一种Al基非晶合金块体材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于块体非晶合金技术领域，特别的，涉及一种Al基非晶合金块体材料及其制备方法，所述的方法包括称取铝、钒、铁和铜混合形成原料混合物，经高能球磨机械化合金，以形成非晶合金粉末，再经真空、高温高压条件下的烧结处理，得到所述的Al基非晶合金块体材料；其中，所述非晶合金粉末的晶化起始温度≥749K，过冷液相区宽度≥169K；本发明专利技术设计和制备的Al基非晶合金粉体材料，利用元素间较大的原子错配度和混合热绝对值，获得了稳定的非晶结构，晶化起始温度及过冷液相区宽度分别达到749K及169K以上，是目前已报道的热稳定性最好的Al基非晶合金之一；通过真空高温高压烧结技术，获得了大尺寸、高强度的Al基非晶块体材料，其显微硬度高达821‑927Hv。

【技术实现步骤摘要】
一种Al基非晶合金块体材料及其制备方法
本专利技术属于块体非晶合金
，特别的，涉及一种Al基非晶合金块体材料及其制备方法。
技术介绍
Al基非晶块体材料因具有独特的微观结构而显示出许多优异的性能，如高比强度、高比刚度及高耐蚀性，在航空航天、交通运输和武器装备等领域有广泛的应用前景。但是，由于Al基非晶材料玻璃形成能力很低，在用传统的液态快冷工艺时难以制备出全非晶组织的块体材料，或者说要得到全非晶组织的块体材料，必须采用极快的冷却速度。Al基非晶合金的这一内禀特性，给大尺寸非晶块体材料的制备提出了极大的挑战，同时也严重制约了Al基非晶块体材料的实际应用。因此，获得具有实际应用价值的大尺寸Al基非晶块体材料，一直非晶物理和材料科学领域追求的目标之一。为了突破除了因玻璃形成能力低对液态快冷法制备Al基非晶块体材料的限制，目前已经发展了一系列固相制备方法，该方法先通过机械合金化等工艺获得非晶合金粉末，然后在过冷液相区内将非晶合金粉末进行热压或温挤，使之通过冶金结合形成全非晶块体材料。相比于液态快冷工艺，固相途径无需考虑控制异质形核的问题，不仅适用于更广泛的合金体系，而且可最大限度地突破玻璃形成能力或临界冷速的限制，有利于获得几何尺寸更大的块体材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种Al基非晶合金块体材料的制备方法。相比于传统的液态快冷工艺，该方法无需考虑控制异质形核的问题，可适用于更广泛的合金体系，且可以最大限度的突破玻璃形成能力或临界冷速的限制，进而获得几何尺寸更大的块体材料。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种Al基非晶合金块体材料的制备方法，所述的方法包括称取铝，除铝之外的至少两种金属原料混合形成原料混合物，经高能球磨机械化合金，以形成非晶合金粉末，再经高温高压条件下的烧结处理，得到所述的Al基非晶合金块体材料；其中，所述非晶合金粉末的晶化起始温度≥749K，过冷液相区宽度≥169K。优选条件下，以所述原料混合物的总量为基准，按原子百分比计，所述的原料混合物含有以下元素：V11.5-12.5％，Fe11.0-13.0％，Cu0-3.0％，其余为Al和不可避免的杂质。优选条件下，以所述原料混合物的总量为基准，按原子百分比计，所述的原料混合物含有以下元素：V12.5％，Fe12.5％，Cu0.15％，其余为Al和不可避免的杂质。优选条件下，所述原料混合物中各金属原料为粉末颗粒状，且粉末颗粒的平均粒径为50μm。优选条件下，所述高能球磨机械化合金的条件包括：加入原料混合物总重量2％的硬脂酸和直径为10mm的轴承钢球，球料比为20:1；球磨过程中采用高纯氩气保护，球磨罐的自转转速为350rpm。优选条件下，所述的高温高压条件包括：压力为3.5-4.5Gpa，烧结温度为720-730K，保持时间为180-220s。本专利技术另一方面提供了一种采用上述方法制备得到的Al基非晶合金块体材料。所述Al基非晶合金块体材料的微观组织为全非晶相，显微硬度为821-927Hv。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术提供的制备方法中，通过原料混合物中各组分元素的协同配合，具有较强的非晶形成能力，以及通过机械合金化先获得高稳定性的非晶合金粉末，再通过高温高压烧结制备出具有全非晶组织的块体材料，其硬度远远高于晶体结构的Al合金。本专利技术设计和制备的Al基非晶合金粉体材料，利用元素间较大的原子错配度和混合热绝对值，获得了稳定的非晶结构，晶化起始温度及过冷液相区宽度分别达到749K及169K以上，是目前已报道的热稳定性最好的Al基非晶合金之一；通过真空高温高压烧结技术，获得了大尺寸、高强度的Al基非晶块体材料，其显微硬度高达821-927Hv。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。