專利名稱：一種鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種合金，特別是一種鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶
n五o
(二)
背景技術：
非晶合金也稱為金屬玻璃(Metglass)，是通過急冷手段使合金液快速凝固,致 使固態合金內部原子在室溫下還保持著類似于液態結構的混亂排列的固態物質 狀態,它兼有金屬和玻璃特性。由于非晶態合金在原子排布上完全不同于晶態合 金,其特殊的微觀結構決定了它具有一系列優良性能如良好的機械性能、優異 的物理性能和特殊的化學性能，適合于制造電子器件、磁性器件、精密機械結構 件、體育用品、生物醫學植入物及先進武器構件等。
迄今為止，已制備出Ni基、Zr基、Cu基、Fe基、Mg基、Co基、Ti基和 稀土基等非晶合金體系。在這些非晶合金體系中，鋁基非晶態合金具有高比強度 是鋁基晶態合金的2 3倍，同時兼有良好的韌性、高溫性能、超塑性和耐腐蝕性， 是一種潛在的新型金屬結構材料，引起了材料科學界的廣泛關注，已經成為當前 材料工作者的主要研究目標。目前，非晶態鋁合金的研究主要集中在A1-RE, A1-RE-TM和A1-LTM-ETM等二元或三元體系(RE為稀土元素,TM為過渡族元 素,LTM為周期表中的VIIB族和VIIIB族元素,ETM為周期表中的IVB族至IVB 族元素)，對多元體系非晶態鋁合金的研究還很少。另外，鋁基合金的非晶形成 能力有限，形成非晶的合金成分要求嚴格，合金化時間長，成品率較低。其合成 工藝主要有熔體急冷、固相反應等方法，產品多為薄帶或粉末材料，塊體材料的 直接合成還很困難，從而嚴重限制了其廣泛應用。因此如何合理設計合金成分、 提高鋁基合金的非晶形成能力、克服現有制備技術的不足，獲得大尺寸多元體系 非晶態鋁合金是當前急需解決的問題。
(三)
發明內容
本發明的目的在于提供一種硬度高、熱穩定性和耐腐蝕性優異的鋁基 Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金；本發明的目的還在于提供一種鋁基 Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的制備方法。本發明的目的是通過如下技術方案實現的
本發明提供的非晶合金結構式為(Alo.7Cuo.3)K)o-x-yZnxSny，其中x為Zn元素的 原子百分數，30^x^31; y為Sn元素的原子百分數，5^y￡lO。
本發明提供一種上述鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的制備方法， 具體歩驟如下
步驟l:在高溫箱式電阻爐中，按質量比1:1將上述組份Al和Cu混合均勻 熔化，冷卻后得到二元合金鑄錠；
步驟2:將步驟1得到的二元合金鑄錠機械粉碎，然后按名義成分 (Al0.7Cua3)1(M)-x-yZnxSny,其中30^x^31, 55y5lO的配比稱取原料；
步驟3:在坩堝式電阻爐內熔煉(AIo.7Cuo.3)K)o.x.yZnxSny合金，至少反復攪拌 3~4次，以保證合金熔化均勻；
步驟4:將步驟3得到的熔融態(Alo.7Cuo3)KK)-x-yZnxSny合金，采用簡單的銅 模鑄造法制備成大塊非晶合金；
歩驟5:采用X射線衍射法表征所得樣品的組織結構；利用HXS-1000Z型 硬度計測量樣品的硬度值表征其力學性能。
本發明具有的優益之處在于
(1) 加入Sn元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA),從而能夠制備出 較大尺寸的非晶合金；
(2) 采用簡單的銅模鑄造法，就形成了高硬度、熱穩定性和耐腐蝕性優異 的Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金。該體系非晶合金具有的這些優異性能， 必將使其成為一種具有廣泛應用前景的新型金屬材料。
(四)
圖1為本發明提供的Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的XRD圖2為本發明提供的Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的硬度值柱狀圖。
具體實施方式
實施例1
該實施例采用銅模鑄造法成功制備出直徑5mm的Al45Cu19Zn31Sn5大塊非晶
入A
步驟l:將純度為99.98%的高純錫塊、純度為99.99%的高純鋅塊和已熔煉的鋁銅合金(銅的質量百分比為50%)，按成分配比AU5Cu!9ZnMSri5稱取原料； 步驟2:在坩堝式電阻爐中將鋁銅合金和高純鋅塊于75(TC加熱1小時使其
