一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，屬于金屬玻璃和粉末冶金材料領(lǐng)域。其方法是將霧化非晶態(tài)合金粉末進(jìn)行球磨改性處理后，于0.5Tg溫度以下固結(jié)成形，即制得密度可達(dá)95％的完全非晶合金，Tg為非晶態(tài)合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。本發(fā)明專利技術(shù)所制備的塊體材料保持了粉末狀態(tài)的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，工藝、設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，不受合金體系的非晶形成能力限制，可以制備大尺寸、復(fù)雜形狀的塊體非晶態(tài)合金及結(jié)構(gòu)構(gòu)件；可實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)合金的規(guī)模化制備和應(yīng)用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，屬于金屬玻璃和粉末冶金材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
非晶態(tài)合金的原子排列不具有長(zhǎng)程原子有序，使其兼有一般金屬和玻璃的雙重特性，具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能，具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。受合金體系非晶形成能力的影響，目前制備的塊體非晶尺寸較小，許多合金體系只能制備粉末、薄帶等形狀的材料，難以制備塊體材料，限制了其應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)也有采用非晶態(tài)合金粉末成形方法制備塊體非晶態(tài)合金材料的，其成形方法主要包括熱壓、熱擠壓、等離子燒結(jié)、激光燒結(jié)、微波燒結(jié)、爆炸成形等方法。這些方法的共同點(diǎn)是需要對(duì)非晶態(tài)合金粉末進(jìn)行加熱，通常需要將非晶態(tài)合金粉末加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg或Tg以上，在溫度及壓力共同作用下，實(shí)現(xiàn)粉末固結(jié)成形，制備塊體材料。由于成形溫度在Tg或Tg以上，成形加熱熱能和變形熱能的共同作用，會(huì)導(dǎo)致非晶粉末發(fā)生晶化，這些方法制備的塊體材料通常是晶化相+非晶復(fù)合結(jié)構(gòu)，無(wú)法得到完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)塊體材料。另外，為了防止加熱過(guò)程中粉末表面氧化，降低塊體材料的性能，通常需要在真空狀態(tài)下進(jìn)行成形，再加上需要使用加熱設(shè)備，使得制
備工藝變得復(fù)雜。粉末爆炸成形不需要采用加熱設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行直接加熱，利用爆炸產(chǎn)生的瞬時(shí)高能高速?zèng)_擊作用，將能量快速傳遞給粉末，使粉末快速升溫、變形、固結(jié)成形，這一過(guò)程也會(huì)使粉末溫度升高、局部結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)不均勻、塊體材料性能發(fā)生變化。控制溫度是控制非晶態(tài)合金粉末微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。高溫下，粉末容易成形，但會(huì)產(chǎn)生晶化。室溫或低溫成形是保持非晶態(tài)合金粉末原始非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的唯一途徑。但是，在室溫或低溫，非晶態(tài)合金強(qiáng)度高，塑性非常低，具有玻璃的硬脆特征，在壓力作用下幾乎不發(fā)生變形就破裂，使得非晶粉末無(wú)法成形。實(shí)驗(yàn)表明，施加的成形作用力小，非晶態(tài)合金粉末不會(huì)變形，無(wú)法實(shí)現(xiàn)粉末成形；施加的成形作用力大，非晶態(tài)合金粉末會(huì)直接破碎，也使粉末無(wú)法固結(jié)成形。因此，實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)合金粉末固結(jié)成形與保持非晶態(tài)結(jié)構(gòu)就成為一對(duì)難以解決的矛盾，這也是通過(guò)非晶態(tài)合金粉末成形制備塊體完全非晶態(tài)合金材料的難點(diǎn)。在室溫實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)合金粉末固結(jié)成形方法至今未見(jiàn)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便的采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法。本專利技術(shù)一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，是將霧化非晶態(tài)合金粉末進(jìn)行球磨改性處理后，于0.5Tg溫度以下固結(jié)成形，即制得塊體非晶態(tài)合金，Tg為非晶態(tài)合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。本專利技術(shù)一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，霧
化非晶態(tài)合金粉末球磨改性處理的具體工藝參數(shù)為，采用粒徑小于等于150μm(-100目)的霧化非晶態(tài)合金粉末，在惰性氣體保護(hù)氣氛中球磨48h～120h，球料質(zhì)量比為8～12:1，球磨轉(zhuǎn)速為250r/min～350r/min。本專利技術(shù)一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，球磨時(shí)，控制球磨物料溫度≤0.5Tg。本專利技術(shù)一種采用非晶態(tài)粉末制備非晶態(tài)合金材料的方法，固結(jié)成形選自模壓成形，等靜壓成形，或擠壓成形，固結(jié)成形溫度為室溫～0.5Tg。本專利技術(shù)一種采用非晶態(tài)粉末制備非晶態(tài)合金材料的方法，模壓成形工藝參數(shù)為：壓制壓力500MPa～800MPa；等靜壓成形工藝參數(shù)為：壓制壓力300MPa～600MPa；擠壓成形工藝參數(shù)為：擠壓比6～15：1。本專利技術(shù)一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，制備的非晶合金密度可達(dá)95％。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本專利技術(shù)對(duì)霧化非晶態(tài)合金粉末進(jìn)行機(jī)械球磨改性處理，使粉末表面活化，改善粉末成形性能，經(jīng)室溫或低溫(≤0.5Tg)固結(jié)成形，實(shí)現(xiàn)室溫或低溫成形制備塊體非晶態(tài)合金。本專利技術(shù)一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，對(duì)霧化非晶態(tài)合金粉末球磨處理，使非晶態(tài)合金粉末表面有效結(jié)合，制備出高性能、大尺寸非晶態(tài)合金，克服了現(xiàn)有技術(shù)中非晶態(tài)合金粉末
