本發(fā)明屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋁合金在日常的生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是近些年來隨著社會日益依賴的礦石能源的枯竭和由引起的全球范圍內(nèi)“溫室”效應(yīng)的加劇，人們環(huán)保節(jié)能減排意識日益增強，因此對汽車、飛機、輪船、衛(wèi)星等運載工具輕型化提出了迫切的要求，這使得低密度、高強度輕質(zhì)鋁合金的研究和開發(fā)出現(xiàn)了一個高潮。作為一種新型的鋁合金，鋁基非晶合金由于其超高的比強度、高韌性和良好的耐蝕性而引起較大的關(guān)注，這使它們適用于作為新型結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用領(lǐng)域如：航空航天和微電機械系統(tǒng)(mems)等。近年來，研究者主要研究具有高al含量的al-tm-re(tm＝過渡金屬，re＝稀土元素)合金(al>80at.％)。然而，這些合金低的非晶形成能力和低的熱穩(wěn)定性阻礙了大塊非晶合金的制備，使這些材料在工程上的應(yīng)用受到限制。近年來，科研人員嘗試了很多提高非晶合金玻璃形成能力的方法，如尋找深共晶點等，這些對多數(shù)具有強玻璃形成能力的非晶合金的成分設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義，然而并不適用于鋁基非晶合金。因此，提高鋁基非晶合金的玻璃形成能力和提高熱穩(wěn)定性是目前亟待解決的重點問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶的制備方法。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶，其原子百分比成分組成為al85.5nixco9.5-xsm5或al87.5niyco8-ysm4.5，其中0≤x≤9.5，0≤y≤8。

優(yōu)選地，所述al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶的原子百分比成分組成為al85.5ni1.5co8sm5、al85.5ni3.5co6sm5、al85.5ni5.5co4sm5、al85.5ni7.5co2sm5、al85.5ni9.5co0sm5、al87.5ni0co8sm4.5、al87.5ni2co6sm4.5、al87.5ni4co4sm4.5、al87.5ni6co2sm4.5或al87.5ni8co0sm4.5。

更優(yōu)選地，所述al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶的原子百分比成分組成為al85.5ni5.5co4sm5、al85.5ni7.5co2sm5或al85.5ni9.5co0sm5。

優(yōu)選地，所述al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶的晶化激活能(ep)為200～421kj/mol。

優(yōu)選地，所述al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶的玻璃形成能力(δtx)的范圍為16.7～18.1k。

上述al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶的制備方法，包括以下制備步驟：

按照al85.5nixco9.5-xsm5或al87.5niyco8-ysm4.5的原子百分比稱取金屬單質(zhì)原料，然后在海綿鈦吸氧劑及惰性氣體保護下熔煉混合均勻，冷卻后得到母合金，將所得母合金通過甩帶機制備成薄帶，得到al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶。

優(yōu)選地，所述金屬單質(zhì)原料分別為純度為99.9％的al塊、純度為99.95％的ni塊、純度為99.9％的co塊和純度為99.9％的sm塊，所述金屬單質(zhì)原料在使用前先經(jīng)表面氧化皮去除和清洗處理。

優(yōu)選地，所述熔煉過程在非自耗真空熔煉爐中進行，熔煉次數(shù)為4～6次。

優(yōu)選地，所述冷卻是指在氬氣氣氛保護下，水冷卻至室溫。

優(yōu)選地，所述母合金在制備成薄帶前先經(jīng)表面氧化皮去除和清洗處理。

優(yōu)選地，所述甩帶機是指單輥甩帶機，單輥的旋轉(zhuǎn)表面線速度為30～40m/s。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明所得al-ni-co-sm系鋁基非晶合金有效提高了鋁基非晶合金的熱穩(wěn)定性和非晶形成能力。

(2)本發(fā)明所得al-ni-co-sm系鋁基非晶合金通過xrd測試均表現(xiàn)為典型非晶態(tài)的饅頭峰現(xiàn)象。

(3)本發(fā)明所得al-ni-co-sm系鋁基非晶合金的晶化激活能(ep)為200～421kj/mol。

(4)本發(fā)明所得al-ni-co-sm系鋁基非晶合金al85.5ni5.5co4sm5、al85.5ni7.5co2sm5和al85.5ni9.5co0sm5展現(xiàn)出明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(tg),，其玻璃形成能力(δtx)的范圍為16.7～18.1k。

