專利名稱：一種Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種具有強非晶形成能力的Al-Ni-Ce-La四元系鋁基非晶態(tài)合金 及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁基非晶合金因為具有高強度、高塑性、低密度，良好的彈性和韌性、耐腐蝕和 耐磨性能，在航空航天、輕型化運輸工具、石油、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，自1988 年 He [Y. He, S. J. Poon, G. J. Shiflet. Science 241(1988) 1640-1642] ； Inoue [A. Inoue, K.Ohtera, A. -P. Tsai, Τ.Masumoto. Jpn J Appl Phys 27(1988)L280-L282 ；L479-L482 ； L736-L739]采用快速凝固方法制備出鋁基非晶態(tài)合金以來，受到了廣泛的關(guān)注。但與其他 合金體系(如鋯基、鈀基、鐵基、鑭基等)相比，鋁合金的非晶形成能力較差，目前Al基合金 制備的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)材料體積小，由于尺寸問題而無法獲得應(yīng)用。為了制備塊體鋁基非晶態(tài) 合金材料，開展了許多研究工作，主要包括兩個方面，一是研究新的制備方法，如粉末冶金 方法制備大塊鋁基非晶[劉祖銘，劉詠，黃伯云，黃勁松，郭晟，杜勇.粉末冶金技術(shù)，2008， 26(2) :115-120]，二是發(fā)展新型鋁基非晶態(tài)合金，希望獲得能制備大塊鋁基非晶的合金成 分。中國專利，CN03111967.0，一種鋁基非晶合金及其制備方法，采用線速度為30 55m/ s的銅輥甩帶制備了 Al-Mg-Ce非晶合金；中國專利，200310118908. 4，鋁基非晶合金及其制 備方法，公開了一種原子百分比組成為Ni8 10 %，Zr3 7 %，Cul 5 %，Yl 3 %，其余 為Al的鋁基非晶態(tài)合金，在熔體噴射壓力為0. 03 0. 05MPa，最低制備線速度為23m/s的 條件下，制備出了鋁基非晶合金。這些研究成果拓展了鋁基非晶的合金體系，對鋁基非晶態(tài) 合金的發(fā)展有重要意義。但由于鋁合金的非晶形成能力較差，熔體凝固直接制備塊體鋁基 非晶態(tài)合金材料還很困難。因此，提高鋁基合金的非晶形成能力，是亟待解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有合金之不足而提供一種組分配比合理、具有強非晶形 成能力的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金及其制備方法。本發(fā)明一種Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金，按原子百分比，其成分為 Al84Ni10Ce(6_x)Lax(x = 1 6, at. % ) > Al84Ni(10_y)Ce6Lay (y = 1 3, at. % )禾口 Al(84_z) Ni10Ce6Laz(ζ = 1 3，at. % )。本發(fā)明一種Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金的制備方法，包括以下步驟第一步配料選用純金屬，按照名義成分Al84Ni10Ce (e-x)Lax (χ = 1 6, at. % ) > Al84Ni(10_y) Ce6Lay (y = 1 3，at. % )或 Al(84_z)Ni10Ce6Laz (ζ = 1 3，at. % )配料；第二步制備母合金將第一步配好的合金原料用真空電弧爐熔煉3 6次，同時進(jìn)行電磁攪拌，制得熔 煉均勻的母合金錠；或用真空感應(yīng)熔煉爐在Ar保護(hù)氣氛中熔煉制得母合金；
第三步甩帶制備非晶帶將第二步制備的母合金經(jīng)打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加熱重熔，待 母合金完全熔化后，將合金熔體噴射到旋轉(zhuǎn)的銅輥表面冷卻制得非晶帶；加熱重熔和甩帶 過程在Ar氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行，石英管下端與銅輥表面相距Imm 2mm ；銅輥最小線速度為 10m/s，熔體噴射壓力為0. 07MPa 0. 08MPa，真空度為2Pa lO—Pa。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果 (1)本發(fā)明提出的一種Al-Ni-Ce-La系四元鋁基非晶態(tài)合金，通過添加大尺寸原 子Ce和La，提高了無序密堆結(jié)構(gòu)的致密程度，增加合金黏度、降低原子擴(kuò)散系數(shù)，抑制晶核 的形成，提高了合金的玻璃形成能力，La的加入有效提高了熔體的抗氧化能力；(2)本發(fā)明提出的一種Al-Ni-Ce-La合金體系，非晶形成能力強，冷卻速率低，銅 輥最低線速度為10m/S的條件下，甩帶制備出完全非晶態(tài)合金；(3)本發(fā)明提出的一種Al-Ni-Ce-La四元系鋁基非晶態(tài)合金，成分和制備方法簡 單，真空度要求低。(4)可采用工業(yè)純金屬Al、Ni、Ce和La作為原料，原材料的純度要求低。綜上所述，本發(fā)明組分配比合理、具有強非晶形成能力，制備方法簡單，冷卻速率 要求低。


