一种提高铝基非晶合金强度的方法技术

本发明专利技术具体涉及一种通过添加第二相非晶颗粒提高铝基非晶合金强度的方法，属于非晶材料领域。所述方法步骤：将Al、Ni、Er、Co和La金属块体配成原始材料，在真空下，氩气作为保护气体，进行合金化熔炼，得到Al-Ni-Er-Co-La非晶合金的母合金锭；将得到的母合金锭进行雾化，筛选得到粒径为20～50μm的球形铝基非晶合金粉末；将Fe、Si和B或Zr、Cu和Ti或Ti、Fe和Ni粉末装入球磨罐，在Ar气氛的手套箱中向球磨罐中注入甲苯，封罐后从手套箱中取出进行球磨，得到第二相非晶颗粒粉末；将得到的铝基非晶合金粉末和第二相非晶颗粒粉末进行球磨混合后，装入硬质合金模具中，利用放电等离子烧结技术进行烧结，得到第二相非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金。

【技术实现步骤摘要】
一种提高铝基非晶合金强度的方法
本专利技术涉及一种提高非晶材料强度的方法，特别涉及一种提高铝基非晶合金强度的方法，属于非晶材料领域。
技术介绍
铝基非晶合金由于具有密度低、强度高的特点，受到了广大科研工作者的极大关注。研究表明，含铝原子百分数为84～86%的非晶合金，其拉伸强度要远远超过传统铝合金的抗拉强度（约600MPa）。由于铝基非晶合金的非晶形成能力低，利用快速凝固技术获得非晶试样的最大尺寸仅为1mm，远不能满足应用需求，而粉末冶金技术为制备大块铝基非晶合金提供了新的途径。放电等离子烧结（SPS）具有升温速率快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等特点，非常适合非晶合金粉末的烧结，可用来进一步突破非晶合金的尺寸限制，制备出相对密度高的块体非晶合金。目前，通过放电等离子烧结技术可以制备出大尺寸的铝基非晶合金，但是放电等离子烧结技术制备铝基非晶合金的温度很难控制，烧结温度过低，铝基非晶合金不容易致密；而烧结温度过高，铝基非晶合金容易发生晶化现象，从而使制备得到的铝基非晶合金的强度较低。
技术实现思路
针对利用放电等离子烧结技术制备的铝基非晶合金强度较低的问题，本专利技术的目的在于提供一种提高铝基非晶合金强度的方法，所述方法通过放电等离子烧结技术获得第二相非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金，所述方法最高能够使铝基非晶合金的强度提高66%；所述方法具有操作简单、耗费时间少、成本低、重复性好的优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种提高铝基非晶合金强度的方法，所述方法步骤如下：步骤1.将纯度≥99.9%的Al、Ni、Er、Co和La金属块体按摩尔比86:7:5:1:1配成原始材料，在真空度2.5×10-3～8.0×10-4Pa下，以氩气作为保护气体，并在搅拌下熔炼6～10min，得到合金液；将合金液随炉冷却，得到合金锭；将得到的合金锭翻转，重复熔炼4次以上，得到Al-Ni-Er-Co-La非晶合金的母合金锭；将得到的母合金锭装入真空金属雾化制粉炉中，在过热度为100～200℃，雾化气压8～10MPa条件下进行雾化，并对雾化后的粉末颗粒粒径进行筛选，得到粒径为20～50μm的球形铝基非晶合金粉末；步骤2.将Fe、Si和B粉末按原子百分比92:3:5或Zr、Cu和Ti金属粉末按照原子百分比50:40:10或Ti、Fe和Ni金属粉末按照原子百分比50:25:25装入球磨罐中，球料比为10～20:1；在Ar气氛的手套箱中向球磨罐中注入甲苯作为工程控制剂，并封罐；从手套箱中取出球磨罐后装入球磨机中，球磨转速为600～800r/min，球磨时间为20～30h，得到第二相非晶颗粒粉末；步骤3.将步骤1得到的铝基非晶合金粉末和步骤2得到的第二相非晶颗粒粉末按质量比1:0.66～1.5装入球磨罐中，并在Ar气氛的手套箱中封罐，从手套箱中取出球磨罐后装入球磨机中，不加球磨介质，在球磨机转速为600～800r/min下混合8～10h后，得到铝基非晶合金/第二相非晶颗粒混合粉末；步骤4.