一种块体铝基合金及其制备方法技术

一种块体铝基合金，其特征在于：合金的成分由以下公式表示：Ａｌ↓［ａ］Ｓｉ↓［ｂ］ＴＭ↓［ｃ］Ｙ↓［ｄ］ＲＥ↓［ｅ］，且ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００，ＴＭ为过渡金属Ｎｉ、Ｃｏ和Ａｇ的一种或多种的组合，ＲＥ是元素Ｙ在周期表中的相邻元素Ｓｃ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｔｉ和Ｌａ系稀土元素中的Ｌａ、Ｇｄ、Ｃｅ中的一种或多种的组合；其中，ｂ的原子百分数为０．２～５，ｃ的原子百分数为２～１０，ｄ的百分数为４～１０，ｅ的原子百分数为０～５，ａ为余量。采用配比配料；熔炼制备母合金；采用凝固法结合铸造模具制备块体铝基合金。本发明专利技术的块体铝基合金具有５００ＭＰａ以上的高强度，强度可达到１０００ＭＰａ～１３００ＭＰａ的高强度，且塑性变形在０～２０％，可作为精密结构器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金材料及技术加工领域；尤其涉及一种应用于结构材料的具有高玻璃 形成能力的高强韧性Al基合金及其制备方法。
技术介绍
通过快速凝固制备得到的非晶合金因不具备长程原子有序结构而导致了独特的力学 性能、磁学性能、耐蚀性能和电性能，因此，非晶合金材料的研究成为材料研究的一个 重要领域。Al基非晶相/纳米相复合材料为目前比强度最高的金属材料(比强度3.5xl05 N-m/kg)，是用于航空、航天器结构件的理想材料。铝合金作为轻质合金成为目前应用 最为广泛的金属材料之一，由于其轻质高比强的特性可作为飞行器覆盖件，其成熟的工 艺和廉价的成本也使之作为饮料包装材料而被广泛使用。而在高强度工程应用条件下， 超硬铝合金的屈服强度只有500 600MPa，相比较其它合金，较低的屈服强度成为铝合 金的应用瓶颈。非晶态金属材料是目前材料界最活跃的研究领域之一，高性能的轻质合金材料的发 展是国家国防和经济建设的重大需求。而A1基非晶合金始终没有突破尺寸的束缚，目前 为止的研究和专利技术专利大多限于Al基非晶条带，拉伸断裂强度可以达到1200MPa的量 级，复合了纳米fcc-Al的非晶条带可以达到1500MPa的量级，但是迄今还不能制备出毫 米级块体AI基非晶合金，这样从尺寸上严重限制了 Al基合金的研究开发， 一直是其作 为结构材料应用的最大障碍。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一系列块体铝基合金的成分体系和制备方法，在临界尺寸在0.001 2mm范围内时，可以得到完 全的非晶组织，具有lGPa以上的屈服强度，通过控制铸造工艺参数，可以得到高强度和 高塑性的铝基非晶/纳米晶复相材料，组织由非晶基体和均匀分散的铝纳米颗粒组成，具 备lGPa以上的压縮屈服强度，和大于2%的压縮塑性。在铸造尺寸大于2mm时，其组 织是典型的急冷凝固合金组织，具有0.3GPa以上的屈服强度。本专利技术同时提供制备以上 诸类合金的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种块体铝基合金，其特征在于合3金的成分由以下公式表示AlaSibTMcYdREe，且a+b+c+d+e^00，TM为过渡金属Ni、 Co 和Ag的一种或多种的组合，RE是元素Y在周期表中的相邻元素Sc、 Zr、 Ca、 Ti和La 系稀土元素中的La、 Gd、 Ce中的一种或多种的组合；其中，b的原子百分数为0.2~5， c 的原子百分数为2 10， d的百分数为4 10， e的原子百分数为0 5,a为余量。所述的合金能够制得非晶体积分数5%以上的块体合金和厚度在0.001mm 2mm的纯 非晶合金。所述的合金制备成块体时，在室温压縮时具有0.3MPa以上的屈服强度，真实应变率 在50%以上，塑性应变为0 20%。上述块体铝基合金的制备方法，包括配比配料；熔炼制备母合金；制备块体铝基合 金；其特征在于采用凝固法结合铸造模具制备块体合金。所述的凝固法可以是喷铸，或吸铸，或浇注，或高压铸造，或冰型铸造，或砂型铸造。所述的铸造模具为铜模、钢模模具的一种或两种的组合。所述熔炼制备母合金过程为将称得的目标成分原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真 空度至l-5xlO-3Pa，充入压力为0.02-0.09MPa氩气保护气体；调节电流200-350A、熔炼 温度1000-1600°C、熔炼5-10min后随炉冷却取出即制得母合金。