一种铝基非晶合金及其非晶条带和纳米晶粉末的制备方法技术

本发明专利技术公开一种铝基非晶合金及其非晶条带和纳米晶粉末的制备方法，选取形成非晶能力比较强的Al-Ni-Y铝基非晶体系为基础，在Al-Ni-Y铝基非晶体系中添加利于形成非晶合金的元素，例如Y、La、Zr、Fe、Ni等。其具体成分为Ni5-9％，Y1-5％，La0-2％，Fe0-2％，B4-6％，Zr1-5％，余量为Al。按照名义成分配料后，在氩气保护下经过真空电弧熔炼母合金，真空度为5×10-3Pa。然后在氩气保护下用单辊甩带机制备非晶条带，甩带的最大线速度为40m/s，真空度为2×10-3Pa。合金成分具有良好的非晶形成能力，制备方法简单。同时选取形成非晶能力最好的Al79Ni7Y5Fe2B4Zr3(原子百分比)铝基非晶体系，利用气雾化的方式来制备铝基非晶纳米晶合金粉末。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料领域，涉及一种具有较强非晶形成能力的铝基非晶合金及其非晶条带和纳米晶粉末的制备方法。
技术介绍
铝基非晶合金具高强度、低密度，高热稳定性，良好的力学性能，和优异耐腐蚀性能等特点，备受材料研究者关注。但是，铝基非晶的非晶形成能力较弱。目前铝基非晶的最大尺寸为，[W.S.Sanders[W.S.Sanders,J.S.Warner,D.B.Miracle.StabilityofAl-richglassesinthe Al-La-Nisystem.Intermetallics,2006,14:349]等利用楔形模成功的制备了最大临界厚度达到780μm铝基非晶，B.J.Yang[B.J.Yang,J.H.Yao,J.Zhang,H.W.Yang,J.Q.Wang,E.Ma.Al-richbulkmetallic glasseswithplasticityandultrahigh.ScriptaMaterialia,2009,61:423-426.]等人制备出了直径为1mm的铝基非晶圆棒。同时中国专利200310118908.4，铝基非晶合金及其制备方法，公开了成分为Ni8-10％，Zr3-7％，Cu1-5％，Y1-3％，其余为Al(原子百分比)的铝基非晶态合金。在惰性气体保护气氛中电弧熔炼母合金，熔炼后在大气环境和真空环境中甩带，甩带线速度为23m/s，制备出了铝基非晶合金。中国专利201010195974.1，一种Al-Ni-Ce-La系铝基非晶态合金及其制备方法，公开了成分原子百分比为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％)的铝基非晶态合金。在氩气保护下经真空电弧熔炼或者真空感应熔炼制备母合金，在氩气保护下甩带制备非晶条带，最小线速度为10m/s，制备出了铝基非晶合金。中国专利03111739.2，一种铝基非晶合金及其制备方法，公布了成分原子百分比为Ni8-12％，混合稀土4-6％(混合稀土成分的质量百分比为：La35％，Ce50％，Pr5％和Nd10％)，铝为余量。通过氩气保护下甩带得到厚度为140μm的非晶条带，制备出了铝基非晶合金。以上这些都拓宽了铝基非晶的成分，对铝基非晶的发展具有重要意义。但是这些要应用于生产实际是远远不够的，所以如何获得非晶形成能力强和热稳定性能高的铝基非晶仍是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是在Al-Ni-Y铝基非晶体系中添加有利于形成非晶的元素，提供一种具有较强非晶形成能力的合金及其制备方法。尤其利用气雾化的方式制备出非晶纳米晶粉末，以便提高粉末应用于热喷涂涂层中的性能。本专利技术提供了一种铝基非晶合金，由在Al-Ni-Y铝基非晶体系中添加利于形成非晶合金的元素，其具体成分为Ni5-9％，Y1-5％，La0-2％，Fe0-2％，B4-6％，Zr1-5％，余量为Al。包括以下步骤：原料的配备：所需原料单质的纯度都大于99％，按照名义成分进行配料。母合金的熔炼：原材料放于坩埚内后，熔炼室真空度为5×10-3Pa，在熔炼母合金以前先熔炼Ti锭以吸收炉内的氧气和其他杂质，以进一步纯化熔炼气氛。为了熔炼均匀，所有母合金熔炼4次以上。甩带制备非晶条带：将熔炼得到的合金块的表面氧化皮用砂轮机打磨掉，切成小块后放入石英管中，在氩气保护下用单辊甩带机制备非晶条带，甩带的最大线速度为40m/s。