稀土元素改性增强的块体非晶合金及其制备方法、应用

摘要

本发明属于非晶合金技术领域，具体涉及一种稀土元素改性增强的块体非晶合金及其制备方法、应用；所述稀土元素改性增强的块体非晶合金，其原子百分比表达式为：AlaETMbNicCudCee；其中ETM为ⅣB‑ⅦB族中的一种或多种；23≤a≤25；45≤b≤48；20≤d≤24；3.33≤d/c≤6.00；以及1≤e≤10。本发明的稀土元素改性增强的块体非晶合金，在维持Al元素较高含量的前提下，该系列合金的组成中含有大量Al元素，有助于合金的减重效果；将Cu与Ni的含量比率d/c设置于3.33～6.00之间，使Ni元素含量相对较低，从而降低合金整体的熔点。

权利要求

1.一种稀土元素改性增强的块体非晶合金，其特征在于，其原子百分比表达式为：Al24Hf14Ti31Ni6Cu20Ce5；或Al25Hf13Ti33Ni5Cu22Ce2；或Al23Hf13Ti35Ni4Cu24Ce1；

所述块体非晶合金的熔点不超过750℃；

所述块体非晶合金的制备方法包括如下步骤：将各金属原料按熔点从高至低的顺序依次堆放在熔炼设备内，进行熔炼，获得合金铸锭；

对所述合金铸锭进行压铸后，制得稀土元素改性增强的块体非晶合金。

2.如权利要求1所述的块体非晶合金，其特征在于，所述块体非晶合金的临界尺寸不小于5mm。

3.如权利要求1所述的块体非晶合金，其特征在于，所述块体非晶合金拉伸时屈服强度不低于950MPa。

4.一种如权利要求1所述稀土元素改性增强的块体非晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将如权利要求1中所述的各金属原料按熔点从高至低的顺序依次堆放在熔炼设备内，进行熔炼，获得合金铸锭；

对所述合金铸锭进行压铸后，制得稀土元素改性增强的块体非晶合金。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述对所述合金铸锭进行压铸的压铸模具为水冷铜模。

6.一种如权利要求1‑3任一项所述的稀土元素改性增强的块体非晶合金在精密铸件中的应用。

说明书

稀土元素改性增强的块体非晶合金及其制备方法、应用

技术领域

[0001] 本发明属于非晶合金技术领域，具体涉及一种稀土元素改性增强的块体非晶合金及其制备方法、应用。

背景技术

[0002] 铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经打磨等后续加工手段后，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。

[0003] 我国是铸造生产大国，国内的铸件严重的生产过剩，不过我国的铸件产能严重过剩指的是我国的低端铸件产能过剩，我国的中高端铸件出产是很难满足市场需要的，因此，我国的铸件产业需求把低端的铸件产能转化为高端的铸件产能，增进我国的铸件产业进展。

[0004] 而非晶合金利用其非晶结构的特点可以加工出高精度无缺陷的微型齿轮传动机构；利用其高硬度，高耐磨性能可制造汽车发动机中的液压油缸，活塞等耐磨零部件，可大幅度提高其使用寿命。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种稀土元素改性增强的块体非晶合金及其制备方法、应用。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种稀土元素改性增强的块体非晶合金，其原子百分比表达式为：AlaETMbNicCudCee；其中ETM为ⅣB‑ⅦB族中的一种或多种；23≤a≤25；45≤b≤48；20≤d≤24；3.33≤d/c≤6.00；以及1≤e≤10。

[0007] 又一方面，本发明还提供了一种稀土元素改性增强的块体非晶合金的制备方法，包括以下步骤：将如前所述的各金属原料按熔点从高至低的顺序依次堆放在熔炼设备内，进行熔炼，获得合金铸锭；对所述合金铸锭进行压铸后，制得稀土元素改性增强的块体非晶合金。

