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一种提高ALYTM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法.pdf

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一种 提高 ALYTM 系铝基非晶 合金 腐蚀 能力 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910104189

申请日:

20190201

公开号:

CN109604547A

公开日:

20190412

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: B22D11/06;C22C1/00;C22C45/08 主分类号: B22D11/06;C22C1/00;C22C45/08
申请人: 中国科学院金属研究所
发明人: 吕威闫;杨番;杨柏俊;孙文海;张锁德;王建强
地址: 110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路72号
优先权:
专利代理机构: 21002 代理人: 于晓波
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910104189

授权公告号:

法律状态公告日:

20190412

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种提高Al?Y?TM系非晶合金耐腐蚀能力的方法,属于非晶合金材料技术领域。该方法设计Al?Y?TM系铝基非晶合金按摩尔百分比计的成分:Al86?88%,TM5?9%,Y4.5?5.5%;TM为Ni、Ti和Cr中的一种或几种的组合。本发明Al?Y?TM系铝基非晶合金非晶形成能力强,同?#26412;?#22791;高耐腐蚀性能,在3.5wt.%NaCl溶液环境中,较比传统Al?TM?RE三元铝基非晶合金体系,点蚀电位可提升至?0.1V,钝化电流密度可?#26723;?#19968;个数量级,自腐蚀电位增加,适用于船舶、两栖飞机涂层材料。同时,本发明工艺简单成熟,操作方便快捷,适用于工业化生产,市场前景广阔。

权利要求书

1.一种提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,其特征在于:该方法通过设计Al-Y-TM系铝基非晶合金化学成分,来提高其耐腐蚀能力;所述Al-Y-TM系铝基非晶合金按摩尔百分比计的成分如下: Al 86-88%,TM 5-9%,Y 4.5-5.5%;所述TM为Ni与A元素,A元素为Ti和/或Cr;所述Ni与A元素的摩尔比为(7-9):1。 2.根据权利要求1所述的提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,其特征在于:所述Al-Y-TM系铝基非晶合金按摩尔百分比计的成?#31181;校篢M为9%。 3.根据权利要求1所述的提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,其特征在于:所述Al-Y-TM系铝基非晶合金按摩尔百分比计的成?#31181;校篢M为9%,所述Ni与A元素的摩尔比为8:1。 4.根据权利要求1所述的提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,其特征在于:所述Al-Y-TM系铝基非晶合金制备时,选取原材料Al纯度≥99.99%,其他元素纯度≥99.999%,高纯氩气环境下制备母合金后,采用单辊熔体急冷法制备?#21830;?#24102;样品。 5.根据权利要求4所述的提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,其特征在于:所制备的条带样品,最终凝固组织为完全非晶态结构,厚度为25~35μm,宽度为2.5~3.5mm。 6.根据权利要求1-5任一所述的提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,其特征在于:所述Al-Y-TM系铝基非晶合金在3.5wt.%的NaCl溶液环境中,相比于Al-TM-RE三元铝基非晶合金体系,点蚀电位可提升至-0.1V,钝化电流密度可?#26723;?#19968;个数量级,自腐蚀电位增加。

说明书


一种提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法
技术领域


本发明涉及非晶合金材料技术领域,具体涉及一种提高Al-Y-TM系铝基非晶合金
耐腐蚀能力的方法,该发明对其他非晶合金性能调控提供科学指导。


背景技术


铝及铝合金在使用过程中常表现出优异的耐蚀性能,主要是由于其在与大气接触
过程中,能在铝合金材料表面自然地形成一层氧化膜,其具有优异的耐蚀性能,但该氧化膜
比较薄且疏松多孔,结?#20849;?#22343;匀,且连续性较差,无法适应长期腐蚀环境。而非晶态铝合金,
即铝基非晶合金,以其长程无序,能够固溶远超过平衡晶态合金固溶度的耐蚀组元,易于形
成稳定的钝化膜并具有很好的再钝化能力,并且由于非晶态合金中通常不含腐蚀敏?#24418;?br>置,如位错、晶界及晶体相等晶体缺陷,表现出优异的耐蚀性能,包括铝基非晶条带和非晶
合金涂层在内,其耐蚀性能都明显优于耐蚀性能较好的传统铝合金材料,因此,铝基非晶合
金在水陆两栖飞机蒙皮表面耐冲刷和防腐等方面具备良好的应用前景。


