Mn準(zhǔn)晶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種準(zhǔn)晶的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1984年以色列科學(xué)家D.Shechtman首次在用帶急速冷卻的Al-Mn合金中發(fā)現(xiàn)了二十面體準(zhǔn)晶，這是一種全新的晶體學(xué)結(jié)構(gòu):具有長程取向序但無平移周期序(Phys.Rev.Lett.(物理評論快報(bào))53( 1984) 1951)。迄今為止人們在幾百種合金系中發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶存在，其中既包含二十面體準(zhǔn)晶，也含有8次、1次、12次和18次旋轉(zhuǎn)對稱性的準(zhǔn)晶。這種非晶體學(xué)的對稱元素與經(jīng)典晶體學(xué)理論所要求的布拉菲點(diǎn)陣的平移周期性不相容，因此激發(fā)了大量理論和實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶特殊的結(jié)構(gòu)使其具有一些優(yōu)異的性能，如高硬度、高抗腐蝕性、低摩擦系數(shù)、低界面能等。準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)者D.Shechtman也于2011年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。作為第一種發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)晶:Al6Mn—直受研究者所重視。合成準(zhǔn)晶是進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能研究的基礎(chǔ)，目前已知的合成Al-Mn體系準(zhǔn)晶的其他方法有:甩帶急冷法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、離子束輻照、快速高壓法(Nature(自然)320(1986)153)和低壓凝固法(Script Metall.21 (1987) 13)等。除后兩種方法之外，前幾種傳統(tǒng)制備Al-Mn體系準(zhǔn)晶的方法都耗時(shí)較長，并且合成的樣品不致密、易產(chǎn)生氣孔等缺陷?？焖俑邏悍ê偷蛪耗谭m然能克服上述缺點(diǎn)，但根據(jù)報(bào)道，其中加壓僅僅是軸向加壓。因此，樣品在各個(gè)方向受力并不均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、高效省時(shí)、能合成高質(zhì)量Al6Mn準(zhǔn)晶的制備方法。本發(fā)明主要是對純Al粉末和Mn粉末均勻混合之后進(jìn)行簡單壓制成坯，然后用六面頂壓機(jī)加壓加溫從而直接制得準(zhǔn)晶塊體材料。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005](I)按照原子配比高純Al粉:Mn粉=6:1的比例，將高純AI粉末和Mn粉末研磨均勻混合之后裝入硬質(zhì)合金模具中，在液壓壓片機(jī)中2-4MPa下加壓100-200S，制得預(yù)備塊體。
[0006](2)將石墨爐管狀爐體兩端用葉臘石片密封，石墨爐中套裝氮化硼坩禍，坩禍兩端用氮化硼片密封，同時(shí)石墨爐兩端包裹及導(dǎo)電用石墨片，然后將上述管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機(jī)使用的葉臘石方塊以及導(dǎo)電鋼碗放于溫度為150-200 0C的烘干箱中烘干2-4小時(shí)以上備用。
[0007](3)將步驟(I)制得的預(yù)備塊體裝入氮化硼坩禍中并將步驟(2)烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝，放置于六面頂壓機(jī)中，設(shè)定壓力控制在3-6GPa等靜壓，控制溫度加熱至700-850 °C，保溫30-60min;待溫度降至480-580 °C，保溫l-3ho
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、工藝簡單、能耗低，只需采用常規(guī)高壓設(shè)備。
[0010]2、效率高，不需要對原材料過多的處理就可以直接使用原材料來合成準(zhǔn)晶。
