专利名称：Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种非晶合金及其制备方法，具体涉及一种Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金及其制备方法。
背景技术：
自 P. O. L. Duwez 等人于 1960 年(W. Kl ement, R. H. Wi 11 ens andP. O. L. Duwezj Non-Crystalline Structure in Solidified Gold-Silicon Alloys, Nature，I960, Vol. 7，p869 - 870)发表了 Au-Si非晶态合金以来，非晶态合金的制备与性能研究成为人们的研究重点之一。在 1988 年，Y. He (Y. He, S. J. Poon and G. J. Shiflet, Synthesisand Properties of Metallic Glasses that Contain Aluminum, Science, 1988, Vol. 241,1640-1642)和 A. Inoue (A. Inoue, K. Ohtera, A. -P. Tsai and T. Masumoto, Aluminum-BasedAmorphous Alloys with Tensile Strength above 980MPa(100kg/mm2), Japanese Journalof Applied Physics, 1988，Vol. 27，pL479_L482)等人开发出铝含量超过 80% (摩尔分数)、强度高、韧性较好的铝基非晶合金，而且由于铝基非晶合金具有高比强度、低密度等系列优点，使得铝基非晶合金作为一种潜力巨大的工程材料受到广泛重视。目前制约铝基非晶合金应用的主要限制是非晶合金的非晶形成能力较弱，制备得到的铝基非晶合金尺寸较小。对于 Al 基 Al-Ni-Ce 合金，H. Yang (H. Yang, J. Q. Wang and Y. Li, Glass Formationand Microstructure Evolution in Al-Ni-RE(RE=La, Ce, Pr, Nd and misch metal)Ternary Systems, Philosophical Magazine, 2007, Vol. 87, 4211 - 4228)发现形成非晶的最佳成分位于Al85NiltlCe5，制备的非晶薄带厚度只有80 - 90mm。C. T. Rios (C. TrivenoRios, S. Surinach, M. D. Baro, C. Bolfarini, ff. J. Botta and C. S. Kiminami, GlassForming Ability of the Al-Ce-Ni System,Journal of Non-Crystal lineSolids, Vol. 354，4874-4877)发现形成非晶的最佳成分位于Al85Ni8Ce7。
发明内容
本发明的目的在于克服现有Al基合金非晶形成能力不足以制备尺寸较大的非晶合金，提供了一种Al-Ni-Ce系三元铝基非晶态合金及其制备方法，本发明提供的合金具有非晶形成能力强的优点，在新型轻质结构材料领域具有广阔的应用前景。本发明是通过以下的技术方案实现的，第一方面，本发明涉及一种Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金，所述合金的各组分以及各组分的摩尔百分比含量为A1 85 87%，Ni 8 10%，Ce 5 7%。优选地，所述合金的各组分以及各组分的摩尔百分比含量为Al 85. 5%, Ni 9.5%，Ce 5% ο第二方面，本发明涉及一种制备上述Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，包括以 下步骤步骤一，以纯金属块体Al、Ni和Ce为原料，按照上述的各组分的摩尔百分比含量配料；步骤二，在以钛为吸氧剂、以惰性气体为保护气条件下，采用电弧炉反复熔炼直至所述原料熔炼均匀，然后在惰性气体气氛保护下自然冷却，制得母合金锭；步骤三，将所述母合金锭切成合金块体，在以钛为吸氧剂、以惰性气体为保护气的电弧炉中通过电弧熔炼方法熔化所述合金块体，待完全熔化后获得合金熔体，通过真空吸铸方式将所述合金熔体吸铸到事先烘干的楔形铜模中，即得。 优选地，所述惰性气体为氩气。进一步优选地，步骤二中，所述反复熔炼具体为每次熔炼前均用纯钛耗氧，熔炼电流为200A,每次熔炼时间为lmin。
优选地，步骤一中，纯金属块体Al、Ni和Ce使用之前进行预处理，具体为将表面氧化皮去除并用超声波清洗。优选地，步骤二和/或步骤三中，所述电弧炉中的惰性气体纯度大于99. 999%、气压为I. I I. 2个标准大气压。优选地，步骤三中，所述合金块体在熔炼前先去除其表面的氧化皮。优选地，步骤三中，所述熔炼的电流为200A。优选地，步骤三中，所述楔形铜模的夹角为5°。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果与现有铝基非晶合金相比，本发明以铝为主要成分、镍和铈为合金元素，通过楔形铜模真空吸铸方式制备的Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金，具有非晶形成能力强的优点，该系列铝基非晶合金的强非晶形成能力使其在新型轻质结构材料领域具有广阔的应用前景。