本专利技术与现有技术相比所具有的优点是(1) 本专利技术的块体铝基合金突破了传统的非晶态铝合金的的尺寸限制，首次在铝基 非晶中报道出块体尺寸级别的成分体系，块体毫米级快速凝固Al非晶或非晶/纳米晶复 相合金的出现大大拓宽了具有高比强Al合金的应用领域；(2) 本专利技术的块体铝基合金的强度和塑性可依铸造温度改变，其初晶析出产物为 fcc-Al，通过改变铸造温度及其它工艺参数，可以得到完全的非晶/纳米晶复合材料，使 塑性依复合的体积分数比而改变，提高合金的综合力学性能指标，可以得到0~20%甚至 更大的塑性应变，大大提高了合金的工程应用价值。(3) 本专利技术的块体铝基合金生产制备方法简单，设备成本低，易于与传统制备工艺 相对接，其合金成本控制具有优势。附图说明图1是Alss.sSio.sNUCosYsSd的直径为lmm的非晶#材的X射线衍射图谱； 图2是Al85.5Sio.5Ni4Co3Y6SCl的非晶合金的热分析DSC曲线； 图3为Al^Sio.sNLjCosY^d的非晶棒材在铸造直径为lmm时的应力一应变曲线； 图4为Alss.sSio.sNLjCosYsSd的非晶棒材在铸造直径为2mm时的应力一应变曲线；图5为Al85.5Sia5Ni4Co3Y6SCl的非晶棒材在铸造直径为3mm时的应力一应变曲线。 具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式详细介绍本专利技术。但以下的实施例仅限于解释本专利技术，本 专利技术的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例本领域的技术人员即可以 实现本专利技术权利要求的全部内容。实施例1本实施例选择TM为过渡金属Ni和Co的组合；原子所占百分数分别为4和3; RE是元 素Y在周期表中的相邻元素Sc，原子所占百分数为1; Si原子所占的百分数为0.5; Y原子 所占的百分数为6;其余为Al原子所占的百分数为85.5，所得块体铝基合金的分子式为Al85.5Si。.5Ni4C03Y6Sc,。本实施例中块体合金Al85.5Sia5Ni4Co3Y6SCl的制备方法如下-步骤一按Alss.sSio.sNLtCosYsSd化学成分配比进行配料；按Al85.5SiQ.5Ni4Co3Y6SCl计算出与之相对应的原料质量并称量；步骤二熔炼制备Al85.5Sio.5NLtC03Y6Sd母合金；将步骤一称得的目标成分原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空度至l-5xl0'3Pa，充入 压力为0.02-0.09MPa氩气保护气体；调节电流200-350A、熔炼温度1000-1600°C 、熔炼 5-I0min后随炉冷却取出即制得Al85.5Sio.5Ni4Co3Y6Sc,母合金；步骤三制Al85.5Sio.sNi4C03Y6Sd块体合金将步骤二制得的母合金放入快速凝固装置的感应炉中，抽真空度至l-5"(T3Pa，充入 压力为0.02-0.09MPa氩气保护气体；调节电流200-350A、感应温度600-1000°C、熔炼 0.5-3min后喷射至铜模中并随铜模快速冷却即制得Al85.sSi().5Ni4Co3Y6Sd块体合金；将本 实施例制备的Al85.sSio.5Ni4C03Y6Sd铸造成直径为litim的非晶棒材，该非晶棒材的X射 线衍射图谱如图l所示，图谱说明合金棒材主要由非晶组成，具体含有90%以上体积分 数的非晶组织，其余为微米/纳米级晶粒。该非晶合金的热力学参数见附图2的DSC (热 分析)曲线，初级晶化温度为237.9°C，初熔温度为630°C，液相线温度为817.8°C。其 直径为lmm的圆棒的压縮力学性能曲线见附图3中曲线所示，此时屈服强度1125MPa， 塑性变形量7%;将本实施例所制备的Al85.5Sio.sNi4Co3Y6Sd铸造成直径为2mm的圆棒的 压縮力学性能曲线如图4中曲线所示，对应的屈服强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种块体铝基合金，其特征在于：合金的成分由以下公式表示：Ａｌ↓［ａ］Ｓｉ↓［ｂ］ＴＭ↓［ｃ］Ｙ↓［ｄ］ＲＥ↓［ｅ］，且ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００，ＴＭ为过渡金属Ｎｉ、Ｃｏ和Ａｇ的一种或多种的组合，ＲＥ是元素Ｙ在周期表中的相邻元素Ｓｃ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｔｉ和Ｌａ系稀土元素中的Ｌａ、Ｇｄ、Ｃｅ中的一种或多种的组合；其中，ｂ的原子百分数为０．２～５，ｃ的原子百分数为２～１０，ｄ的百分数为４～１０，ｅ的原子百分数为０～５，ａ为余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，卓龙超，逄淑杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]