【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粉末冶金领域，具体涉及一种四元铝非晶纳米晶粉末及其制备方法和应用。
技术介绍
1、非晶合金材料不含普通金属合金材料的晶体结构，表现出优异的强度、硬度、耐蚀、耐磨等性能特点，在极端环境结构应用方面具有强大的应用潜力。纳米晶材料中的晶体为纳米级尺寸，结构中存在大量晶界，因其小尺寸效应，同样具有高强度、高硬度、等性能特点，且局部纳米晶化也有助于提升材料的耐蚀性能。因此，非晶纳米晶材料作为装备或器件的结构材料，在车辆、海洋、化工、机械，以及等领域具有优异的应用前景。尤其地，铝基非晶纳米晶材料具有密度低、强度高、韧性强、耐腐蚀和耐磨性好、膨胀系数低，非晶形成能力强等特点，尤其适用于海洋环境装备结构件表面的防腐应用。
2、目前，铝基非晶纳米晶材料在装备结构件表面主要是以涂层的形式应用。球形粉末是该材料应用的原材料。当前，非晶纳米晶粉末制备主要有等离子球化、真空气雾化等方法。铝基非晶纳米晶的成分及非晶含量等因素决定材料应用性能，制备过程中形成的粉末粒径等因素也决定了制备效率和成分等。以上两点也是制约铝基非晶纳米晶材料应用关键。目前，亟需提供一种四元铝非晶纳米晶粉末及其真空气雾化制备方法。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种四元铝非晶纳米晶粉末及其制备方法和应用。
2、第一方面，本专利技术提供的四元铝非晶纳米晶粉末，以原子百分比计，包括以下成分：al 70-95at.%，ni 3-15at.%，zr 1-5at.%，si 1-10at.%
3、优选的，所述的四元铝非晶纳米晶粉末中，al 75-85at.%，ni 8-10at.%，zr 4-5at.%，si 3-10at.%。
4、优选的，所述四元铝非晶纳米金合金粉末中，粒径25μm以下的非晶含量为30~40%，粒径25-50μm的非晶含量为20~30%，粒径50μm以上的非晶含量为10~20%，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的晶化温度为321~338℃。
5、作为优选，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的平均粒径为15-25μm，优选为20-22μm，粒径分布为5-80μm。
6、进一步优选，所述四元铝非晶纳米金合金粉末为球形粉末；优选的，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的球形度大于90%，氧含量小于100ppm，粒径25μm以下的非晶含量为30~40%，粒径25-50μm的非晶含量为20~30%，粒径50μm以上的非晶含量为10~20%，晶化温度为321~338℃。
7、本专利技术中，通过采用上述对氧含量和粒径筛选，能够更好的得到符合原始设计且适合喷涂或激光熔覆的合金粉末，从而进一步通过球形度、非晶含量及晶化温度的筛选，能够更好的得到流动性高，可用于制备非晶纳米晶态涂层的粉末。
8、第二方面，本专利技术提供所述四元铝非晶纳米晶粉末的制备方法，采用真空气雾化方法制备；优选的，包括如下步骤：
9、1）将al、ni、zr和si的原料并进行表面处理。
10、2）将步骤1）处理后的原料进行电磁感应熔炼，得到金属液。
11、3）将高压气流和所述金属液同时喷出，进行气雾化处理，得到合金粉末。
12、4）所述合金粉末冷却后进行筛分。
13、作为优选，步骤1）中，所述表面处理包括将颗粒或块体原料进行打磨，去除表面氧化物，采用丙酮或酒精超声清洗30-40s，重复清洗1-3次，去除表面杂质；然后在真空条件下进行烘干，烘干温度小于150℃，防止氧化。
14、作为优选，步骤2）中，所述电磁感应熔炼的熔炼室的真空度低于1.0×10-5pa，然后通入气雾化气体；优选的，所述气雾化气体为氩气，压强为6-8mpa；和/或，熔炼的温度为1700-2000℃，优选为1800-1900℃。在电磁感应熔炼过程中，将熔炼室的真空度保持低于1.0×10-5pa，通入气雾化气体氩气，有助于减少氧化和杂质，确保材料的纯净度，同时熔炼设定在优选温度范围，能够更好更均匀熔化金属原材料，有助于提高熔炼效率和质量，这些条件共同作用，确保最终产品的质量和性能。
15、进一步优选，步骤3）中，所述气雾化处理中，高压氩气流的压强为6-8mpa。
16、进一步优选，步骤4），将所述气雾化处理得到的粉末冷却后，进行筛分和干燥，获得粒度分布为5-80μm，平均粒径为15-25μm的四元铝非晶纳米晶粉末。
17、本专利技术中，经处理得到的四元铝非晶纳米晶粉末的平均粒径范围为15-25μm；粒径优选选取75μm以下，得到适用于制备具有优异耐腐蚀性能的表面防护涂层。
18、第三方面，本专利技术提供上述的四元铝非晶纳米晶粉末或上述制备方法得到的四元铝非晶纳米晶粉末在包括制备适用于海洋环境下的金属构件的防腐涂层、3d激光熔覆、冷喷涂或热喷涂中的应用。