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显图I是本发明提供的Al87Ni8Ce5合金楔形试样的金相照片图；图2是本发明提供的Al87Ni8Ce5楔形试样上非晶部分的XRD图谱分析结果图；图3是本发明提供的Al87Ni8Ce5楔形试样非晶部分的DSC曲线和Al87Ni8Ce5非晶薄带的DSC曲线的分析结果图；图4是本发明提供的Al87Ni8Ce5楔形试样非晶部分的选区电子衍射和明场相的高分辨照片；图5是本发明提供的Al85.5Ni9.5Ce5合金楔形试样的金相照片；图6是本发明提供的Al85Ni8Ce7合金楔形试样的金相照片；图7是本发明提供的Al85Ni9Ce6合金楔形试样的金相照片；图8是本发明提供的Al85NiltlCe5合金楔形试样的金相照片。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的实施例采用纯金属块体Al、Ni、Ce为原料，制备出多种成分的Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金。本发明采用的原料均为市售的高纯块状金属，按照质量分数其纯度为Al 99. 999%), Ni 99. 99%), Ce (彡 99. 9%)。实施例I本实施例涉及一种Al87Ni8Ce5合金及其制备方法。采用市售高纯Al、Ni、Ce块状金属为原始材料，先将高纯金属块体进行表面清理，并按照摩尔百分比含量Al 87%、Ni 8%、Ce 5%称取相应金属块体，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. I个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将Al、Ni和Ce三种金属块体熔炼成母合金锭。为使得母合金锭成分均匀，每组试样均熔炼6次。然后从母合金锭上切取2g左右合 金，并去除表面氧化膜，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. I个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将其熔化，并迅速通过真空吸铸方法将合金熔体吸铸到事先烘干的楔形铜模中，即得Al87Ni8Ce5合金楔形试样。实施例2本实施例涉及一种Al85.5Ni9.5Ce5合金及其制备方法。采用市售高纯Al、Ni、Ce块状金属为原始材料，先将高纯金属块体进行表面清理，并按照摩尔百分比含量Al 85. 5%, Ni 9.5%、Ce 5%称取相应金属块体，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. 15个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将Al、Ni和Ce三种金属块体熔炼成母合金锭。为使得母合金锭成分均匀，每组试样均熔炼6次。然后从母合金锭上切取2g左右合金，并去除表面氧化膜，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. 15个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将其熔化，并迅速通过真空吸铸方法将合金熔体吸铸到事先烘干的楔形铜模中，即得Al85.5Ni9.5Ce5合金楔形试样。实施例3本实施例涉及一种Al85Ni8Ce7合金及其制备方法。采用市售高纯Al、Ni、Ce块状金属为原始材料，先将高纯金属块体进行表面清理，并按照摩尔百分比含量Al 85%、Ni 8%、Ce 7%称取相应金属块体，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. I个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将Al、Ni和Ce三种金属块体熔炼成母合金锭。为使得母合金锭成分均匀，每组试样均熔炼6次。然后从母合金锭上切取2g左右合金，并去除表面氧化膜，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. I个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将其熔化，并迅速通过真空吸铸方法将合金熔体吸铸到楔形铜模中，即得Al85Ni8Ce7合金楔形试样。实施例4本实施例涉及一种Al85Ni9Ce6合金及其制备方法。采用市售高纯Al、Ni、Ce块状金属为原始材料，先将高纯金属块体进行表面清理，并按照摩尔百分比含量Al 85%、Ni 9%, Ce 6%称取相应金属块体，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. I个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将Al、Ni和Ce三种金属块体熔炼成母合金锭。为使得母合金锭成分均匀，每组试样均熔炼6次。然后从母合金锭上切取2g左右合金，并去除表面氧化膜，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. I个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将其熔化，并迅速通过真空吸铸方法将合金熔体吸铸到楔形铜模中，即得Al85Ni9Ce6合金楔形试样。
