專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種合金，特別是一種鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶
n五o
(二)
背景技術(shù)：
非晶合金也稱(chēng)為金屬玻璃(Metglass)，是通過(guò)急冷手段使合金液快速凝固,致 使固態(tài)合金內(nèi)部原子在室溫下還保持著類(lèi)似于液態(tài)結(jié)構(gòu)的混亂排列的固態(tài)物質(zhì) 狀態(tài),它兼有金屬和玻璃特性。由于非晶態(tài)合金在原子排布上完全不同于晶態(tài)合 金,其特殊的微觀結(jié)構(gòu)決定了它具有一系列優(yōu)良性能如良好的機(jī)械性能、優(yōu)異 的物理性能和特殊的化學(xué)性能，適合于制造電子器件、磁性器件、精密機(jī)械結(jié)構(gòu) 件、體育用品、生物醫(yī)學(xué)植入物及先進(jìn)武器構(gòu)件等。
迄今為止，已制備出Ni基、Zr基、Cu基、Fe基、Mg基、Co基、Ti基和 稀土基等非晶合金體系。在這些非晶合金體系中，鋁基非晶態(tài)合金具有高比強(qiáng)度 是鋁基晶態(tài)合金的2 3倍，同時(shí)兼有良好的韌性、高溫性能、超塑性和耐腐蝕性， 是一種潛在的新型金屬結(jié)構(gòu)材料，引起了材料科學(xué)界的廣泛關(guān)注，已經(jīng)成為當(dāng)前 材料工作者的主要研究目標(biāo)。目前，非晶態(tài)鋁合金的研究主要集中在A1-RE, A1-RE-TM和A1-LTM-ETM等二元或三元體系(RE為稀土元素,TM為過(guò)渡族元 素,LTM為周期表中的VIIB族和VIIIB族元素,ETM為周期表中的IVB族至IVB 族元素)，對(duì)多元體系非晶態(tài)鋁合金的研究還很少。另外，鋁基合金的非晶形成 能力有限，形成非晶的合金成分要求嚴(yán)格，合金化時(shí)間長(zhǎng)，成品率較低。其合成 工藝主要有熔體急冷、固相反應(yīng)等方法，產(chǎn)品多為薄帶或粉末材料，塊體材料的 直接合成還很困難，從而嚴(yán)重限制了其廣泛應(yīng)用。因此如何合理設(shè)計(jì)合金成分、 提高鋁基合金的非晶形成能力、克服現(xiàn)有制備技術(shù)的不足，獲得大尺寸多元體系 非晶態(tài)鋁合金是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。
(三)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硬度高、熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性?xún)?yōu)異的鋁基 Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金；本發(fā)明的目的還在于提供一種鋁基 Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的制備方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明提供的非晶合金結(jié)構(gòu)式為(Alo.7Cuo.3)K)o-x-yZnxSny，其中x為Zn元素的 原子百分?jǐn)?shù)，30^x^31; y為Sn元素的原子百分?jǐn)?shù)，5^y￡lO。
本發(fā)明提供一種上述鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的制備方法， 具體歩驟如下
步驟l:在高溫箱式電阻爐中，按質(zhì)量比1:1將上述組份Al和Cu混合均勻 熔化，冷卻后得到二元合金鑄錠；
步驟2:將步驟1得到的二元合金鑄錠機(jī)械粉碎，然后按名義成分 (Al0.7Cua3)1(M)-x-yZnxSny,其中30^x^31, 55y5lO的配比稱(chēng)取原料；
步驟3:在坩堝式電阻爐內(nèi)熔煉(AIo.7Cuo.3)K)o.x.yZnxSny合金，至少反復(fù)攪拌 3~4次，以保證合金熔化均勻；
步驟4:將步驟3得到的熔融態(tài)(Alo.7Cuo3)KK)-x-yZnxSny合金，采用簡(jiǎn)單的銅 模鑄造法制備成大塊非晶合金；
歩驟5:采用X射線(xiàn)衍射法表征所得樣品的組織結(jié)構(gòu)；利用HXS-1000Z型 硬度計(jì)測(cè)量樣品的硬度值表征其力學(xué)性能。
本發(fā)明具有的優(yōu)益之處在于
(1) 加入Sn元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA),從而能夠制備出 較大尺寸的非晶合金；
(2) 采用簡(jiǎn)單的銅模鑄造法，就形成了高硬度、熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性?xún)?yōu)異 的Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金。該體系非晶合金具有的這些優(yōu)異性能， 必將使其成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型金屬材料。
(四)
圖1為本發(fā)明提供的Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的XRD圖2為本發(fā)明提供的Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的硬度值柱狀圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
該實(shí)施例采用銅模鑄造法成功制備出直徑5mm的Al45Cu19Zn31Sn5大塊非晶
