[发明专利]具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金

说明书

技术领域：

本发明属于新材料技术领域，涉及一种具有大过冷液相区间的含Er的Al基块体金属玻璃合金。

技术背景：

金属玻璃(非晶合金)是指固态下原子排列具有短程有序而长程无序的金属合金。由于金属玻璃独特的微观结构，致使其具有优异的力学性能和物理、化学性能，如高强度、高硬度、良好耐腐蚀性，以及在过冷液相区间内的粘性流动特性等，是一类新型的结构材料或功能材料。

在已经发现的众多金属玻璃合金系中，Al基金属玻璃表现出高比强度、高韧性和良好的耐蚀性等特点，作为轻质高强度结构材料在航空航天、轻型化运输工具等领域有着潜在应用。目前人们在Al-TM-RE(TM：过渡族金属元素，RE：稀土元素)大类的多个合金系(如：Al-Ni-Co-Y-La、Al-Ni-Ce-La等)中发现了Al基非晶合金。然而，与其他非晶合金系(如Zr基、Cu基、La基等)相比，Al基非晶合金的玻璃形成能力相对较低，用通常的铜模铸造法难以制备出大尺度的非晶合金，其临界尺寸一般在几十至数百微米，如：Al₈₆Ni₉La₅非晶合金的临界尺寸为780μm，Al₈₅Ni₅Y₈Co₂合金的临界尺寸为900μm。2009年，【中国专利200910010727.7，一种超高比强度和良好塑性铝基块体金属玻璃及其制备方法】公开了一种原子百分比组成为：Ni 1～8、Co 0.5～2、Y 1～6、La 0.5～2，余量为Al的Al基块体金属玻璃，其临界尺寸达到1mm。但到目前为止，没有临界尺寸超过1mm的Al基金属玻璃被报道。过低的玻璃形成能力使得Al基金属玻璃的应用范围受到了制约。

如果能利用Al基金属玻璃在其过冷液相区的粘性流动特性，可以通过粉末烧结、3D打印等技术实现Al金属玻璃的大块体化，克服其玻璃形成能力差的不足。此外，还可利用超塑性成形与加工技术批量生产高比强度的微小型结构元器件，这可进一步拓宽Al基金属玻璃的应用领域。作为超塑性加工用金属玻璃，除具有大的临界尺寸外，还需具备较低的玻璃转变温度(T_g)和宽的过冷液相区间ΔT_x(ΔT_x＝T_x-T_g，T_x：结晶化温度)，以便于实现超塑性加工。但目前人们发现的Al基非晶合金大都无明显T_g，不显示过冷液相区间，或ΔT_x低于20℃，这将导致合金在过冷液相区内尚未达到较低的粘度便发生结晶化，不适合进行过冷液相区内的烧结或超塑性加工成形。因此，研制具有大玻璃形成能力和宽过冷液相区间的Al基金属玻璃合金是当前金属玻璃研究领域的重要课题之一。

发明内容：

本发明针对目前Al基金属玻璃发展的不足，提供了一种含Er的Al基块体金属玻璃合金。该金属玻璃合金具有高的玻璃形成能力，通过铜模铸造法制备得到临界直径达1.2mm的块体金属玻璃合金棒材。而且，通过气雾化法可以制备得到粒径为38μm的金属玻璃粉末。该金属玻璃合金兼具宽的过冷液相区间，ΔT_x为26～40℃。该金属玻璃合金还具有良好的力学性能，断裂强度为1.11～1.24GPa，比强度为319～348kN·m/kg，塑性应变为0.1％～0.4％，维氏硬度为362～385。

本发明的技术方案如下：

具有大过冷液相区间含Er的Al基块体金属玻璃合金，具体成分表达式为Al_aNi_bCo_cFe_dAg_eEr_fLa_g，式中a、b、c、d、e、f和g分别表示各对应元素的原子百分比，其中2≤b≤9，0≤c≤3，0≤d≤6，0≤e≤3，2≤f≤7，0≤g≤4，且满足a+b+c+d+e+f+g＝100,6≤b+c+d≤10和5≤f+g≤9。其典型成分为Al₈₅Ni_6.8Co_2.2Er₄La₂。

本发明的效果和益处是：