19、本专利技术的有益效果至少在于：1）在合金粉末成分上，本专利技术中的al元素为基础元素，通过al和ni强耐蚀元素作为非晶纳米晶粉末的主要成分，增强该材料的耐海洋环境蚀性能。通过添加zr元素，可以阻碍al的再结晶过程，细化晶粒，实现纳米晶的形成，另外，zr和si元素对该铝基四元非晶纳米晶粉末的力学性能方面也有一定的强化提升作用，并能够进一步提升粉末的耐蚀性能。同时，通过控制ni、zr等元素的添加含量，保证该粉末成分的轻量化。本专利技术的合金粉末成分，满足了材料耐蚀性能要求，并使得合金粉末倾向于形成非晶纳米晶结构。2）在合金粉末的制备方法上，真空气雾化法制备工艺流程简单，粉末形成效率高，且制得的粉末成分均匀，球形度高，氧含量低，可作为原材料应用于3d激光熔覆和冷/热喷涂等行业。
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1.一种四元铝非晶纳米晶粉末，其特征在于，以原子百分比计，包括以下成分：Al 70-95at.%，Ni 3-15at.%，Zr 1-5at.%，Si 1-10at.%。
2.根据权利要求1所述的四元铝非晶纳米晶粉末，其特征在于，Al 75-85at.%，Ni 8-10at.%，Zr 4-5at.%，Si 3-10at.%。
3.根据权利要求1或2所述的四元铝非晶纳米晶粉末，其特征在于，所述四元铝非晶纳米金合金粉末中，粒径25μm以下的非晶含量为30~40%，粒径25-50μm的非晶含量为20~30%，粒径50μm以上的非晶含量为10~20%，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的晶化温度为321~338℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的四元铝非晶纳米晶粉末，其特征在于，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的平均粒径为15-25μm，粒径分布为5-80μm；和/或，所述四元铝非晶纳米金合金粉末为球形粉末；优选的，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的球形度大于90%，氧含量小于100ppm。
5.权利要求1-4任一项所述的四元铝非晶纳米晶粉末的制备方法
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述表面处理包括将原料进行打磨，采用丙酮或酒精超声清洗30-40s；然后在真空条件下进行烘干，烘干温度小于150℃。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述电磁感应熔炼的熔炼室的真空度低于1.0×10-5 Pa，然后通入气雾化气体；和/或，熔炼的温度为1700-2000℃。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述气雾化处理中，高压氩气流的压强为6-8MPa。
9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括步骤4），将所述合金粉末冷却后进行筛分；优选的，将所述气雾化处理得到的粉末冷却后，进行筛分和干燥，获得粒度分布为5-80μm，平均粒径为15-25μm的四元铝非晶纳米晶粉末。
10.权利要求1-4任一项所述的四元铝非晶纳米晶粉末或权利要求5-9任一项所述制备方法得到的四元铝非晶纳米晶粉末在包括制备适用于海洋环境下的金属构件的防腐涂层、3D激光熔覆、冷喷涂或热喷涂中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种四元铝非晶纳米晶粉末，其特征在于，以原子百分比计，包括以下成分：al 70-95at.%，ni 3-15at.%，zr 1-5at.%，si 1-10at.%。
2.根据权利要求1所述的四元铝非晶纳米晶粉末，其特征在于，al 75-85at.%，ni 8-10at.%，zr 4-5at.%，si 3-10at.%。
3.根据权利要求1或2所述的四元铝非晶纳米晶粉末，其特征在于，所述四元铝非晶纳米金合金粉末中，粒径25μm以下的非晶含量为30~40%，粒径25-50μm的非晶含量为20~30%，粒径50μm以上的非晶含量为10~20%，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的晶化温度为321~338℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的四元铝非晶纳米晶粉末，其特征在于，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的平均粒径为15-25μm，粒径分布为5-80μm；和/或，所述四元铝非晶纳米金合金粉末为球形粉末；优选的，所述四元铝非晶纳米金合金粉末的球形度大于90%，氧含量小于100ppm。
5.权利要求1-4任一项所述的四元铝非晶纳米晶粉末的制备方法，其特征在于，采用真...
【专利技术属性】
技术研发人员：井致远，张志彬，梁秀兵，王晓晶，袁嘉驰，刘龙辉，张恩豪，胡振峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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