附圖1是本發(fā)明實施例1、2、3制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的X射 線衍射(XRD)分析結(jié)果。附圖2是本發(fā)明實施例4、5、6、7制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的X 射線衍射(XRD)分析結(jié)果。附圖3是本發(fā)明實施例1、2、3制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的熱穩(wěn) 定性分析(DSC)結(jié)果，升溫速率為20K/min。附圖1中曲線1為實施例1制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的XRD結(jié)果；曲線2為實施例2制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的XRD結(jié)果。曲線3為實施例3制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的XRD結(jié)果。根據(jù)附圖1的XRD分析結(jié)果，本發(fā)明實施例1、2、3制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非 晶態(tài)合金帶材均為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。附圖2中曲線4為實施例4制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的XRD結(jié)果；曲線5為實施例5制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的XRD結(jié)果。曲線6為實施例6制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的XRD結(jié)果。曲線7為實施例7制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的XRD結(jié)果。根據(jù)附圖2的XRD分析結(jié)果，本發(fā)明實施例4、5、6、7制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基 非晶態(tài)合金帶材均為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。附圖3中曲線8為實施例1制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的DSC結(jié)果，銅輥線速度為lOm/s ；曲線9為實施例2制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的DSC結(jié)果，銅輥 線速度為lOm/s ；曲線10為實施例3制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材的DSC結(jié)果，銅輥 線速度為lOm/s。根據(jù)附圖3的示差掃描量熱儀進(jìn)行的熱穩(wěn)定性分析結(jié)果，表明本發(fā)明實施例1、2、 3制備的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金帶材具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和寬的過冷液相 區(qū) ΔΤχ。
具體實施方式
本發(fā)明采用純金屬為原料，制備出多種Al-Ni-Ce-La體系非晶態(tài)合金，下面結(jié)合 典型實例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實施例1 制備成分為Al84NiltlCe4La2 (χ = 2, at. % )的非晶態(tài)合金第一步配料選用純金屬，按照名義成分Al84NiltlCe4La2 (χ = 2，at. % )配料。配料時應(yīng)機械打 磨除去純金屬原料表面的污染層，然后用酒精和丙酮混合溶液清洗并風(fēng)干。第二步制備母合金將第一步配好的合金原料用真空電弧爐熔煉3 6次，同時進(jìn)行電磁攪拌，制得熔 煉均勻的母合金錠，真空度為10_3Pa ；或用真空感應(yīng)熔煉爐在Ar保護(hù)氣氛中熔煉制得母合 金，真空度為10_2Pa;第三步甩帶制備非晶帶將第二步制備的母合金經(jīng)表面打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加熱重 熔，真空度2Pa KT1Pa,待母合金完全熔化后，將母合金熔體噴射到旋轉(zhuǎn)的銅輥表面冷卻 制得厚度為130 μ m的非晶帶；加熱重熔和甩帶過程在Ar氣氛中進(jìn)行，石英管下端與銅輥 表面相距Imm 2mm，銅輥線速度為10m/s，熔體噴射壓力為0. 07MPa 0. 08MPa，真空度為 2Pa ICT1Pa ；第四步利用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析，XRD物相分析結(jié)果表明所制備的 帶材為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；利用示差掃描量熱儀進(jìn)行熱穩(wěn)定性分析，結(jié)果表明本發(fā)明所制備的帶 材具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和寬的過冷液相區(qū)Δ Tx。實施例2 制備成分為Al84Ni9Ce6La (y = 1, at. % )的非晶態(tài)合金按照名義成分Al83NiltlCe6La (y = 1, at. %)配料，然后按照實例1的方法和步驟 制備得到成分為Al84M9Ce6La非晶帶，厚度為105 μ m。XRD物相分析結(jié)果表明所制備的帶材 為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；DSC分析結(jié)果表明本發(fā)明所制備的帶材具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和寬的 過冷液相區(qū)ΔΤχ。實施例3 制備成分為Al83NiltlCe6La(z = 1, at. % )的非晶態(tài)合金按照名義成分Al83NiltlCe6La (z = 1, at. %)配料，然后按照實例1的方法和步驟 制備得到成分為Al83NiltlCe6La非晶帶，厚度為100 μ m。XRD物相分析結(jié)果表明所制備的帶 材為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；DSC分析結(jié)果表明本發(fā)明所制備的帶材具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和寬 的過冷液相區(qū)ΔΤΧ。