完全熔化，然后加入已稱好的高純錫塊，利用金屬液自身的熱量將高純錫塊熔化， 待其完全熔化后迅速攪拌至混合均勻；
步驟3:將熔融態的金屬液澆鑄到已加入液氮冷卻的銅模型腔內，從而制備 出直徑5mm的Al45Cu19Zn31Sn5大塊非品合金；
步驟4:采用X射線衍射法表征該大塊非晶合金樣品的結構，如圖l所示；
歩驟5:利用HXS-1000Z型硬度計測量樣品的硬度值，如圖2所示。 實施例2
該實施例采用銅模鑄造法成功制備出直徑5mm的Al42CiH8Zn3oSmo大塊非晶合金。
步驟l:將純度為99.98%的高純錫塊、純度為99.99%的高純鋅塊和已熔煉
的鋁銅合金(銅的質量百分比為50%)，按成分配比Al42ClH8Zn3oSl^稱取原料；
步驟2:在坩堝式電阻爐中將鋁銅合金和高純鋅塊于75(TC加熱1小時使其 完全熔化，然后加入已稱好的高純錫塊，利用金屬液自身的熱量將高純錫塊熔化， 待其完全熔化后迅速攪拌至混合均勻；
步驟3:將熔融態的金屬液澆鑄到已加入液氮冷卻的銅模型腔內，從而制備 出直徑5mm的Al42CiH8Zri3oSmo大塊非晶合金；
步驟4:采用X射線衍射法表征該大塊非晶合金樣品的結構，如圖l所示；
步驟5:利用HXS-1000Z型硬度計測量樣品的硬度值，如圖2所示。
權利要求
1、一種鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金，其特征是該非晶合金的結構式為(Al0.7Cu0.3)100-x-yZnxSny，其中x為Zn元素的原子百分數，30≤x≤31；y為Sn元素的原子百分數，5≤y≤10。
2、 根據權利要求1所述的鋁基A1-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金，其特 征是它是直徑5mm的AU5Cu19Zn31Sn5大塊非晶合金。
3、 根據權利要求1所述的鋁基A1-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金，其特 征是它是直徑5mm的Al42Qn8Zn3。Smo大塊非晶合金。
4、 一種鋁基A1-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金的制備方法，其特征是 歩驟1:在高溫箱式電阻爐中，按質量比1:1將上述組份Al和Cu混合均勻熔化，冷卻后得到二元合金鑄錠；步驟2:將步驟1得到的二元合金鑄錠機械粉碎，然后按名義成分 (Al0.7Cu0.3)1()C)-x-yZnxSny,其中30^x^31, 55y^10的配比稱取原料；步驟3:在坩堝式電阻爐內熔煉(Alo.7Cuo.3)K)o.x.yZnxSny合金，至少反復攪拌 3 4次，以保證合金熔化均勻；步驟4:將步驟3得到的熔融態(Alo.7CuQ.3)跳x.yZnxSny合金，采用簡單的銅 模鑄造法制備成大塊非晶合金。
全文摘要
本發明提供的是一種鋁基Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金及其制備方法。步驟1在高溫箱式電阻爐中，按質量比1∶1將上述組份Al和Cu混合均勻熔化，冷卻后得到二元合金鑄錠；步驟2將步驟1得到的二元合金鑄錠機械粉碎，然后按名義成分(Al<sub>0.7</sub>Cu<sub>0.3</sub>)<sub>100-x-y</sub>Zn<sub>x</sub>Sn<sub>y</sub>，其中30≤x≤31，5≤y≤10的配比稱取原料；步驟3在坩堝式電阻爐內熔煉(Al<sub>0.7</sub>Cu<sub>0.3</sub>)<sub>100-x-y</sub>Zn<sub>x</sub>Sn<sub>y</sub>合金，至少反復攪拌3～4次，以保證合金熔化均勻；步驟4將步驟3得到的熔融態(Al<sub>0.7</sub>Cu<sub>0.3</sub>)<sub>100-x-y</sub>Zn<sub>x</sub>Sn<sub>y</sub>合金，采用簡單的銅模鑄造法制備成大塊非晶合金。本發明加入Sn元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA)，從而能夠制備出較大尺寸的非晶合金；采用簡單的銅模鑄造法，形成了高硬度、熱穩定性和耐腐蝕性優異的Al-Cu-Zn-Sn四元體系大塊非晶合金。
文檔編號C22C45/00GK101298651SQ20081006480
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月25日 優先權日2008年6月25日
發明者金 張, 張密林, 鵬 高 申請人:哈爾濱工程大學