[0011]3、制得的準(zhǔn)晶致密沒有氣孔，質(zhì)量性能優(yōu)良。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的準(zhǔn)晶SEM圖像
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1在圖1采樣點(diǎn)的EDS能譜成分分析圖。
[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1清潔樣品表面后測得XRD圖。
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制得的Al6Mn準(zhǔn)晶TEM透射電鏡5重對稱軸方向衍射圖。
[0016]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制得Al6Mn準(zhǔn)晶的SEM掃描圖。
[0017]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制得Al6Mn準(zhǔn)晶的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]稱取高純Al粉1.1946g，高純Mn粉0.4052g，將純Al粉末和Mn粉末放置于研缽中充分研磨混合均勻裝于的硬質(zhì)合金模具中，硬質(zhì)合金模具內(nèi)徑為φ 10.6mm，在液壓壓片機(jī)中210^下加壓1008，制得直徑為Φ 10.6mm厚度為7.6mm的預(yù)備塊體。
[0020]石墨爐為高16.6mm外徑Φ 14mm內(nèi)徑Φ 12.1mm管狀爐體，兩端用Φ 12.06mm厚3.3mm葉臘石片密封，石墨爐中套裝氮化硼i甘禍，i甘禍高1mm外徑Φ 12mm內(nèi)徑Φ 10.8mm，兩端用直徑Φ 10.75mm厚1.2mm氮化硼片密封，同時(shí)石墨爐兩端包裹及導(dǎo)電用石墨片規(guī)格為直徑Φ 14厚1.6_。將上述管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機(jī)使用的葉臘石方塊以及導(dǎo)電鋼碗放于溫度為180°C的烘干箱中烘干3小時(shí)備用。
[0021]將上述預(yù)備塊體裝入氮化硼坩禍中并將上述烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝，放置于六面頂壓機(jī)中，設(shè)定壓力為3GPa等靜壓，溫度加熱至810°C，保溫30min;待溫度降至560°C，保溫2h。
[0022]保溫結(jié)束后直接斷開電流停止加熱，取出準(zhǔn)晶塊體對其進(jìn)行表面清潔處理。首先對準(zhǔn)晶進(jìn)行SEM掃描電鏡觀察同時(shí)進(jìn)行EDS能譜測試分析成分，如圖1和圖2所示，圖1可觀察到明顯的五邊形生長形貌，對應(yīng)圖1中所取監(jiān)測區(qū)域，從圖2結(jié)果可知Al和Mn的原子比約為6:1，因此基本可以確定塊體樣品為Al6Mn。
[0023]對準(zhǔn)晶進(jìn)行XRD掃描測試，確定成分。如圖3所示，可以看到尖銳的Al6Mn衍射峰。
[0024]對準(zhǔn)晶進(jìn)行透射電鏡衍射花樣觀察，確定準(zhǔn)晶合成。如圖4所示，可以看到準(zhǔn)晶所具有的典型五重對稱衍射花樣。
[0025]實(shí)施例2
[0026]稱取高純Al粉1.3141g，高純Mn粉0.4457g，將純Al粉末和Mn粉末放置于研缽中充分研磨混合均勻裝于的硬質(zhì)合金模具中，硬質(zhì)合金模具內(nèi)徑為φ 10.6mm，在液壓壓片機(jī)中4MPa下加壓200s，制得直徑為Φ 10.6mm厚度為8.2mm的預(yù)備塊體。
[0027]石墨爐為高16.6mm外徑Φ 14mm內(nèi)徑Φ 12.1mm管狀爐體，兩端用Φ 12.06mm厚3.3mm葉臘石片密封，石墨爐中套裝氮化硼i甘禍，i甘禍高1mm外徑Φ 12mm內(nèi)徑Φ 10.8mm，兩端用直徑Φ 10.75mm厚1.2mm氮化硼片密封，同時(shí)石墨爐兩端包裹及導(dǎo)電用石墨片規(guī)格為直徑Φ 14厚1.6_。將上述管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機(jī)使用的葉臘石方塊以及導(dǎo)電鋼碗放于溫度為150°C的烘干箱中烘干4小時(shí)備用。
[0028]將上述預(yù)備塊體裝入氮化硼坩禍中并將上述烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝，放置于八面頂壓機(jī)中，設(shè)定壓力為6GPa等靜壓，溫度加熱至700°C，保溫60min;待溫度降至480°C，保溫3h。