纳米晶粉末的制备包括以下步骤：(1)原料的配备：所需原料单质的纯度都大于99％，按照名义成分进行配料，放置于气雾化制粉设备的感应坩埚中；(2)真空熔炼：抽真空并充入氩气保护，在感应加热下熔炼至合金溶液缓慢匀速倒入保温包中，同时充入高压氩气作为雾化介质；(3)氩气雾化：合金溶液流在高压氩气流的冲击下，雾化成小液滴，最终冷却形成非晶合金粉末；工艺参数为：熔炼真空度小于1Pa，熔炼温度1200-1400℃，雾化压力20-45公斤，雾化介质为氩气；(4)粉末筛分：对非晶合金粉末进行收取和筛分，筛选出400-500目的合金粉末。本专利技术的铝基非晶合金具有以下优点：1.本专利技术提出一种Al-Ni-Y系六元铝基非晶合金，通过添加大尺寸原子La和Y，使过冷液体具有更致密的原子堆垛结构，使原子长程扩散变得困难，从而抑制晶态相的形核。非晶条带具有较强的非晶形成能力。2.除Y元素以外，其他单质合金价格便宜，降低了合金的成本。制备及操作方法简单。3.本专利技术制备出了一种非晶纳米晶粉末。附图说明附图1为合金Al83Ni5Y5La1Fe1B4Zr1(1)、合金Al79Ni9Y3La0Fe2B4Zr3(2)、合金Al79Ni7Y5La0Fe2B4Zr3(3)、合金Al78Ni9Y5La0Fe2B5Zr1(4)和合金Al76Ni9Y3La2Fe1B4Zr5(5)在线速度40m/s下甩带的X射线衍射图附图2为Al79Ni7Y5La0Fe2B4Zr3成分的500目铝基非晶纳米晶合金粉末的X射线衍射图附图3为Al79Ni7Y5La0Fe2B4Zr3成分的500目铝基非晶纳米晶合金粉末的SEM表面形貌附图4为Al79Ni7Y5La0Fe2B4Zr3成分的500目铝基非晶纳米晶合金粉末的微区电子衍射图根据附图1的XRD结果分析，本专利技术制备的这5种合金成分的非晶合金大部分为非晶结构，具有较强的非晶形成能力。有部分析出相，经过标定大部分为ZrB2相、Al3Zr5相和Ni4B3相。根据附图2的XRD结果分析，本专利技术制备的500目的铝基非晶纳米晶合金粉末非晶成分较多，非晶形成能力较强。根据附图3的SEM表面形貌，本专利技术制备的500目的铝基非晶纳米晶合金粉末为球形、近球形或类球形，表面光滑。根据附图4为500目铝基非晶纳米晶合金粉末的微区电子衍射图，可以明显看出，粉末衍射花样特点是中心有一个漫散的中心斑点及漫散环，这种漫散的衍射斑点是非晶态的典型特征，说明粉末中含有非晶态物质。并且在中心班点的周围还存在些许明亮的斑点，这些都是衍射斑点，说明粉末中含有晶化相物质。通过Scherrer公式(德拜-谢乐公式)计算晶化相的尺寸，如式D＝Kλ/Bcosθ。式中，K为Scherrer常熟，其值为0.89；D为晶粒尺寸(nm)；B为积分半高宽度，在计算的过程中，需转化为弧度(rad)；θ为衍射角；λ为X射线波长，为0.154056nm，计算得到单个衍射峰所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基非晶合金，其特征在于在Al‑Ni‑Y铝基非晶体系中添加利于形成非晶合金的元素，具体成分为Ni5‑9％，Y1‑5％，La0‑2％，Fe0‑2％，B4‑6％，Zr1‑5％，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种铝基非晶合金，其特征在于在Al-Ni-Y铝基非晶体系中添加利于形成非
晶合金的元素，具体成分为Ni5-9％，Y1-5％，La0-2％，Fe0-2％，B4-6％，Zr
1-5％，余量为Al。
2.制备如权利要求1所述的铝基非晶合金条带的方法，其特征在于包括以下步
骤：
(1)原料的配备：所需原料单质的纯度都大于99％，按照名义成分进行配料；
(2)母合金的熔炼：原材料放于坩埚内后，熔炼室真空度为5×10-3Pa，在熔炼
母合金以前先熔炼Ti锭以吸收炉内的氧气和其他杂质，以进一步纯化熔
炼气氛，为了熔炼均匀，所有母合金熔炼4次以上；
(3)甩带制备非晶条带：将熔炼得到的合金块的表面氧化皮用砂轮机打磨掉，
切成小块后放入石英管中，在氩气保护下用单辊甩...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊自拴，陈艳文，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11