[发明专利]一种Al基非晶合金块体材料及其制备方法

说明书

本发明属于块体非晶合金技术领域，特别的，涉及一种Al基非晶合金块体材料及其制备方法，所述的方法包括称取铝、钒、铁和铜混合形成原料混合物，经高能球磨机械化合金，以形成非晶合金粉末，再经真空、高温高压条件下的烧结处理，得到所述的Al基非晶合金块体材料；其中，所述非晶合金粉末的晶化起始温度≥749K，过冷液相区宽度≥169K；本发明设计和制备的Al基非晶合金粉体材料，利用元素间较大的原子错配度和混合热绝对值，获得了稳定的非晶结构，晶化起始温度及过冷液相区宽度分别达到749K及169K以上，是目前已报道的热稳定性最好的Al基非晶合金之一；通过真空高温高压烧结技术，获得了大尺寸、高强度的Al基非晶块体材料，其显微硬度高达821‑927Hv。

技术领域

本发明属于块体非晶合金技术领域，特别的，涉及一种Al基非晶合金块体材料及其制备方法。

背景技术

Al基非晶块体材料因具有独特的微观结构而显示出许多优异的性能，如高比强度、高比刚度及高耐蚀性，在航空航天、交通运输和武器装备等领域有广泛的应用前景。但是，由于Al基非晶材料玻璃形成能力很低，在用传统的液态快冷工艺时难以制备出全非晶组织的块体材料，或者说要得到全非晶组织的块体材料，必须采用极快的冷却速度。Al基非晶合金的这一内禀特性，给大尺寸非晶块体材料的制备提出了极大的挑战，同时也严重制约了Al基非晶块体材料的实际应用。因此，获得具有实际应用价值的大尺寸Al基非晶块体材料，一直非晶物理和材料科学领域追求的目标之一。

为了突破除了因玻璃形成能力低对液态快冷法制备Al基非晶块体材料的限制，目前已经发展了一系列固相制备方法，该方法先通过机械合金化等工艺获得非晶合金粉末，然后在过冷液相区内将非晶合金粉末进行热压或温挤，使之通过冶金结合形成全非晶块体材料。相比于液态快冷工艺，固相途径无需考虑控制异质形核的问题，不仅适用于更广泛的合金体系，而且可最大限度地突破玻璃形成能力或临界冷速的限制，有利于获得几何尺寸更大的块体材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种Al基非晶合金块体材料的制备方法。相比于传统的液态快冷工艺，该方法无需考虑控制异质形核的问题，可适用于更广泛的合金体系，且可以最大限度的突破玻璃形成能力或临界冷速的限制，进而获得几何尺寸更大的块体材料。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种Al基非晶合金块体材料的制备方法，所述的方法包括称取铝，除铝之外的至少两种金属原料混合形成原料混合物，

经高能球磨机械化合金，以形成非晶合金粉末，

再经高温高压条件下的烧结处理，得到所述的Al基非晶合金块体材料；

其中，所述非晶合金粉末的晶化起始温度≥749K，过冷液相区宽度≥169K。

优选条件下，以所述原料混合物的总量为基准，按原子百分比计，所述的原料混合物含有以下元素：V 11.5-12.5％，Fe 11.0-13.0％，Cu 0-3.0％，其余为Al和不可避免的杂质。

优选条件下，以所述原料混合物的总量为基准，按原子百分比计，所述的原料混合物含有以下元素：V 12.5％，Fe 12.5％，Cu 0.15％，其余为Al和不可避免的杂质。

优选条件下，所述原料混合物中各金属原料为粉末颗粒状，且粉末颗粒的平均粒径为50μm。

优选条件下，所述高能球磨机械化合金的条件包括：加入原料混合物总重量2％的硬脂酸和直径为10mm的轴承钢球，球料比为20:1；球磨过程中采用高纯氩气保护，球磨罐的自转转速为350rpm。

优选条件下，所述的高温高压条件包括：压力为3.5-4.5Gpa，烧结温度为720-730K，保持时间为180-220s。