附图说明图1为本实施例1中的原料混合物在球磨不同时间后所得合金粉末的XRD图谱；图2为实施例1中原料混合物在球磨处理70h后的颗粒形貌及其选区电子衍射花样；图3为实施例1中合金块体材料外观形貌以及相关粉末和块体材料的XRD图谱；图4为实施例1中制备得到的块体材料的微观组织；图5为实施例1中制备得到的块体材料的显微硬度随载荷的变化曲线。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图及实施例，进一步阐明本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。研究表明，以过渡族元素和稀土元素组成的Al基非晶合金(Al-TM-RE)具有较高的非晶形成能力以及良好的力学性能，被认为是最有应用前景的Al基非晶合金材料。目前研究较多的Al基非晶合金主要是Al-Co-M、Al-Cu-M和Al-Fe-M(M：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W和Mo等)系，利用这些合金及快速凝固技术已经制备出了毫米量级的非晶薄带，其硬度高达821～927Hv。本申请的专利技术人发现，如果以这些Al基非晶合金体系为基础，采用上述固态烧结的方法将有可能制备出几何形状更复杂、尺度更大的块体材料。基于这一分析，本申请的专利技术人首先依据非晶合金获得宽过冷液相区、强玻璃形成能力应满足的基本条件，即1)由三种或者三种以上的元素组成；2)组元的原子半径比大于13％；3)元素之间的混合热为负值，对Al基非晶合金的组成进行了设计，得到了组成为(at.％)Al75V12.5Fe12.5Cux(x＝0-3.0)的非晶合金体系，然后利用机械合金化工艺对元素粉末进行合金化和非晶化加工，最后通过高温高压烧结工艺制备出具有全非晶组织的块体材料。根据XRD、DSC分析，该合金球磨70小时后可完全非晶化，其玻璃化转变温度达680K以上，过冷液相区宽度达169K以上，晶化起始温度达749K以上，具有很高的热稳定性。显微硬度测试表明，该非晶合金块体材料的硬度高达821-927Hv。具体的，本专利技术提供了一种Al基非晶合金块体材料的制备方法，所述的方法包括称取铝、钒、铁和铜混合形成原料混合物，经高能球磨机械化合金，以形成非晶合金粉末，再经高温高压条件下的烧结处理，得到所述的Al基非晶合金块体材料；其中，所述非晶合金粉末的晶化起始温度≥749K，过冷液相区宽度≥169K。以下通过具体的实施例对本专利技术提供的Al基非晶合金块体材料的制备方法做出进一步的说明。一种Al基非晶合金块体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按目标成分进行配料，具体的，称取V、Fe、Cu和Al混合形成原料混合物，以所述原料混合物的总量为基准，按原子百分比计，所述的原料混合物含有以下元素：V12.5％，Fe12.5％，Cu0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al基非晶合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括称取铝、钒、铁和铜混合形成原料混合物，经高能球磨机械化合金，以形成非晶合金粉末，/n再经真空、高温高压条件下的烧结处理，得到所述的Al基非晶合金块体材料；/n其中，所述非晶合金粉末的晶化起始温度≥749K，过冷液相区宽度≥169K。/n

【技术特征摘要】
1.一种Al基非晶合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括称取铝、钒、铁和铜混合形成原料混合物，经高能球磨机械化合金，以形成非晶合金粉末，
再经真空、高温高压条件下的烧结处理，得到所述的Al基非晶合金块体材料；
其中，所述非晶合金粉末的晶化起始温度≥749K，过冷液相区宽度≥169K。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述原料混合物的总量为基准，按原子百分比计，所述的原料混合物含有以下元素：V11.5-12.5％，Fe11.0-13.0％，Cu0-3.0％，其余为Al和不可避免的杂质。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以所述原料混合物的总量为基准，按原子百分比计，所述的原料混合物含有以下元素：V12.5％，Fe12.5％，Cu0.15％，其余为Al和不可避免的杂质。


4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋彬彬，孙海阔，王少博，
申请(专利权)人：安徽省金兰金盈铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34