[0008] 第三方面，本发明还提供了一种稀土元素改性增强的块体非晶合金在精密铸件中的应用。

[0009] 本发明的有益效果是，本发明的稀土元素改性增强的块体非晶合金，在维持Al元素较高含量的前提下，该系列合金的组成中含有大量Al元素，有助于合金的减重效果；将Cu与Ni的含量比率d/c设置于3.33～6.00之间，使Ni元素含量相对较低，从而降低合金整体的熔点；由于该系列非晶合金的组成成分中不含Be元素，因而它们具备良好的生物相容性，且满足更为安全环保的生产及使用需求，该系列非晶合金有助于工业生产的节能减排、提升模具寿命等作用，能直接间接地创造经济效益。

[0010] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

[0011] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

[0012] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0013] 图1是本发明的优选实施例1至3中制得的非晶合金的XRD图。

具体实施方式

[0014] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0015] 本发明提供了一种稀土元素改性增强的块体非晶合金，其原子百分比表达式为：AlaETMbNicCudCee；其中ETM(Early Transition Metal)为ⅣB‑ⅦB族中的一种或多种；23≤a≤25；45≤b≤48；20≤d≤24；3.33≤d/c≤6.00；以及1≤e≤10。

[0016] 具体的，所述稀土元素改性增强的块体非晶合金，在维持Al元素较高含量的前提下，该系列合金的组成中含有大量Al元素，有助于合金的减重效果；将Cu与Ni的含量比率d/c设置于3.33～6.00之间，使Ni元素含量相对较低，从而降低合金整体的熔点；由于该系列非晶合金的组成成分中不含Be元素，因而它们具备良好的生物相容性，且满足更为安全环保的生产及使用需求，该系列非晶合金有助于工业生产的节能减排、提升模具寿命等作用，能直接间接地创造经济效益。

[0017] 其中，可选的，所述ETM可以但不限于为Ti、Zr、Hf、Nb中的至少一种。

[0018] 可选的，所述块体非晶合金的熔点不超过750℃。

[0019] 具体的，由于稀土元素Ce的熔点较低，同时Ni元素的含量较低，所以该系列非晶合金的熔点较低，一般不超过750℃。

[0020] 可选的，所述块体非晶合金的临界尺寸不小于5mm。

[0021] 具体的，该系列非晶合金通过Al原子形成20面体的团簇单元，且通过稀土Ce元素改性增强，它们具有强非晶形成能力，采用水冷铜模压铸法可制备出临界尺寸不小于5mm的块体非晶合金。

[0022] 可选的，所述块体非晶合金拉伸时屈服强度不低于950MPa。

[0023] 具体的，由于稀土元素的改性增强作用，该系列合金具备较优异的力学性能，如拉伸时屈服强度不低于950MPa。

[0024] 进一步的，本发明还提供了一种稀土元素改性增强的块体非晶合金的制备方法，包括以下步骤：将如前所述的各金属原料按熔点从高至低的顺序依次堆放在熔炼设备内，进行熔炼，获得合金铸锭；对所述合金铸锭进行压铸后，制得稀土元素改性增强的块体非晶合金。

[0025] 具体的，将各原料表面氧化皮去除，并使用工业乙醇清洗原料，并按各自所需质量称取；将去除表面氧化的金属原料先按熔点高低顺序依次堆放在真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉或真空感应炉里，确认无误后进行熔炼，待母合金充分熔炼均匀后，获得合金铸锭；使用真空压铸设备，最后将合金铸锭压到不同尺寸的水冷铜模中，获得块体非晶合金。

[0026] 进一步的，本发明提供的稀土元素改性增强的块体非晶合金适于应用在精密铸件领域。

[0027] 实施例1

[0028] 本实施例1所制备的块体非晶合金组成为：Al24Hf14Ti31Ni6Cu20Ce5，其制备方法为：

[0029] 按比例称取各组分，依次将Al、Cu、Ni、Ti、Hf放入真空电弧熔炼炉内，将Ce放在中间，抽真空至0.1Pa之下，随后通入0.5Pa氩气并引弧进行熔炼；待合金融化并凝固后，翻面继续引弧熔炼，并重复两到三次，直至合金均匀化；取出合金铸锭，在压铸机中融化后压入直径为5mm的水冷铜模中，得到块体非晶合金棒。将该非晶棒材经加工成拉伸样品后，进行拉伸测试，测试结果表明其屈服强度为1007MPa；该非晶棒材经差热扫描仪测试后，知其熔点为741℃。

