[0001] 本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种四元铝非晶纳米晶粉末及其制备方法和应用。

[0002] 非晶合金材料不含普通金属合金材料的晶体结构，表现出优异的强度、硬度、耐蚀、耐磨等性能特点，在极端环境结构应用方面具有强大的应用潜力。纳米晶材料中的晶体为纳米级尺寸，结构中存在大量晶界，因其小尺寸效应，同样具有高强度、高硬度、等性能特点，且局部纳米晶化也有助于提升材料的耐蚀性能。因此，非晶纳米晶材料作为装备或器件的结构材料，在车辆、海洋、化工、机械，以及等领域具有优异的应用前景。尤其地，铝基非晶纳米晶材料具有密度低、强度高、韧性强、耐腐蚀和耐磨性好、膨胀系数低，非晶形成能力强等特点，尤其适用于海洋环境装备结构件表面的防腐应用。

[0003] 目前，铝基非晶纳米晶材料在装备结构件表面主要是以涂层的形式应用。球形粉末是该材料应用的原材料。当前，非晶纳米晶粉末制备主要有等离子球化、真空气雾化等方法。铝基非晶纳米晶的成分及非晶含量等因素决定材料应用性能，制备过程中形成的粉末粒径等因素也决定了制备效率和成分等。以上两点也是制约铝基非晶纳米晶材料应用关键。目前，亟需提供一种四元铝非晶纳米晶粉末及其真空气雾化制备方法。

[0035] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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作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。

[0036] 实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。

[0037] 本发明实施例提供的四元铝基非晶纳米晶粉末，本发明设计的粉末同其他粉末相比，球形度更好，同时由于合金粉末是由强耐腐蚀性元素组成，因此用该系列合金粉末制备的涂层材料有望具有优异的耐腐蚀性能。同时，真空气雾化制备合金粉末具有冷却速率快，使粉末形成了非晶纳米晶结构。该四元铝非晶纳米晶粉末以原子百分比计，包括以下成分：Al 70‑95at.%，Ni 3‑15at.%，Zr 1‑5at.%，Si 1‑10at.%。具体地，本发明制备粉末使用的Al、Ni、Zr、Si原料均为市售块状原料，纯度高于99 wt%。

[0038] 本发明实施例提供一种真空气雾化法制备四元铝非晶纳米晶粉末的方法，包括将原料进行清洗烘干，并将全部组成元素进行反复真空电磁感应熔炼，得到均匀的金属液，随后通过高压氩气流和金属液同时喷出，实现雾化，将雾化后的粉末取出、筛分，得到四元铝‑5非晶纳米晶粉末。可选的实施例，进行感应熔炼时，设备的真空度小于1.0×10 Pa，熔炼前充入氩气，启动感应加热电源，调节加热功，使温度达到1700℃‑2000℃。可选的实施例，所述的真空气雾化制粉过程中，高压氩气流的压强为6‑8MPa。

[0039] 以下实施例1‑2为制备Al75Ni10Zr5Si10，Al85Ni8Zr4Si3的四元铝非晶纳米晶粉末的微观形貌、微观结构、玻璃转化温度。

[0040] 实施例1

[0041] 按照以下成分进行配料：Al，75at.%；Ni，10at.%；Zr，5at.%；Si，10at.%。

[0042] 原材料处理：使用工业料（纯度≥99％）进行配料，配料前先将原材料进行表面预处理，然后用酒精超声波进行清洗，30 40s的超声清洗，重复清洗1‑3次，然后将清洗后的原~材料在真空干燥箱内进行烘干，温度为80℃，防止氧化。

[0043] 真空气雾化制粉工艺：将待雾化的原材料装入真空气雾化制粉装置的真空电磁感‑5应熔炼炉内。然后进行抽真空操作，当设备真空度低于1.0×10 Pa时，关闭抽真空装置，充入高纯氩气，高压氩气流的压强为7MPa。设定温度为1850℃，开始金属熔炼，使金属原材料均匀熔化。调节雾化压力，高压氩气流的压强为7MPa，并打开雾化阀和喷铸阀，使金属液与氩气流同时喷出，金属液滴在惰性气体环境中经快速冷却而成形球形颗粒，冷却后，将球形颗粒粉末在惰性气体氛围进行分类收集、筛分、真空包装，最后获得四元铝基非晶纳米晶粉末球形粉末，其粉末粒径为5‑75μm，平均粒径为20μm，收得率为55％，球形度95%，氧含量
66ppm。

