[发明专利]一种铝基Al－Zn－Mg－Ce系大块非晶合金及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种合金，特别是涉及一种铝基Al-Zn-Mg-Ce系大块非晶合金。

(二)背景技术

非晶态合金是指固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的合金。由于其特殊的微观结构，致使非晶合金具有优异的物理性能、化学性能、力学性能和软磁性能，如高强度、高硬度、耐磨损和耐腐蚀，这些优异性能预示了非晶合金具有广泛的应用前景。

在众多非晶合金体系中，非晶态铝合金具有传统铝合金2～3倍的比强度，同时具有良好的超塑性、高温性能和耐腐蚀性能，是一种极具发展潜力的新型金属结构材料，因而引起了人们的广泛关注，已经成为当前材料工作者的主要研究目标。目前，制备非晶态铝合金主要采用熔体急冷法和机械合金化法，由于铝基合金的非晶形成能力有限(属于玻璃形成能力较弱的合金，临界冷却速率约为10^5～6K/s)，形成非晶的合金成分要求严格，合金化时间长，成品率较低等因素的影响，限制了其在工程中的广泛应用。申请号为03111967.0中国专利，公开了一种铝基非晶合金及其制备方法，该非晶合金由纯铝、纯镁、纯铈组成，采用铜辊急冷方法制备出了非晶薄带，但没能形成大尺寸的块体材料。另外，该非晶合金中的镁元素在熔炼过程中极易氧化，从而增加了该铝基非晶合金制备的难度。因此如何合理设计合金成分、提高铝基合金的非晶形成能力、克服现有制备技术的不足，采用简单的制备方法来获得大尺寸块体非晶态铝合金正成为目前亟待解决的问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良力学性能的铝基Al-Zn-Mg-Ce系大块非晶合金；本发明的目的还在于提供一种铝基Al-Zn-Mg-Ce系大块非晶合金的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

该系非晶合金的结构式为Al_77-xZn_xMg₂₂Ce₁，其中x为Zn元素的原子百分数，5≤x≤10。

本发明提供一种上述铝基Al-Zn-Mg-Ce系大块非晶合金的制备方法，具体步骤如下：

第一步：备料

按名义成分Al_77-xZn_xMg₂₂Ce₁，其中5≤x≤10的不同配比称取原料；

第二步：合金的熔炼

在坩埚式电阻炉内熔炼Al_77-xZn_xMg₂₂Ce₁合金，至少反复搅拌3～4次，以保证合金熔化均匀；

第三步：合金的制备

将第二步得到的熔融态Al_77-xZn_xMg₂₂Ce₁合金，采用简单的铜模铸造法制备成大块非晶合金。

第四步，合金的结构和性能测试

①采用X射线衍射法表征所得样品的组织结构；

②利用HXS-1000Z型硬度计测量样品的硬度值表征其力学性能。

本发明具有的优益之处在于：

1、加入的Ce稀土元素与Al元素的原子尺寸相差较大，提高了合金的随机堆垛结构的密度，增大了合金的粘度，抑制了凝固时组元之间原子的运动，因而能够提高合金的非晶形成能力；

2、由于加入稀土合金元素，该合金具有阻燃能力，避免了非晶合金制备工艺条件的苛刻要求，如高真空、氩气保护等。可以直接在空气中熔炼合金，采用简单的铜模铸造法就能制备出具有优良力学性能的大块非晶合金。

(四)附图说明

图1为本发明提出的Al-Zn-Mg-Ce体系大块非晶合金的XRD图；

图2为本发明提出的Al-Zn-Mg-Ce体系大块非晶合金的硬度值柱状图。

(五)具体实施方式

实施例1

该实施例采用简单的铜模铸造法成功制备出直径5mm的Al₇₂Zn₅Mg₂₂Ce₁大块非晶合金。

步骤1：将纯度为99.5％的工业铝锭、纯度为99.99％的高纯锌块和富铈镁稀土合金(铈的质量百分比为20.56％)，按成分配比Al₇₂Zn₅Mg₂₂Ce₁称取原料；