[0030] 实施例2

[0031] 本实施例2所制备的块体非晶合金组成为：Al25Hf13Ti33Ni5Cu22Ce2，其制备方法为：

[0032] 按比例称取各组分，依次将Al、Cu、Ni、Ti、Hf放入真空电弧熔炼炉内，将Ce放在中间，抽真空至0.1Pa之下，随后通入0.5Pa氩气并引弧进行熔炼；待合金融化并凝固后，翻面继续引弧熔炼，并重复两到三次，直至合金均匀化；取出合金铸锭，在压铸机中融化后压入直径为5mm的水冷铜模中，得到块体非晶合金棒。将该非晶棒材经加工成拉伸样品后，进行拉伸测试，测试结果表明其屈服强度为985MPa；该非晶棒材经差热扫描仪测试后，知其熔点为717℃。

[0033] 实施例3

[0034] 本实施例3所制备的块体非晶合金组成为：Al23Hf13Ti35Ni4Cu24Ce1，其制备方法为：

[0035] 按比例称取各组分，依次将Al、Cu、Ni、Ti、Hf放入真空电弧熔炼炉内，将Ce放在中间，抽真空至0.1Pa之下，随后通入0.5Pa氩气并引弧进行熔炼；待合金融化并凝固后，翻面继续引弧熔炼，并重复两到三次，直至合金均匀化；取出合金铸锭，在压铸机中融化后压入直径为7mm的水冷铜模中，得到块体非晶合金棒；将该非晶棒材经加工成拉伸样品后，进行拉伸测试，测试结果表明其屈服强度为961MPa；该非晶棒材经差热扫描仪测试后，知其熔点为693℃。

[0036] 对比例1

[0037] 本对比例1所制备的块体合金组成为：Al26Hf17Ti32Ni7Cu18，其制备方法为：

[0038] 按比例称取各组分，依次将Al、Cu、Ni、Ti、Hf放入真空电弧熔炼炉内，抽真空至0.1Pa之下，随后通入0.5Pa氩气并引弧进行熔炼；待合金融化并凝固后，翻面继续引弧熔炼，并重复两到三次，直至合金均匀化；取出合金铸锭，在压铸机中融化后压入水冷铜模中，得到仅为3mm块体合金棒，且发生严重晶化现象。将该合金棒材经加工成拉伸样品后，进行拉伸测试，测试结果表明其屈服强度为563MPa；该合金棒材经差热扫描仪测试后，知其熔点为797℃。

[0039] 对各实施例及对比例中制得的合金棒进行性能测试后，将数据汇总于表1。

[0040] 表1各实施例及对比例中制得的合金棒性能数据

[0041]   形成能力(mm) 屈服强度(MPa) 熔点(℃)实施例1 5(部分晶化) 1007 741
实施例2 5 985 717
实施例3 7 961 693
对比例1 严重晶化 563 797

[0042] 从图1及表1中数据可以看出，其中，图1中的a、b、c三条曲线分别为实施例1至3中的合金棒的XRD曲线，各实施例中制得了较好形成能力的块体非晶合金棒；而对比例1中制得的合金棒，由于合金中Cu和Ni的d/c值为2.57，且无稀土元素改性增强，故合金的非晶形成能力恶化严重，致使制得的合金棒材发生严重晶化现象，使该合金的力学性能受到严重损害，熔点也相应较高。

[0043] 综上所述，本发明的稀土元素改性增强的块体非晶合金，在维持Al元素较高含量的前提下，该系列合金的组成中含有大量Al元素，有助于合金的减重效果；将Cu与Ni的含量比率d/c设置于3.33～6.00之间，使Ni元素含量相对较低，从而降低合金整体的熔点；由于该系列非晶合金的组成成分中不含Be元素，因而它们具备良好的生物相容性，且满足更为安全环保的生产及使用需求，该系列非晶合金有助于工业生产的节能减排、提升模具寿命等作用，能直接间接地创造经济效益。

[0044] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。