入A
步驟l:將純度為99.98%的高純錫塊、純度為99.99%的高純鋅塊和已熔煉的鋁銅合金(銅的質(zhì)量百分比為50%)，按成分配比AU5Cu!9ZnMSri5稱(chēng)取原料； 步驟2:在坩堝式電阻爐中將鋁銅合金和高純鋅塊于75(TC加熱1小時(shí)使其
完全熔化，然后加入已稱(chēng)好的高純錫塊，利用金屬液自身的熱量將高純錫塊熔化， 待其完全熔化后迅速攪拌至混合均勻；
步驟3:將熔融態(tài)的金屬液澆鑄到已加入液氮冷卻的銅模型腔內(nèi)，從而制備 出直徑5mm的Al45Cu19Zn31Sn5大塊非品合金；
步驟4:采用X射線(xiàn)衍射法表征該大塊非晶合金樣品的結(jié)構(gòu)，如圖l所示；
歩驟5:利用HXS-1000Z型硬度計(jì)測(cè)量樣品的硬度值，如圖2所示。 實(shí)施例2
該實(shí)施例采用銅模鑄造法成功制備出直徑5mm的Al42CiH8Zn3oSmo大塊非晶合金。
步驟l:將純度為99.98%的高純錫塊、純度為99.99%的高純鋅塊和已熔煉
的鋁銅合金(銅的質(zhì)量百分比為50%)，按成分配比Al42ClH8Zn3oSl^稱(chēng)取原料；
步驟2:在坩堝式電阻爐中將鋁銅合金和高純鋅塊于75(TC加熱1小時(shí)使其 完全熔化，然后加入已稱(chēng)好的高純錫塊，利用金屬液自身的熱量將高純錫塊熔化， 待其完全熔化后迅速攪拌至混合均勻；
步驟3:將熔融態(tài)的金屬液澆鑄到已加入液氮冷卻的銅模型腔內(nèi)，從而制備 出直徑5mm的Al42CiH8Zri3oSmo大塊非晶合金；
步驟4:采用X射線(xiàn)衍射法表征該大塊非晶合金樣品的結(jié)構(gòu)，如圖l所示；
步驟5:利用HXS-1000Z型硬度計(jì)測(cè)量樣品的硬度值，如圖2所示。
權(quán)利要求
1、一種鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金，其特征是該非晶合金的結(jié)構(gòu)式為(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny，其中x為Zn元素的原子百分?jǐn)?shù)，30≤x≤31；y為Sn元素的原子百分?jǐn)?shù)，5≤y≤10。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基A1-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金，其特 征是它是直徑5mm的AU5Cu19Zn31Sn5大塊非晶合金。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基A1-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金，其特 征是它是直徑5mm的Al42Qn8Zn3。Smo大塊非晶合金。
4、 一種鋁基A1-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的制備方法，其特征是 歩驟1:在高溫箱式電阻爐中，按質(zhì)量比1:1將上述組份Al和Cu混合均勻熔化，冷卻后得到二元合金鑄錠；步驟2:將步驟1得到的二元合金鑄錠機(jī)械粉碎，然后按名義成分 (Al0.7Cu0.3)1()C)-x-yZnxSny,其中30^x^31, 55y^10的配比稱(chēng)取原料；步驟3:在坩堝式電阻爐內(nèi)熔煉(Alo.7Cuo.3)K)o.x.yZnxSny合金，至少反復(fù)攪拌 3 4次，以保證合金熔化均勻；步驟4:將步驟3得到的熔融態(tài)(Alo.7CuQ.3)跳x.yZnxSny合金，采用簡(jiǎn)單的銅 模鑄造法制備成大塊非晶合金。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金及其制備方法。步驟1在高溫箱式電阻爐中，按質(zhì)量比1∶1將上述組份Al和Cu混合均勻熔化，冷卻后得到二元合金鑄錠；步驟2將步驟1得到的二元合金鑄錠機(jī)械粉碎，然后按名義成分(Al<sub>0.7</sub>Cu<sub>0.3</sub>)<sub>100-x-y</sub>Zn<sub>x</sub>Sn<sub>y</sub>，其中30≤x≤31，5≤y≤10的配比稱(chēng)取原料；步驟3在坩堝式電阻爐內(nèi)熔煉(Al<sub>0.7</sub>Cu<sub>0.3</sub>)<sub>100-x-y</sub>Zn<sub>x</sub>Sn<sub>y</sub>合金，至少反復(fù)攪拌3～4次，以保證合金熔化均勻；步驟4將步驟3得到的熔融態(tài)(Al<sub>0.7</sub>Cu<sub>0.3</sub>)<sub>100-x-y</sub>Zn<sub>x</sub>Sn<sub>y</sub>合金，采用簡(jiǎn)單的銅模鑄造法制備成大塊非晶合金。本發(fā)明加入Sn元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA)，從而能夠制備出較大尺寸的非晶合金；采用簡(jiǎn)單的銅模鑄造法，形成了高硬度、熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性?xún)?yōu)異的Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金。
文檔編號(hào)C22C45/00GK101298651SQ20081006480
公開(kāi)日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者金 張, 張密林, 鵬 高 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)