实施例5本实施例涉及一种Al85NiltlCe5合金及其制备方法。采用市售高纯Al、Ni、Ce块状金属为原始材料，先将高纯金属块体进行表面清理，并按照摩尔百分比含量Al 85%、Ni 10%、Ce 5%称取相应金属块体，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. I个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将Al、Ni和Ce三种金属块体熔炼成母合金锭。为使得母合金锭成分均匀，每组试样均熔炼6次。然后从母合金锭上切取2g左右合金，并去除表面氧化膜，然后在氩气保护性气氛下(气压为I. I个标准大气压)，通过电弧熔炼方法将其熔化，并迅速通过真空吸铸方法将合金熔体吸铸到楔形铜模中，即得Al85NiltlCe5合金楔形试样。实施结果 对于实施例I制备的Al87Ni8Ce5合金试样，从图I中可以发现，其存在两个明显不同的区域，分别对应在完全非晶区和晶体区域，其形成非晶临界厚度平均为400 μ m ;图2中的XRD图谱中典型的非晶“馒头峰”和图4中的HRTEM图像中无规则排列的原子也均证实了实施例I制得的Al87Ni8Ce5楔形试样上在厚度小于临界厚度时为完全非晶汸187附8&5楔形试样非晶部分的DSC曲线的分析结果和Al87Ni8Ce5非晶薄带的DSC曲线的分析结果如图3所示。对于实施例2制备的八185.5附9.5(^5合金试样，从图5中可以看出，其形成非晶临界厚度平均为510 μ m。对于实施例3制备的Al85Ni8Ce7合金试样，从图6中可以看出，其形成非晶临界厚度平均为330 μ m。对于实施例4制备的Al85Ni9Ce6合金试样，从图7中可以看出，其形成非晶临界厚度平均为410 μ m。对于实施例5制备的Al85NiltlCe5合金试样，从图8中可以看出，其形成非晶临界厚度平均为420 μ m。综上所述，与现有铝基非晶合金相比，本发明以铝为主要成分、镍和铈为合金元素，通过楔形铜模真空吸铸方式制备的Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金，具有非晶形成能力强的优点，该系列铝基非晶合金的强非晶形成能力使其在新型轻质结构材料领域具有广阔的应用前景。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金，其特征在于，所述合金的各组分以及各组分的摩尔百分比含量为A1 85 87%，Ni 8 10%，Ce 5 7%。
2.根据权利要求I所述的Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金，其特征在于，所述合金的各组分以及各组分的摩尔百分比含量为=Al 85. 5%, Ni 9.5%，Ce 5%。
3.一种制备如权利要求I所述的Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一，以纯金属块体Al、Ni和Ce为原料，按照权利要求I所述的各组分的摩尔百分比含量配料； 步骤二，在以钛为吸氧剂、以惰性气体为保护气条件下，采用电弧炉反复熔炼直至所述原料熔炼均匀，然后在惰性气体气氛保护下自然冷却，制得母合金锭； 步骤三，将所述母合金锭切成合金块体，在以钛为吸氧剂、以惰性气体为保护气的电弧炉中通过电弧熔炼方法熔化所述合金块体，待完全熔化后获得合金熔体，通过真空吸铸方式将所述合金熔体吸铸到事先烘干的楔形铜模中，即得。
4.根据权利要求3所述的制备Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
5.根据权利要求4所述的制备Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，其特征在于，步骤二中，所述反复熔炼具体为每次熔炼前均用纯钛耗氧，熔炼电流为200A,每次熔炼时间为Imin0
6.根据权利要求3所述的制备Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，其特征在于，步骤一中，纯金属块体Al、Ni和Ce使用之前进行预处理，具体为将表面氧化皮去除并用超声波清洗。
7.根据权利要求3所述的制备Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，其特征在于，步骤二和/或步骤三中，所述电弧炉中的惰性气体纯度大于99. 999%、气压为I. I I. 2个标准大气压。
8.根据权利要求3所述的制备Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，其特征在于，中，所述合金块体在熔炼前先去除其表面的氧化皮。
9.根据权利要求3所述的制备Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，其特征在于，步骤三中，所述熔炼的电流为200A。
10.根据权利要求3所述的制备Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的方法，其特征在于，步骤三中，所述楔形铜模的夹角为5°。
全文摘要
本发明涉及一种Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金及其制备方法，所述合金的各组分以及各组分的摩尔百分比含量为Al 85～87%，Ni 8～10%，Ce 5～7%；本发明还涉及该Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金的制备方法；与现有铝基非晶合金相比，本发明以铝为主要成分、镍和铈为合金元素，通过楔形铜模真空吸铸方式制备的Al-Ni-Ce系铝基非晶态合金，具有非晶形成能力强的优点，该系列铝基非晶合金的强非晶形成能力使其在新型轻质结构材料领域具有广阔的应用前景。
文档编号C22C45/08GK102965598SQ201210422079
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者李金富, 张章, 熊贤仲 申请人:上海交通大学