[发明专利]一种高硬度铝基纳米晶合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高硬度铝基纳米晶合金及其制备方法，合金的成分表达式为Al₈₄Y₉Ni₄Co_1.5Feu_0.5M₁，其中M为Cu、V、Nb、Mo、Cr、Mn、Ni、Co或Fe，借鉴了高熵合金的成分特征，在成分设计过程中引入了多种其他元素，通过选取适当的元素进行添加，开发了具有较高非晶形成能力的铝基多组元非晶合金。并且通过设计适当的热处理方式，得到了fcc‑Al纳米晶粒均匀弥散分布在非晶基体中的复合结构，这种复合结构的材料拥有比铝基非晶合金材料更高的强度，更好的热稳定性，改善传统铝合金硬度低，以及铝基非晶合金热稳定性差的缺点，因而具备更广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高硬度高热稳定性铝基纳米晶合金及其制备方法，属于铝基非晶结构材料领域。

背景技术

铝合金因其具有密度低、耐腐蚀等优异性能而广泛应用于航空航天、汽车等领域。但是铝为较软的金属材料，采用现有技术制造的铝合金的硬度仍然无法满足生产需求。随着铝基非晶合金的发展，通过急冷得到的铝基非晶合金内部呈现长程无序的结构，不存在晶界、位错等结构缺陷，能够使铝基非晶合金材料在保持传统铝合金优异性能的同时还具有较高的强度和硬度，但铝基非晶合金的热稳定性较差，晶化温度普遍在100-300℃之间，在高温下各项性能都不稳定，严重限制了该类材料的应用范围。

考虑到日益严峻的能源问题，研制具有更高的强度、耐腐蚀性、耐高温性，及抗氧化性等优异性能的材料成为科研工作者关注的焦点。研究表明，当铝基非晶基体中弥散分布着纳米粒子时，通过弥散强化作用，可以显著提高其强度和塑性，并且表现出疲劳强度于拉伸强度的良好结合。纳米晶体弥散分布的铝基非晶合金的强度可达到或超过普通钢材的强度，密度却不到钢材的50％，能满足多种航空结构器件的需要，可取代传统的价格昂贵的钛合金。然而，铝基非晶合金的玻璃形成能力相对较低，因此需要选取适当的元素配比来设计非晶合金成分，以进一步提高其热稳定性。另外，由于非晶合金晶化过程中由于组织结构不易控制，极易产生其他尺寸较大的晶粒，无法得到均匀弥散的纳米晶/非晶复合结构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高硬度高热稳定性铝基纳米晶合金及其制备方法，目的是为提高铝基合金的硬度及热稳定性，改善传统铝合金硬度低，以及铝基非晶合金热稳定性差的缺点。本发明借鉴了高熵合金的成分特征，在成分设计过程中引入了多种其他元素，通过选取适当的元素进行添加，开发了具有较高非晶形成能力的铝基多组元非晶合金。并且通过设计适当的热处理方式，得到了fcc-Al纳米晶粒均匀弥散分布在非晶基体中的复合结构，这种复合结构的材料拥有比铝基非晶合金材料更高的强度，更好的热稳定性，因而具备更广阔的应用前景。

本发明的技术目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种高硬度铝基纳米晶合金，其成分有如下表达式Al₈₄Y₉Ni₄Co_1.5Fe_0.5M₁，其中M为Cu、V、Nb、Mo、Cr、Mn，纳米晶fcc-Al相均匀分散非晶基体中。