Al基非晶合金材料的研發

Al基非晶合金與其它金屬系非晶合金有很大不同,Al基非晶合金的玻璃轉變溫度很低,難以抑制初晶相Al的析出,限制了Al基非晶合金的玻璃形成能力?;跓崃W參數的考慮,進行成分優化來提高Al基非晶合金的玻璃形成能力,是實現塊狀Al基非晶合金的基本途徑。沈陽金屬所通過更利于形成玻璃結構的成分設計方法,在Al-Ni-Y-Co-La系列合金中,利用銅模鑄造制得了Φ1mm棒狀的全非晶的富Al塊狀非晶合金。塊體Al基非晶合金的成功制備,大大擴展了其作為潛在新型工程材料的應用前景。

Al基非晶合金是一種低密度高模量的材料,具有優異的力學特性。Al基非晶合金的拉伸強度一般都超過1000MPa,有些甚至可達1500MPa。納米晶體彌散分布的Al基非晶合金強度更是可達到或超過鋼材的強度,密度卻不到鋼材的40%,能夠滿足多種航天航空構件的需要。此外,非晶態Al合金具有良好的高溫性能、高韌性、耐蝕等特點。因此,Al基非晶合金是一種具有重要研究意義和廣闊應用前景的新型結構材料。

近期的研究獲得了在非晶Al基合金中彌散分布納米fcc-Al粒子的材料,這種在非晶基體上分布納米顆粒所構成的復合材料具有很高的力學性能。另外據報道,用爆炸壓實法制備出非晶顆粒增強的Al基復合材料,在硬度和強度上也表現出良好的性能。

非晶合金的制備工藝有很多種,但對于Al基非晶合金,由于其非晶形成能力有限,屬于邊緣金屬玻璃體系,所以目前制備Al基非晶合金主要采用急冷法和機械合金化等方法。其中急冷法即快速凝固法,常用的有單輥旋轉快凝法、氣體霧化法、表面熔化及強化法。所謂單輥旋轉快凝法是通過感應加熱使得石英管中的母合金熔化,然后噴射到旋轉的水冷銅輥表面上,快速凝固得到非晶或非晶基體加納米晶的薄帶。氣體霧化法是通過高速氣流沖擊金屬液流使其分散為微小的液滴,從而實現快速凝固,得到非晶粉末。對于只要求表面具有一定特性的材料,可以采用表面熔化及強化法處理,從而在材料的表面獲得具有優異性能的非晶層。另外,機械合金化法,也是一種制備傳統非晶態合金的有效方法,采用高能研磨機或球磨機使固態粉末轉化為非晶相,目前利用機械合金化法制備Al基非晶合金受到了廣泛的重視。

以上方法所制備的Al基非晶樣品一般為非晶薄條帶、非晶細絲或非晶粉末,尚不能制備出塊體的完全非晶態Al合金,這就制約了Al基非晶合金在工程實際中的應用。因此,提高Al非晶合金的形成能力,改變工藝方法制備出塊體Al基非晶合金,成為非晶研究領域的熱點和難點。

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