實施例4 制備成分為Al84NiltlCe2La4 (χ = 4，at. % )的非晶態(tài)合金按照名義成分Al84NiltlCe2La4 (χ = 4，at. % )配料，然后按照實例1的方法和步驟 以20m/s制備得到成分為Al84NiltlCe2La4非晶帶。XRD物相分析結(jié)果表明所制備的帶材為非 晶態(tài)結(jié)構(gòu)；DSC分析結(jié)果表明本發(fā)明所制備的帶材具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和寬的過冷 液相區(qū)ΔΤχ。實施例5 制備成分為Al84NiltlLa6(χ = 6，at. % )的非晶態(tài)合金
按照名義成分Al84NiltlLa6 (χ = 3，at. % )配料，然后按照實例1的方法和步驟制 備得到成分為Al84MltlLa6非晶帶；XRD物相分析結(jié)果表明所制備的帶材為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。DSC 分析結(jié)果表明本發(fā)明所制備的帶材具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和寬的過冷液相區(qū)ΔΤχ。實施例6 制備成分為Al84Ni8Ce6La2 (y = 2, at. % )的非晶態(tài)合金按照名義成分Al84Ni8Ce6La3 (y = 2，at. % )配料，然后按照實例1的方法和步驟 以20m/s制備得到成分為Al84M8Ce6La2非晶帶。XRD物相分析結(jié)果表明所制備的帶材為非 晶態(tài)結(jié)構(gòu)；DSC分析結(jié)果表明本發(fā)明所制備的帶材具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和寬的過冷 液相區(qū)ΔΤχ。實施例7 制備成分為Al82NiltlCe6La2 (ζ = 2, at. % )的非晶態(tài)合金按照名義成分Al82NiltlCe6La2 (ζ = 2, at. % )配料，然后按照實例1的方法和步驟 以20m/s制備得到成分為Al82NiltlCe6La2 (ζ = 2, at. % )非晶帶。XRD物相分析結(jié)果表明所 制備的帶材為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；DSC分析結(jié)果表明本發(fā)明所制備的帶材具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫 度Tg和寬的過冷液相區(qū)ΔΤΧ。
權(quán)利要求
一種Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金，其成分為Al84Ni10Ce(6-x)Lax(x＝1～6，at.％)、Al84Ni(10-y)Ce6Lay(y＝1～3，at.％)或Al(84-z)Ni10Ce6Laz(z＝1～3，at.％)。
2.制備如權(quán)利要求1的Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金的方法，包括以下步驟第一步配料選用純金屬，按照名義成分 Al84Ni1(1Ce(6_x)Lax(X = 1 6，at. %) ,Al84Ni(10_y)Ce6Lay(y = 1 3，at. % )或 Al(84_z)Ni10Ce6Laz(ζ = 1 3，at. % )配料；第二步制備母合金將第一步配好的合金原料用真空電弧爐熔煉3 6次，同時進(jìn)行電磁攪拌，制得熔煉均勻的母合金；或用真空感應(yīng)熔煉爐在Ar保護(hù)氣氛中熔煉制得母合金；第三步甩帶制備非晶帶將第二步制備的母合金經(jīng)表面機械打磨和清洗后，置于下端磨口的石英管中加熱重 熔，待母合金完全熔化后，將合金熔體噴射到旋轉(zhuǎn)的銅輥表面冷卻制得非晶帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金的制備方法，其特征 在于石英管下端與銅輥表面相距Imm 2mm ；銅輥最小線速度為lOm/s，熔體噴射壓力為 0. 07MPa 0. 08MPa，真空度為 2Pa KT1Pa1全文摘要
一種Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金，其成分為Al84Ni10Ce(6-x)Lax(x＝1～6，at.％)、Al84Ni(10-y)Ce6Lay(y＝1～3，at.％)和Al(84-z)Ni10Ce6Laz(z＝1～3，at.％)。制備所述Al-Ni-Ce-La系鋁基非晶態(tài)合金的方法，是按照合金名義成分配料后，在氬氣保護(hù)下經(jīng)真空電弧熔煉或真空感應(yīng)熔煉制備母合金；在Ar氣保護(hù)下甩帶制備非晶帶，甩帶時銅輥最小線速度為10m/s，熔體噴射壓力為0.07MPa～0.08MPa，真空度為2Pa～10-1Pa。本發(fā)明組分配比合理、具有強非晶形成能力，制備方法簡單，真空度要求低。
文檔編號C22C45/08GK101838780SQ20101019597
公開日2010年9月22日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者劉詠, 劉祖銘, 吳宏, 張劉杰, 朱藝添, 杜勇, 黃伯云 申請人:中南大學(xué)