[0029]如圖5所示，可以看到生長于基體上的準(zhǔn)晶顆粒，圖中可以觀察到一些灰色的小尺寸空洞，這種現(xiàn)象在其他準(zhǔn)晶的生長過程中也被其他研究組發(fā)現(xiàn)過。此外，衍射圖譜、掃描電鏡和透射電鏡結(jié)果與實(shí)施例1基本一致。
[0030]實(shí)施例3
[0031]稱取高純Al粉1.0751g，高純Mn粉0.3647g，將純Al粉末和Mn粉末放置于研缽中充分研磨混合均勻裝于的硬質(zhì)合金模具中，硬質(zhì)合金模具內(nèi)徑為φ 10.6mm，在液壓壓片機(jī)中310^下加壓1808，制得直徑為Φ 10.6mm厚度為6.8mm的預(yù)備塊體。
[0032]石墨爐為高16.6mm外徑Φ 14mm內(nèi)徑Φ 12.1mm管狀爐體，兩端用Φ 12.06mm厚3.3mm葉臘石片密封，石墨爐中套裝氮化硼i甘禍，i甘禍高1mm外徑Φ 12mm內(nèi)徑Φ 10.8mm，兩端用直徑Φ 10.75mm厚1.2mm氮化硼片密封，同時(shí)石墨爐兩端包裹及導(dǎo)電用石墨片規(guī)格為直徑Φ 14厚1.6_。將上述管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機(jī)使用的葉臘石方塊以及導(dǎo)電鋼碗放于溫度為200°C的烘干箱中烘干2小時(shí)備用。
[0033]將上述預(yù)備塊體裝入氮化硼坩禍中并將上述烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝，放置于八面頂壓機(jī)中，設(shè)定壓力為5GPa等靜壓，溫度加熱至850°C，保溫40min;待溫度降至580°C，保溫lh。
[0034]如圖6所示，可以看到準(zhǔn)晶體衍射峰，且該衍射峰對應(yīng)Al6Mn衍射峰，掃描和透射電鏡結(jié)果與實(shí)施例1基本一致。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Al-Mn準(zhǔn)晶的制備方法，其特征在于: (1)按照原子配比高純AI粉:Mn粉=6:1的比例，將高純AI粉末和Mn粉末研磨均勾混合之后裝入硬質(zhì)合金模具中，在液壓壓片機(jī)中2-4MPa下加壓100-200s，制得預(yù)備塊體； (2)將石墨爐管狀爐體兩端用葉臘石片密封，石墨爐中套裝氮化硼坩禍，坩禍兩端用氮化硼片密封，同時(shí)石墨爐兩端包裹及導(dǎo)電用石墨片，然后將上述管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機(jī)使用的葉臘石方塊以及導(dǎo)電鋼碗放于溫度為180 0C的烘干箱中烘干3小時(shí)以上備用； (3)將步驟(I)制得的預(yù)備塊體裝入氮化硼坩禍中并將步驟(2)烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝，放置于六面頂壓機(jī)中，設(shè)定壓力控制在3-5GPa等靜壓，或置于八面頂和具有八個(gè)以上頂錘的可產(chǎn)生超高壓的壓機(jī)時(shí)，壓力調(diào)整至5GPa-25GPa，控制溫度加熱至700-850°C，保溫30-60min;待溫度降至480-580°C，保溫l_3h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Al-Mn準(zhǔn)晶的制備方法，它主要是按照原子配比6:1將純Al粉末和Mn粉末均勻混合裝入硬質(zhì)合金模具中，在液壓壓片機(jī)中加壓制得預(yù)備塊體，將上述預(yù)備塊體裝入氮化硼坩堝中并將預(yù)烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩堝、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝，放置于超高壓環(huán)境中，設(shè)定壓力控制在3-5GPa等靜壓，控制溫度加熱至700℃-850℃，保溫30-60min；待溫度降至480℃-580℃，保溫1-3h。本發(fā)明工藝簡單、能耗低、效率高，制得的準(zhǔn)晶含量較高。
【IPC分類】C22C45/08, C22C1/04, C22C21/00
【公開號】CN105568023
【申請?zhí)枴緾N201610007811
【發(fā)明人】范長增, 何璞
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月7日