一种高热稳定性铝基非晶合金及其纳米相复合材料

摘要

一种高热稳定性铝基非晶合金，由下述元素和不可避免的杂质组成，原子百分比：Y3～10，Ni3～10，Co 1～5，Al余量；其特征在于：Fe0.5～4。本发明高热稳定性铝基非晶合金具有下述优点：Fe元素的加入可以有效地将低合金成本；非晶形成能力得到提高；非晶合金的热稳定性也得到提高；同时保持了初晶晶化方式，拓宽了纳米铝析出温度和后继晶化反应。

说明书

技术领域：

本发明涉及铝基非晶合金，特别提供了一种Al-Y-Ni-Co-Fe高热稳定性的铝基非晶合金的成分比例分配范围。

背景技术：

铝合金是现代工业中应用最广泛的材料之一。如何有效地改变其微观结构特性，以获得更加优异的综合性能成为材料研究工作者的主要研究目标。近年来，日本的Inoue[Inoue A.，Ohtera K.，Tsai A.P.，and Masumoto T.，Jap.J.Appl.Phys.，27(1988)，L280]和美国的He等[He Y.，Poon S.J.，and Shiftet GJ.，Science，241(1988)，1640]的成功制备Al基非晶态合金，突破了铝合金难于形成非晶态的障碍，实现了铝合金组织制备的多样化(非晶、纳米晶、纳米/非晶复相结构等)，大幅度提高了铝合金的性能。与传统的铝合金相比，非晶态Al合金的比强度可提高2～4倍，而部分晶化后的纳米复合Al非晶合金的强度可与工程陶瓷相媲美[Kim Y.H.，Inoue A.，and Masumoto T.，Mater.Trans.JIM，31(1990)，747；Chen H.，He Y.Shiflet G.J.，and Poon S.J.，Scripta Metall.Mater.25(1991)，1421]，这引起了材料学家及物理学家的广泛关注。英国剑桥大学A.L.Greer[Greer A.L.，Mater.，Science Forum，269-272(1998)，3]在1998年指出铝基纳米相/非晶复合材料是纳米材料的中极有应用前景的材料之一。非晶合金在较高温下会发生进一步晶化转变，而导致性能急剧下降，以致丧失其优异的性能，从而限制了其在工业中的应用。所以寻找具有高非晶形成能力及高热稳定性的合金体系是当前铝基非晶合金发展的重点之一。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高热稳定性的铝基非晶合金材料。

本发明提供了一种高热稳定性铝基非晶合金，由下述元素和不可避免的杂质组成，原子百分比：

Y                 3～10

Ni                3～10

Co                1～5

Al                余量

其特征在于：

Fe                0.5～4。

本发明高热稳定性铝基非晶合金中，较佳的成分范围是：Y5～10；Ni5～10；Co3～5。

本发明高热稳定性铝基非晶合金，可以为纳米铝/非晶复合材料粉体或条带，或由完全非晶粉体或条带部分晶化而得到的纳米铝/非晶复合材料。

本发明母合金可以采用电弧炉熔炼也可以采用感应炉熔炼。制备时的重熔过程一般采用感应炉熔炼。制备方法可以采用熔体旋淬(Melt Spinning)和超声雾化法(Gas Atomization)。制备过程中真空度不低于1.0×10^-5mbar，氩气保护压力为200-700mbar。

本发明高热稳定性铝基非晶合金具有下述优点：

1.Fe元素的加入可以有效地将低合金成本；

2.非晶形成能力提高；

3.非晶合金的热稳定性提高；

4.保持初晶晶化方式，拓宽了纳米铝析出温度和后继晶化反应。

附图说明：

附图1为采用熔体旋淬法及超声雾化法制备的Al-Y-Ni-Co-Fe非晶合金急冷态X射线衍射结果。由图表明，采用两种方法均可得到完全非晶样品。

附图2条带及雾化粉末样品的热分析实验结果。条带及雾化粉末均有高的热稳定性。

具体实施方式：

实施例1

采用电弧炉熔炼母合金，然后采用熔体旋淬法制备非晶条带，条带厚度为15-80μm，合金成分分别为Al85Ni5Y6Co2Fe2，Al85Ni5Y7Co2Fe1，Al85Ni5Y5Co2Fe3。其初晶晶化温度可达320℃。其X射线衍射结果如附图1所示。

实施例2

采用感应炉熔炼制备母合金，感应炉重熔，高纯氩气雾化制粉，合金成分为Al85Ni5Y6Co2Fe2，粉末颗粒尺寸为～80μm。其X射线衍射结果如附图1所示。

比较例1

采用同样条件制备非晶条带样品，当升温速率为0.67K/min，日本A.Inoue发明的合金Al85Ni5Y8Co2合金条带晶化温度为290℃，而采用本发明合金成分制备的非晶条带晶化温度为322℃，比Inoue的合金热稳定性提高32℃。

比较例2

采用的雾化制粉工艺制备颗粒尺寸～80μm的粉末样品，在Al-Ni-Y-Co，Al-Ni-Ce-Fe，Al-Ni-Y等合金体系中，得不到完全非晶样品。而使用本发明的合金系统，采用同样的雾化制粉工艺所得的相同尺寸的粉末样品为完全非晶。