[發(fā)明專利]一種通過控制凝固條件改善塊狀非晶合金塑性的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710012162.7
• 申請日: 2007-07-18
• 公開（公告）號: CN101347830A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 張海峰;朱正旺;李宏;王愛民;胡壯麒
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22D27/20
• 分類號: B22D27/20
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發(fā)明涉及塊狀非晶合金制備的技術，具體為一種通過控制凝固條件改善塊狀非晶合金的塑性的方法。

背景技術

1960年美國Duwez教授等人采用熔體急冷法首先制得Au-Si系非晶態(tài)合金，四十余年來，以Fe系、Ni系、Co系為代表的各類非晶態(tài)軟磁合金因其在許多方面具有比常規(guī)商用晶態(tài)合金更優(yōu)異的磁性能，已在電力、電子、信息等技術中應用。但這類傳統(tǒng)的非晶合金的非晶狀態(tài)需要超過10⁶K/s的極高的臨界冷卻速度才能形成，成品多為薄膜、條帶、細絲或粉末等低維形狀，其厚度或直徑一般都不超過50μm，這就大大限制了它們在實際工程中的應用范圍。1988年以來，以日本Inoue教授和美國Johnson教授為代表的研究組率先研制出三維尺寸都達1mm量級的La系、Mg系、Zr系、Pd系、Ti系、Fe系、Cu系等塊體非晶合金。多組元的塊體非晶合金具有極強的非晶(玻璃)形成能力(GFA)，其臨界冷速比傳統(tǒng)非晶合金低很多，一般都不超過10³K/s量級。

由于其結構的特殊性，塊體非晶合金與相同成份的晶態(tài)合金相比，具有較低的彈性模量、極高的彈性極限(2.0％)、高的屈服強度、高的斷裂韌性及優(yōu)良的耐蝕性能等諸多優(yōu)點，使其作為結構材料使用具有極大的前景。但是，塊狀非晶合金通常以剪切形式破壞，沒有宏觀塑性，限制了其作為結構材料的實際應用。

此外，同時發(fā)現(xiàn)該材料尺寸不同其性能不同，相同成分不同制備工藝制備的非晶性能有差異，不同人制備的相同合金成分的非晶其性能也有差異，同一個試樣不同地方材料的性能有差異。這種性能不穩(wěn)定也是材料應用的一大阻力。

近年來，人們在發(fā)現(xiàn)塑性塊狀金屬玻璃上作了大量工作，目前已在Zr、Cu、Ti基合金上發(fā)現(xiàn)具有明顯的宏觀壓縮塑性的塊狀非晶合金或其復合材料。所用方法或手段仍存在爭議或不具有普遍性。因此，發(fā)展一種具有一定普適性的改善塊狀非晶合金塑性的方法具有重要意義和使用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種通過控制凝固條件改善塊狀非晶合金塑性的方法，該方法工藝成本低且簡便易行，可以明顯改善塊狀非晶合金的塑性性能。

本發(fā)明的技術方案是：

一種通過控制凝固條件改善塊狀非晶合金塑性的方法，采用銅模澆鑄來制備塊狀非晶合金樣品，通過控制凝固條件在塊狀非晶合金基體上析出均勻、彌散分布的納米晶，其中納米晶的尺度為1～15nm，體積分數(shù)為1～15％，從而在承受載荷過程中，誘發(fā)多重剪切帶的形成，改善塊狀非晶合金的塑性。其具體工藝參數(shù)如下：真空度10^-2～10^-4Pa，澆鑄溫度在合金的液相線溫度至液相線溫度加500K(優(yōu)選為液相線溫度以上100-300K)，冷卻速度10～10²K/s。

所制備的塊狀非晶合金力學性能指標如下：

壓縮塑性應變ε_p＝2％～40％。

本發(fā)明能夠形成塊狀非晶的金屬熔體具有強烈的形成局域有序結構的傾向，且這種局域有序結構會隨著溫度的升高而逐漸消失。根據(jù)非經(jīng)典形核理論，在凝固過程中，這些局域有序結構可以遺留或充當異質(zhì)形核的核心而長大。本方法通過控制澆鑄溫度，從而使非晶樣品具有一種非晶基體上均勻、彌散分布著尺度在1～15nm范圍的納米晶的微觀結構。這種微觀結構易誘發(fā)多重剪切帶的形成而使樣品具有室溫下的宏觀塑性。

本發(fā)明提供的改善塊狀非晶合金塑性的方法基理是：通過控制澆鑄溫度，使非晶樣品具有一種非晶基體上均勻、彌散分布著尺度在1～15nm范圍的納米晶的微觀結構。析出的納米晶與周圍的基體具有良好的結合，在外加載荷的作用時，能夠良好的傳導應力，但是由于兩者在彈性性能上的差異，比較容易產(chǎn)生應力集中，從而萌生大量的剪切帶。在剪切帶的擴展過程中，剪切帶與剪切帶間、剪切帶與析出的納米晶間的相互作用使其擴展方向發(fā)生偏折、分叉或萌生大量的二次、三次剪切帶，從而將應變分散到整個樣品上，使樣品的塑性得到明顯的改善。

本發(fā)明具有的優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用了通過控制澆鑄溫度的銅模鑄造工藝，成本低且簡便易行。

2、本發(fā)明能適用大多數(shù)塊狀非晶合金體系，如Cu、Zr、Ti基等，通過本方法使樣品獲得一種非晶基體上均勻、彌散分布著尺度在1～15nm范圍的納米晶的微觀結構，從而改善塊狀非晶合金的塑性，進一步促進了塊狀非晶合金的應用。

附圖說明

圖1a-b為不同澆注溫度下獲得的樣品的X-射線譜(圖1a)和DSC曲線(圖1b)。

圖2a-d為不同澆注溫度下獲得的樣品的高分辨照片。