将步骤3得到的铝基非晶合金/第二相非晶颗粒混合粉末装入硬质合金模具中，利用放电等离子烧结技术，在升温速率为50～100℃/min，烧结温度为500～520℃，压强为50～150MPa下进行烧结，保温1～3min后降到室温，得到第二相非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金；其中，甲苯在Fe、Si和B粉末或Zr、Cu和Ti金属粉末或Ti、Fe和Ni金属粉末中的含量为2～4mL/g。所述Zr、Cu、Fe、Ni、Ti、Si、B粉末纯度≥99.5%，粒径≤50μm。所述第二相非晶颗粒优选机械合金化制备的Fe-Si-B。有益效果：（1）利用本专利技术所述方法得到的第二相非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金，其相对密度≥98%，通过准静态压缩试验发现其抗压强度≥1100Mpa，与未添加第二相非晶颗粒的铝基非晶合金相比，强度最高可提升66%。（2）本专利技术所述方法中第二相非晶颗粒采用机械合金化球磨制得，得到的非晶粉末形状极不规则，具有较高的表面活性；而通过氩气雾化法制备得到的铝基非晶合金粉末为球形，表面几乎无氧化现象，这两种粉末按照一定质量分数混合后具有较好的烧结性能；放电等离子烧结过程中，采用硬质合金模具代替传统的石墨模具，可提高烧结时的压强，有利于提高烧结试样的相对密度。（3）本专利技术所述方法关键是控制放电等离子烧结的烧结温度，为保证铝基非晶合金的高致密性，选择500～520℃的烧结温度；在此烧结温度下，虽然铝基非晶会发生晶化，但是加入的第二相非晶颗粒晶化温度均高于500℃且自身的强度较高，从而使制备的铝基非晶合金具有良好的致密性和较高的强度。（4）本专利技术所述方法操作简单、耗费时间少、成本低、重复性好。附图说明图1为实施例1制备的Fe-Si-B非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金的X射线衍射（XRD）图。图2为实施例1制备的Fe-Si-B非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金的低倍扫描电子显微镜（SEM）图。图3为实施例1制备的Fe-Si-B非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金的高倍扫描电子显微镜（SEM）图。图4为实施例1制备的Fe-Si-B非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金的应力-应变曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步阐述。以下实施例中：所用仪器设备：球磨机：SPEX8000D，高能球磨机，美国；电弧熔炼炉：DHL-400，高真空非自耗电弧熔炼炉，中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司；真空金属雾化制粉炉：自制真空金属雾化制粉炉，能够制备出具有较好球形度的金属合金粉末；放电等离子烧结炉：Model1050，日本SumitomoCoalMining；硬质合金模具：型号YG15硬质合金模具。对所制备的第二相非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金进行的表征：（1）物相分析：采用德国BrukerAXS公司D8advanceX射线衍射仪进行物相分析，工作电压和电流分别为40KV和40mA，X射线源为CuKα（λ=0.1542nm）射线，扫描速度为0.2sec/step，扫描步长为0.02°/step；（2）形貌表征：采用日本日立公司的HITACHIS4800型冷场发射扫描电子显微镜进行微观形貌表征，二次电子成像，工作电压为15kV；（3）准静态压缩试验：采用CMT4305型微机电子万能试验机进行室温轴向准静态压缩试验，测试试样依据金属材料室温压缩试验方法GB-T7314-2005中的有关规定制成直径为4mm、高度4mm的圆柱形试样，测试所采用的试验机应变率为10-3s-1，测得试样的抗压强度；（4）相对密度测试：利用阿基米德排水法测得试样的相对密度；未添加第二相非晶颗粒的铝基非晶合金的制备：除了不添加第二相非晶颗粒，与第二相非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金的制备方法、参数相同。