[发明专利]一种铝基纳米/非晶复相材料

说明书

本发明涉及纳米和非晶材料，特别提供了一种Al-Ni-Ce-Fe纳米/非晶复相材料。

铝合金作为现代工业中应用最为广泛的材料之一，如何有效地改善其微结构特性，获得更加优异的综合性能成为当前材料工作者的主要研究目标。近年来，日本的Akihisa Inouc等人采用单辊快淬工艺在Al-RE，Al-V-Fe，Al-Cr-Re等合金系中制备出了非晶态合金，为铝合金组织制备多元化(非晶、纳米晶、准晶、微晶)以及铝合金应用范围的拓宽奠定了基础。目前制备铝基非晶与纳米晶合金主要采用熔体急冷和机械合金化法，因铝合金形成非晶能力有限，对形成非晶的成分要求严格，条带成型困难，合金化时间长，成品率低等因素，从而大大地限制其广泛应用。

本发明的目的在于提供一种铝基纳米/非晶复相材料，其在工业上更易实现且性能优良。

本发明提供的Al-Ni-Ce-Fe纳米/非晶复相材料，其特征在于：基本成份为(原子百分比)Ni 7～15，Fe 0.5～5，Ce 1～6，Al余量。本发明中Ni与Fe元素在形成纳米相组织中具有一定的可替代性，Fe元素价格低廉，但在Al合金中Ni元素较Fe元素具有更强的非晶形成能力，因而两元素配比应适当；Ce元素的作用主要是细化组织，显著提高合金的非晶形成能力，有效地控制该材料中弥散纳米相与非晶相的体积比，最终提高大块体材料的综合力学性能。

本发明区别于现有广泛采用的非晶与纳米材料的化学成分与制备技术，采用超声气体雾化急冷技术制备Al-Ni-Ce-Fe纳米/非晶复相材料，即通过高速气体流冲击合金液流使其分散为微小液滴并冷却成微细粉。其特征在于：雾化压力为4.0～8.0MPa，雾化温度为1100～1350℃，喷射角度为40～55°，质流比为0.35～0.75。该工艺生产效率高且合金粉末呈球形，有利于后续的成型工艺，适用于规模化工业生产。在本发明的成份及超声气体雾化工艺参数下，制备的Al-Ni-Ce-Fe合金粉末在40μm以下时均为纳米/非晶复相结构：即由纳米fcc-Al与非晶双相或纳米fcc-Al、Al₃(Ni，Fe)、Al₁₁Ce₃与非晶多相复合构成，粉末热致密化制得棒材的室温抗拉强度大于750MPa，弹性模量大于90GPa。下面通过实施例详述本发明。

附图1为雾化工艺制备的Al-Ni-Ce-Fe纳米复相材料急冷态X射线衍射结果。

实施例1

原材料为工业纯铝(99.7％)，工业纯铁(99％)，纯镍(99.5％)，金属铈(99.5％)，按Al₈₄Ni₁₁Ce₃Fe₂原子百分比配料4Kg，超声气体雾化设备真空度为0.35Pa，雾化工艺参数为：

雾化介质：He气

雾化温度：1260℃

雾化压力：6.2MPa

射流角度：40°

导流管直径：4.2mm

质流比：0.45

制得Al-Ni-Ce-Fe合金粉末的平均粒度为34μm，急冷态组织为非晶相与纳米fcc-Al双相结构。粉末热挤压棒材的室温拉伸强度为810MPa，弹性模量为95GPa，延伸率3.2％。

实施例2

原材料与实施例1同，按Al₈₂Ni₁₃Ce₂Fe₃原子百分比配料5Kg，超声气体雾化设备真空度为0.44Pa，雾化工艺参数为：

雾化介质：N₂气

雾化温度：1300℃

雾化压力：6.8MPa

射流角度：45°

导流管直径：3.6mm

质流比：0.51

制得Al-Ni-Ce-Fe合金粉末的平均粒度为43μm，X射线衍射结果见附图1。不同粒度的粉末颗粒急冷态组织为：<25μm由非晶相与纳米fcc-Al双相结构构成；25～42μm由纳米Fcc-Al、Al₃(Ni，Fe)、Al₁₁Ce₃与非晶多相复合构成；>42μm则失去了非晶相的特征。粉末热挤压棒材的室温拉伸强度为785MPa，弹性模量为88GPa，延伸率为4.8％。

实施例3