(5)本發(fā)明所得al-ni-co-sm系鋁基非晶合金al85.5ni5.5co4sm5非晶合金通過高分辨透射電鏡證明非晶為全非晶特性。

(6)本發(fā)明所得al-ni-co-sm系鋁基非晶合金可用ni取代co元素，能有效的降低原材料成本。

附圖說明

圖1為實施例1所得al85.5ni5.5co4sm5非晶合金薄帶的xrd圖；

圖2為實施例1所得al85.5ni5.5co4sm5非晶合金薄帶的透射電子顯微鏡(a)和高分辨投射電子顯微鏡(b)形貌表征圖；

圖3為實施例1所得al85.5ni5.5co4sm5非晶合金薄帶的dsc測試結(jié)果圖；

圖4為實施例1所得al85.5ni5.5co4sm5非晶合金薄帶的晶化激活能擬合曲線圖；

圖5為實施例2所得al85.5ni9.5co0sm5非晶合金薄帶的透射電子顯微鏡和高分辨投射電子顯微鏡形貌表征圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

本實施例al85.5ni5.5co4sm5非晶合金薄帶的制備，具體制備步驟如下：

(1)選擇市售高純al塊、ni塊、co塊和sm塊作為原材料，先將純金屬塊體進行表面氧化皮脫離，按照原子比含量為85.5％、5.5％、4％和5％進行配比，使用天平稱取質(zhì)量分別為al3.1888g、co0.3258g、ni0.4462g和sm1.0392g。

(2)在以海綿鈦為吸氧劑，以高純氬氣作為保護氣體的條件下，將步驟(1)配好的母合金原料至于非自耗真空熔煉爐(mam-1)的水冷銅坩堝，重復(fù)熔煉5次，以保證母材料的均勻性。

(3)將步驟(2)制得的母合金打磨除去其表面氧化皮，酒精清洗并吹干后，放入單輥甩帶機(wk-ⅱ)的石英試管中，調(diào)節(jié)單輥的表面線速度為30m/s，制得非晶合金薄帶。

本實施例所得非晶合金薄帶，采用brukerd8advancedcu靶進行xrd測試，結(jié)果如圖1所示，初步判斷al85.5ni5.5co4sm5為非晶態(tài)。采用透射電子顯微鏡(tem)(a)和高分辨投射電子顯微鏡(hrtem)(b)對非晶合金薄帶進行形貌表征，結(jié)果如圖2所示，tem圖像中并無晶體材料中的襯度，hrtem圖像也顯示原子為混亂無序狀態(tài)，而不是晶體材料存在著規(guī)則有序的原子排列，并且電子衍射花樣(saed)也為非晶材料所特有的由幾個同心“暈環(huán)”組成，通過xrd、tem和hrtem-saed分析可知，al85.5ni5.5co4sm5合金為全非晶態(tài)。采用同步熱分析儀(netzsch449c)進行dsc測試，結(jié)果如圖3所示，采用20k/min的加熱速度測得合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(tg)為539.6k，晶化開始溫度(tx)為557.7k，第一晶化峰溫度(tp1)為560.3k。采用同步熱分析儀(netzsch449c)，升溫速率分別為5k/min、10k/min、20k/min和40k/min的加熱速率，用kissinger方程擬合曲線，結(jié)果如圖4所示，得到晶化激活能(ep1)為288kj/mol。

實施例2

本實施例al85.5ni9.5co0sm5非晶合金薄帶的制備，具體制備步驟如下：

(1)選擇市售高純al塊、ni塊和sm塊作為原材料，先將純金屬塊體進行表面氧化皮脫離，按照原子比含量為85.5％、9.5％和5％進行配比，使用天平稱取質(zhì)量分別為al3.6607g、ni0.8848g和sm1.1930g。