室溫或低溫成形的難題。所制備的塊體材料保持了粉末狀態(tài)的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，性能達(dá)到了非晶態(tài)合金粉末熱成型的效果，工藝、設(shè)備簡(jiǎn)單，有利于規(guī)模化制備和應(yīng)用。本專利技術(shù)一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法制備塊體非晶態(tài)合金，不受合金體系的非晶形成能力限制，可以制備大尺寸、復(fù)雜形狀的塊體非晶態(tài)合金及結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本專利技術(shù)所制備的非晶態(tài)合金樣品采用X射線衍射儀(XRD)檢測(cè)塊體材料的結(jié)構(gòu)，表明其具有典型的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征；采用示差掃描量熱計(jì)(DSC)分析粉末的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和晶化溫度Tx，用掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行顯微組織分析，所制備的材料保持了粉末狀態(tài)的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；采用阿基米德法測(cè)量試樣的密度，合金密度可達(dá)95％。本專利提出的一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，解決了非晶態(tài)合金粉末室溫或低溫成形難題，實(shí)現(xiàn)室溫或低溫固結(jié)成形制備大塊非晶態(tài)合金。綜上所述，本專利技術(shù)工藝、設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，不受合金體系的非晶形成能力限制，可以制備大尺寸、復(fù)雜形狀的塊體非晶態(tài)合金及結(jié)構(gòu)構(gòu)件；可實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)合金的規(guī)模化制備和應(yīng)用。附圖說(shuō)明附圖1是本專利技術(shù)實(shí)施實(shí)例1制備的Zr55Cu40Al5合金塊體材料的XRD分析結(jié)果。附圖2是本專利技術(shù)本專利技術(shù)實(shí)施實(shí)例1制備的Zr55Cu40Al5合金塊體材
料的顯微組織(SEM觀察結(jié)果)。圖3是本專利技術(shù)本專利技術(shù)本專利技術(shù)實(shí)施實(shí)例1制備的Zr55Cu40Al5合金塊體材料斷口SEM圖。從圖1的XRD分析結(jié)果可知，實(shí)施例1制備的Zr55Cu40Al5合金塊體材料具有典型的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征。從圖2的SEM觀察結(jié)果可知，實(shí)施例1制備的Zr55Cu40Al5合金塊體材料，采用經(jīng)過(guò)球磨改性Zr50Cu40Al10霧化粉末成形的塊體材料的顯微組織沒(méi)有觀察到粉末界面，粉末完全結(jié)合。從圖3的斷口SEM圖可知，實(shí)施例1制備的Zr55Cu40Al5合金塊體材料，斷裂時(shí)，裂紋穿過(guò)原始粉末擴(kuò)展，而不是沿著界面擴(kuò)展，表明粉末界面的結(jié)合強(qiáng)度不低于粉末基體強(qiáng)度。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1：Zr55Cu40Al5合金選用Zr55Cu40Al5合金霧化非晶態(tài)合金粉末，裝入球磨罐，球料比為12:1，抽真空后充入高純Ar氣，在行星式球磨機(jī)中球磨96h，球磨轉(zhuǎn)速為250r/min；然后將球磨后的非晶態(tài)合金粉末裝入成形模具，采用600MPa壓力壓制成形，即制得密度大于91％的塊體非晶態(tài)合金材料，壓制溫度為210℃(＝0.3Tg)。經(jīng)XRD、DSC、SEM分析，所制備的塊體材料具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2：Zr50Cu50合金選用Zr50Cu50合金霧化非晶態(tài)合金粉末，裝入球磨罐，球料比為
10:1，抽真空后充入高純Ar氣，在行星式球磨機(jī)中球磨48h，球磨轉(zhuǎn)速為300r/min；然后將球磨后的非晶態(tài)合金粉末裝入成形模具，采用400MPa壓力進(jìn)行等靜壓壓制成形，即制得密度大于82％的塊體非晶態(tài)合金材料，壓制溫度為室溫。經(jīng)XRD、DSC、SEM分析，所制備的塊體材料具有完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3：Al82Ni10Y8合金選用Al82Ni10Y8合金霧化非晶態(tài)合金粉末，裝入球磨罐，球料比為10:1，抽真空后充入高純Ar氣，在行星式球磨機(jī)中球磨96h，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，是將霧化非晶態(tài)合金粉末進(jìn)行球磨改性處理后，于0.5Tg溫度以下固結(jié)成形，即制得塊體非晶態(tài)合金，Tg為非晶態(tài)合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，是將霧化非晶態(tài)合金粉末進(jìn)行球磨改性處理后，于0.5Tg溫度以下固結(jié)成形，即制得塊體非晶態(tài)合金，Tg為非晶態(tài)合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用非晶態(tài)合金粉末制備塊體非晶態(tài)合金的方法，其特征在于：霧化非晶態(tài)合金粉末球磨改性處理的具體工藝參數(shù)為，采用粒徑小于等于150μm(-100目)的霧化非晶態(tài)合金粉末，在惰性氣體保護(hù)氣氛中球磨48h～120h，球料質(zhì)量比為8～12:1，球磨轉(zhuǎn)速為250r/min～350r/min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉祖銘，黃立清，李飛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43