數(shù)）。
[0017] 上述處理過程中，施加的電壓，電流密度以及溫度等較為關(guān)鍵，使得反應(yīng)過程中原 子被活化，反應(yīng)進(jìn)行較為容易，具有很高的反應(yīng)速率。對于電壓和電流的范圍，控制為40~ 60V的電壓，3~6A/dm2的電流密度。如果電壓和電流過高，高電壓、高電流會使生成的氧化 膜的熱效應(yīng)增大，促使氧化膜加速溶解。如電壓，電流超過一定的范圍，生成的氧化膜較粗 糙，對基體的防護性能會降低。而如果電壓和電流過低，成膜速度較低，反應(yīng)進(jìn)行較慢。對于 溫度，控制在20~60°C，優(yōu)選地，在20~40°C的范圍內(nèi)。由于陽極氧化本身就會放熱，放熱會 相當(dāng)大，會加速已形成的膜的溶解。溫度過高時，會有過腐蝕的危險，氧化膜不連續(xù)。溫度過 低時，反應(yīng)速度較慢，膜的內(nèi)應(yīng)力大，會產(chǎn)生裂紋，也不利于獲得著色和封閉性良好的氧化 膜層。因此要時刻監(jiān)控電解液溫度，溫度過高或者過低，都要采取一些措施進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)選 地，可以在電解液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %~2%的乳酸，乙酸，乙二酸等有機羧酸或丙三醇， 以顯著降低溫度過高使氧化膜疏松或粉化的風(fēng)險，同時也不會降低氧化膜的厚度及硬度。
[0018] 優(yōu)選地，上述施加電流的過程中，采用兩階段升高電流:先在t時間段內(nèi)將電流密 度升高到第一電流密度11，然后保持2~4分鐘，接著以每分鐘0.2~0.4A/dm2的速度升高至 第二電流密度12;其中，t在30~60S的范圍內(nèi)，II為12的一半，12在3~6A/dm2的范圍內(nèi)。例 如，控制電流密度在30S內(nèi)快速升高到所需電流密度(如后續(xù)實驗例1中電流密度為4A/dm 2) 的一半，保持3min，緊接著以每分鐘0.3A/dm2的速度升高，直至達(dá)到所需電流密度(4A/dm 2)。 在剛開始通電時，先通一半的電流密度，這樣膜層生長速度慢，從而膜層較致密，外觀顏色 也較好，不會加深的太快。后一階段，逐步提高電流密度到所需要的電流密度。電流密度提 高時，在一定范圍內(nèi)可以加速氧化膜的生成速度，但到一定值后，膜孔內(nèi)熱效應(yīng)增大，局部 溫升顯著