[0044] 实施例2

[0045] 按照以下成分进行配料：Al，85at.%；Ni，8at.%；Zr，4at.%；Si，3at.%。

[0046] 原材料处理：使用工业料（纯度≥99％）进行配料，配料前先将原材料进行表面预处理，然后用酒精超声波进行清洗，30 40s的超声清洗，重复清洗1‑3次，然后将清洗后的原~材料在真空干燥箱内进行烘干，温度为80℃，防止氧化。

[0047] 真空气雾化制粉工艺：将待雾化的原材料装入真空气雾化制粉装置的真空电磁感‑5应熔炼炉内。然后进行抽真空操作，当设备真空度低于1.0×10 Pa时，关闭抽真空装置，充入高纯氩气，高压氩气流的压强为6MPa。设定温度为2000℃，开始金属熔炼，使金属原材料均匀熔化。调节雾化压力，高压氩气流的压强为6MPa，并打开雾化阀和喷铸阀，使金属液与氩气流同时喷出，金属液滴在惰性气体环境中经快速冷却而成形球形颗粒，冷却后，将球形颗粒粉末在惰性气体氛围进行分类收集、筛分、真空包装，最后获得四元铝基非晶纳米晶粉末球形粉末，其粉末粒径为5‑80μm，平均粒径为22μm，收得率为40％，球形度91%，氧含量
73ppm。

[0048] 实施例3

[0049] 按照以下成分进行配料：Al，80at.%；Ni，10at.%；Zr，4at.%；Si，6at.%。

[0050] 原材料处理：使用工业料（纯度≥99％）进行配料，配料前先将原材料进行表面预处理，然后用酒精超声波进行清洗，30 40s的超声清洗，重复清洗1‑3次，然后将清洗后的原~材料在真空干燥箱内进行烘干，温度为80℃，防止氧化。

[0051] 真空气雾化制粉工艺：将待雾化的原材料装入真空气雾化制粉装置的真空电磁感‑5应熔炼炉内。然后进行抽真空操作，当设备真空度低于1.0×10 Pa时，关闭抽真空装置，充入高纯氩气，高压氩气流的压强为8MPa。设定温度为1700℃，开始金属熔炼，使金属原材料均匀熔化。调节雾化压力，高压氩气流的压强为8MPa，并打开雾化阀和喷铸阀，使金属液与氩气流同时喷出，金属液滴在惰性气体环境中经快速冷却而成形球形颗粒，冷却后，将球形颗粒粉末在惰性气体氛围进行分类收集、筛分、真空包装，最后获得四元铝基非晶纳米晶粉末球形粉末，其粉末粒径为8‑72μm，平均粒径为27μm，收得率为46％，球形度92%，氧含量
80ppm。

[0052] 对比例1

[0053] 与实施例1采用相同的方法，区别之处在于，按照以下成分进行配料：Al，87at.%；Ni，7at.%；Zr，5at.%；Si，1at.%。

[0054] 对各实施例中制得的粉末的进行相关性能测试，并将数据汇总于表1。

[0055] 表1 各实施例中制得的四元铝非晶纳米晶粉末的非晶含量数据。

[0056]

[0057] 结合表1及图1‑12，可以看出，本发明通过真空气雾化法制备的粉末球形度高，为非晶纳米晶结构，可作为原材料用于激光熔覆、热喷涂等行业。

[0058] 综上所述，本发明所述的四元铝非晶纳米晶粉末及其制备方法，只需采用真空气雾化法可直接制备出球形度较高的非晶纳米晶粉末，可应用于激光熔覆、热喷涂等表面防护领域。

[0059] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。