铝基非晶合金具有远超于传统铝合金的性能,包括轻?#30465;?#39640;比强度、高耐蚀性以及
高韧性等,且其成?#38236;?#24265;,是极具市场潜质的工程构件材料,深受各国科学家的?#33334;?#28982;而
其有限的非晶形成能力极大地限制了它的发展应用,早年间,如?#26410;?#24133;有效地提升铝基非
晶的形成能力,成为亟待解决的世界性难题之一,直至2009年,中国科学院金属研究所杨柏
俊等人成功通过团簇、轨道杂化等方式采用传统Al-Ni-Y体系,选取Co、La元素部分替代Ni
及Y元素,获得了?#26412;?mm的块体非晶棒材,并于2017年通过母合金熔体净化技术成功?#31181;?br>铝基非晶合金制备过程中的异?#24066;?#26680;作用,将铝基非晶合金临界尺寸提升至2.5mm。因此,
铝基非晶合金的玻璃形成能力已不再是制约其应用的重要因素,在保证了非晶合金性能能
力后,如何进一步提高铝基非晶合金的具体性能成为拓展其应用范围的关键因素。


发明内容


本发明的目的在于提供一种提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,该
方法能够提高现有三元铝基非晶合金形?#21830;?#31995;Al-TM-RE的耐腐蚀能力,从而进一步拓展铝
基非晶合金的应用范围。


为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:


一种提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,该方法通过设计Al-Y-TM系
铝基非晶合金化学成分,来提高其耐腐蚀能力;所述Al-Y-TM系铝基非晶合金按摩尔百分比
计的化学成分如下:


Al 86-88%,TM 5-9%,Y 4.5-5.5%;所述TM为Ni与A元素,A元素为Ti和/或Cr;所
述Ni与A元素的摩尔比为(7-9):1。


所述Al-Y-TM系铝基非晶合金按摩尔百分比计的成?#31181;校篢M优选为9%;当TM为9%
时,所述Ni与A元素的摩尔比优选为8:1。


所述Al-Y-TM系铝基非晶合金制备时,选取原材料Al纯度≥99.99%,其他元素纯
度≥99.999%,高纯氩气环境下制备母合金后,采用单辊熔体急冷法制备?#21830;?#24102;样品。所制
备的条带样品,最终凝固组织为完全非晶态结构,厚度为25~35μm,宽度为2.5~3.5mm。


所制备的Al-Y-TM系铝基非晶合金条带样品具备高耐腐蚀性能,在3.5wt.%的
NaCl溶液环境中,相比于传统Al-TM-RE三元铝基非晶合金体系,点蚀电位可提升至-0.1V,
钝化电流密度可?#26723;?#19968;个数量级,自腐蚀电位增加,同时非晶合金样品兼具强玻璃形成能
力。


本发明的优点及有益效果如下:


1、针对现有三元铝基非晶合金形?#21830;?#31995;Al-TM-RE,提供了一种可提高Al-Y-TM系
铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,通过设计所述合金中各组分的摩尔百分比含量为Al 86-
88%、TM 9%、Y 4.5-5.5%时,具有良好非晶合金形成能力。


2、本发明设计的Al-Y-TM系铝基非晶合金,对比传统Al-TM-RE三元铝基非晶合金
体系,可提升其耐腐蚀能力,在3.5wt.%NaCl溶液环境中,点蚀电位可提升至-0.1V,钝化电
流密度可?#26723;?#19968;个数量级,并增加了自腐蚀电位。