实施例1（1）将纯度≥99.9%的Al、Ni、Er、Co和La金属块体按摩尔比86:7:5:1:1配成原始材料，在真空度2.5×10-3Pa下，以氩气作为保护气体，并在搅拌下熔炼10min，得到合金液；将合金液随炉冷却，得到合金锭；将得到的合金锭翻转，重复熔炼4次，得到Al-Ni-Er-Co-La非晶合金的母合金锭；将制备好的母合金锭装入真空金属雾化制粉炉中，在过热度为200℃，雾化气压9MPa条件下进行雾化，利用振动筛分机获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高铝基非晶合金强度的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤1.将纯度≥99.9％的Al、Ni、Er、Co和La金属块体按摩尔比86:7:5:1:1配成原始材料，在真空度2.5×10‑3～8.0×10‑4Pa下，以氩气作为保护气体，并在搅拌下熔炼6～10min，得到合金液；将合金液随炉冷却，得到合金锭；将得到的合金锭翻转，重复熔炼4次以上，得到Al‑Ni‑Er‑Co‑La非晶合金的母合金锭；将得到的母合金锭装入真空金属雾化制粉炉中，在过热度为100～200℃，雾化气压8～10MPa条件下进行雾化，并对雾化后的粉末颗粒粒径进行筛选，得到粒径为20～50μm的球形铝基非晶合金粉末；步骤2.将Fe、Si和B粉末按原子百分比92:3:5或Zr、Cu和Ti金属粉末按照原子百分比50:40:10或Ti、Fe和Ni金属粉末按照原子百分比50:25:25装入球磨罐中，球料比为10～20:1；在Ar气氛的手套箱中向球磨罐中注入甲苯，并封罐；从手套箱中取出球磨罐后装入球磨机中，球磨转速为600～800r/min，球磨时间为20～30h，得到第二相非晶颗粒粉末；步骤3.将步骤1得到的铝基非晶合金粉末和步骤2得到的第二相非晶颗粒粉末按质量比1:0.66～1.5装入球磨罐中，并在Ar气氛的手套箱中封罐，从手套箱中取出球磨罐后装入球磨机中，不加球磨介质，在球磨机转速为600～800r/min下混合8～10h后，得到铝基非晶合金/第二相非晶颗粒混合粉末；步骤4.将步骤3得到的铝基非晶合金/第二相非晶颗粒混合粉末装入硬质合金模具中，利用放电等离子烧结技术，在升温速率为50～100℃/min，烧结温度为500～520℃，压强为50～150MPa下进行烧结，保温1～3min后降到室温，得到第二相非晶颗粒增强强度的铝基非晶合金；其中，甲苯在Fe、Si和B粉末或Zr、Cu和Ti金属粉末或Ti、Fe和Ni金属粉末中的含量为2～4mL/g。...

【技术特征摘要】
1.一种提高铝基非晶合金强度的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤1.将纯度≥99.9％的Al、Ni、Er、Co和La金属块体按摩尔比86:7:5:1:1配成原始材料，在真空度2.5×10-3～8.0×10-4Pa下，以氩气作为保护气体，并在搅拌下熔炼6～10min，得到合金液；将合金液随炉冷却，得到合金锭；将得到的合金锭翻转，重复熔炼4次以上，得到Al-Ni-Er-Co-La非晶合金的母合金锭；将得到的母合金锭装入真空金属雾化制粉炉中，在过热度为100～200℃，雾化气压8～10MPa条件下进行雾化，并对雾化后的粉末颗粒粒径进行筛选，得到粒径为20～50μm的球形铝基非晶合金粉末；步骤2.将Fe、Si和B粉末按原子百分比92:3:5或Zr、Cu和Ti金属粉末按照原子百分比50:40:10或Ti、Fe和Ni金属粉末按照原子百分比50:25:25装入球磨罐中，球料比为10～20:1；在Ar气氛的手套箱中向球磨罐中注入甲苯，并封罐；从手套箱中取出球磨罐后装入球磨机中，球磨转速为600～800r/min，球磨时间为20～30h，得到第二相...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛云飞，陈文佳，程焕武，谈震，张鹏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11