(2)在以海綿鈦為吸氧劑，以高純氬氣作為保護氣體的條件下，將步驟(1)配好的母合金原料至于非自耗真空熔煉爐(mam-1)的水冷銅坩堝，重復(fù)熔煉5次，以保證母材料的均勻性。

(3)將步驟(2)制得的母合金打磨去除其表面氧化皮，酒精清洗并吹干后，放入單輥甩帶機(wk-ⅱ)的石英試管中，調(diào)節(jié)單輥的表面線速度為30m/s，制得非晶合金薄帶。

本實施例所得非晶合金薄帶，采用brukerd8advancedcu靶進行xrd測試，初步判斷al85.5ni9.5co0sm5為非晶態(tài)。采用透射電子顯微鏡(tem)和高分辨投射電子顯微鏡(hrtem)對非晶合金薄帶進行形貌表征，結(jié)果如圖5所示，thrtem圖像也顯示原子大部分為混亂無序狀態(tài)，小部分存在規(guī)則有序的原子排列，通過hrtem-saed分析可知，al85.5ni9.5co0sm55合金為非晶+納米晶復(fù)合相。采用同步熱分析儀(netzsch449c)進行dsc測試，采用20k/min的加熱速度測得合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(tg)為507.4k，晶化開始溫度(tx)為524.1k，第一晶化峰溫度(tp1)為534.6k。采用同步熱分析儀(netzsch449c)，升溫速率分別為5k/min、10k/min、20k/min和40k/min的加熱速率，用kissinger方程擬合曲線，得到晶化激活能(ep1)為227kj/mol。

實施例3

本實施例al85.5ni3.5co6sm5非晶合金薄帶的制備，具體制備步驟如下：

(1)選擇市售高純al塊、ni塊、co塊和sm塊作為原材料，先將純金屬塊體進行表面氧化皮脫離并至于無水乙醇中，防止氧化，按照原子比含量為85.5％、3.5％、6％和5％進行配比，使用天平稱取質(zhì)量分別為al3.2314g、co0.6604g、ni0.1233g和sm1.0531g。

(2)在以海綿鈦為吸氧劑，以高純氬氣作為保護氣體的條件下，將步驟(1)配好的母合金原料至于非自耗真空熔煉爐(mam-1)的水冷銅坩堝，重復(fù)熔煉5次，以保證母材料的均勻性。

(3)將步驟(2)制得的母合金打磨去除其表面氧化皮，酒精清洗并吹干后，放入單輥甩帶機(wk-ⅱ)的石英試管中，調(diào)節(jié)單輥的表面線速度為40m/s，制得非晶合金薄帶。

本實施例所得非晶合金薄帶，采用brukerd8advancedcu靶進行xrd測試，初步判斷al85.5ni3.5co6sm5為非晶態(tài)。采用同步熱分析儀(netzsch449c)進行dsc測試，采用20k/min的加熱速度，并未發(fā)現(xiàn)具有明顯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(tg)，測得合金的晶化開始溫度(tx)為577.9k，第一晶化峰溫度(tp1)為579.3k。采用同步熱分析儀(netzsch449c)，升溫速率分別為5k/min、10k/min、20k/min和40k/min的加熱速率，用kissinger方程擬合曲線，得到晶化激活能(ep1)為421kj/mol。

按照實施例1～3中al-ni-co-sm系鋁基非晶合金薄帶的制備方法，調(diào)整原子百分比成分組成配比，得到不同成分組成的al-ni-co-sm系鋁基非晶合金，并對合金的熱參數(shù)進行測試，結(jié)果如表1所示。

表1.al-ni-co-sm系鋁基非晶合金的熱參數(shù)

由表1結(jié)果可以看出，本發(fā)明采用單輥快淬法制備的al-ni-co-sm系鋁基非晶合金，通過添加ni元素來部分取代co元素提高了非晶形成能力，降低原材料成本，同時使非晶形成能力增大至18.1k，同時使熱穩(wěn)定性(tx)最高增大至586.9k。有效提高了鋁基非晶合金的熱穩(wěn)定性和非晶形成能力。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。