附图说明


图1为采用本发明成分设计方法调控前后的非晶合金条带XRD?#35745;住?br>

图2为采用本发明成分设计方法调控前后的非晶合金条带DSC?#35745;住?br>

图3为采用本发明成分设计方法调控前后的非晶合金条带极化曲线对比。


图4为采用本发明成分设计方法调控前后的非晶合金条带腐蚀形貌对比。


具体实施方式


以下结合附?#25216;?#23454;施例详述本发明。


实施例1:


本实施例为提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的方法,具体如下:


1、设计两种合金成分:合金b和合金c,其中:合金b化学成分(摩尔百分比含量):Al
86%,Ni 8%,Cr 1%,Y 5%;合金c化学成分(摩尔百分比含量):Al 86%,Ni 8%,Ti 1%,
Y 5%;


2、合金制备:选取原材料Al纯度≥99.99%,其他元素纯度≥99.999%,高纯氩气
环境下制备母合金后,采用单辊熔体急冷法制备?#21830;?#24102;样品,其最终凝固组织为完全非晶
态结构,厚度为25~35μm,宽度约为2.5~3.5mm。


通过实施例1设计并制备获得的铝基条带样品具备完全非晶结构,如图1中b、c曲
线所示,均为馒头峰而无尖锐晶体峰出现,具备良好的玻璃形成能力。同时,其DSC对比结果
如图2所示,Al-Y-TM系铝基非晶合金的样品在升温过程中均展?#22659;?#19977;个晶体相的析出,证
明了其具备良好的玻璃形成能力。同时,在3.5wt.%NaCl溶液环境中,通过本实施例方法调
控后的铝基非晶合金,其耐腐蚀能力得到提升,如图3所示。而通过对比长期腐蚀后的表面
形貌也可明显看出,Al-Y-TM系铝基非晶合金,腐蚀产物明显减少,点蚀缺陷大量?#26723;停?#22914;图
4所示。


对比例1:


与实施例1不同之处在于:采用传统Al-TM-RE三元铝基非晶合金体系制备获得铝
基非晶合金,其化学成分(摩尔百分比含量):Al 86%,Ni 9%,Y 5%,其耐蚀性能低,如图3
中a曲线所示。


对比例2:


与实施例1不同之处在于:采用传统Al-TM-RE三元铝基非晶合金体系制备获得的
铝基非晶合金耐长期盐雾腐蚀性能低,如图4中a图所示,表面出现大量点蚀缺陷。


对比例3:


与实施例1不同之处在于:当成分设计式为Al
86Y
5Ni
7Ti
2和Al
86Y
5Ni
7Cr
2体系时,样
品的玻璃形成能力?#26723;汀?br>

对比例4:


与实施例1不同之处在于:当成分设计式为Al
86Y
5Ni
6Ti
3和Al
86Y
5Ni
6Cr
3体系时,样
品的玻璃形成能力?#26723;停?#38590;以获得完全非晶合金。


对比例5:


与实施例1不同之处在于:当成分设计式为Al
86Y
5Ni
8Ce
1体系时,样品耐蚀性能无提
升,同时玻璃形成能力?#26723;汀?br>

通过以上实施例与对比例看出,本发明涉及本发明涉及非晶合金材料制备领域,
具体涉及一种可提高Al-Y-TM系铝基非晶合金耐腐蚀能力的成分设计方法,所述合金的各
组分及各组分的摩尔百分比含量:Al 86-88%,TM 0.5-8.5%,Y4.5-5.5%;所述TM为Ni、Ti
和Cr中的一种或多种的组合;所述合金的各组分及各组分的摩尔百分比含量:Al 86%,Y
5%,TM 9%。制备的Al-Y-TM系铝基非晶合金具有良好的玻璃形成能力和较高的耐腐蚀能
力,在3.5wt.%NaCl溶液环境中,较比传统Al-TM-RE三元合金体系,点蚀电位可提升至-
0.1V,钝化电流密度可?#26723;?#19968;个数量级,自腐蚀电位增加,同时非晶合金样品兼具强玻璃形
成能力。该发明对其他非晶合金性能调控提供科学指导。


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