[發(fā)明專利]一種大尺寸回春的非晶合金及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310568979.1
• 申請(qǐng)日: 2023-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN116590631A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁福森;王超;李福成;楊福;李明星;柳延輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類號(hào): C22C45/00
• 分類號(hào): C22C45/00;C22C45/10;C21D7/10;C22F1/00;C22F1/18;C22C1/11
• 代理公司: 北京市英智偉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮

本發(fā)明提供了一種大尺寸回春的非晶合金及其制備方法。采用尺寸梯度變化的樣品，通過飽載處理，使得梯度樣品的中間區(qū)域發(fā)生大尺寸范圍(接近非晶形成能力的臨界尺寸)且劇烈回春(弛豫焓可達(dá)3.231kJ/mol)。相比于鑄態(tài)非晶合金，本發(fā)明得到的回春樣品的室溫壓縮塑性得到極大提升，為解決非晶合金脆性問題提供了新思路，使得非晶合金具有實(shí)際的工程應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于改善非晶合金結(jié)構(gòu)和性能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大尺寸回春的非晶合金及其制備方法。

背景技術(shù)

非晶合金是合金熔體在快速冷卻過程中形成的一種短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序的固體物質(zhì)，自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)憑借其獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能成為凝聚態(tài)物理與材料科學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。相比于傳統(tǒng)晶態(tài)材料，非晶合金具有高強(qiáng)度、高彈性應(yīng)變(約2％)、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的軟磁性能和熱塑性成型能力、在酸、堿和鹽中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能等特性，使其在機(jī)械、電子、船舶、航天航空和軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

晶態(tài)材料中含有位錯(cuò)、孿生、晶界等結(jié)構(gòu)缺陷，其萌生和滑動(dòng)是傳統(tǒng)金屬材料發(fā)生塑性變形的核心機(jī)制，但這也使晶態(tài)材料在較低的應(yīng)力下就發(fā)生屈服。非晶合金內(nèi)部不含晶界、位錯(cuò)等缺陷，表現(xiàn)出遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)晶態(tài)合金的高強(qiáng)度、高彈性極限、高斷裂韌性以及優(yōu)異的耐磨性。但非晶合金在室溫下的塑性變形過程中，極易形成局域化納米尺度的剪切帶，剪切帶不穩(wěn)定快速擴(kuò)展往往導(dǎo)致材料發(fā)生宏觀脆性破壞，并伴隨十分有限的塑性或延性。更為嚴(yán)重的是，亞穩(wěn)態(tài)的非晶合金具有自發(fā)的物理老化趨勢(shì)，即從高能量無(wú)序態(tài)向低能量有序態(tài)的弛豫轉(zhuǎn)變。這一動(dòng)力學(xué)過程將進(jìn)一步削弱非晶合金在服役過程中的塑性變形能力，甚至使其發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變而喪失塑性。剪切帶和物理老化誘導(dǎo)的脆性問題嚴(yán)重制約了非晶合金其它優(yōu)異性能的發(fā)揮，在很大程度上限制了非晶合金的應(yīng)用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過高低溫?zé)嵫h(huán)、恢復(fù)退火、輻照處理、彈性預(yù)加載、熱力學(xué)蠕變以及冷軋、高壓扭轉(zhuǎn)、高壓退火等均勻和非均勻變型等手段，將外部能量輸入非晶合金體系，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生“回春”而達(dá)到更加無(wú)序的高能量狀態(tài)。研究表明，這一反物理老化過程能夠有效延遲甚至抑制剪切帶的形成，從而使回春的非晶合金的塑性變形能力顯著提高，為非晶合金的實(shí)際應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？偨Y(jié)來(lái)看，現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于非晶合金的回春方法可以歸結(jié)為兩類：機(jī)械激活回春以及熱激活回春。機(jī)械激活回春法可以在樣品內(nèi)實(shí)現(xiàn)大尺寸的回春，但是回春程度很低(回春程度可用弛豫焓ΔH的大小來(lái)表征)，一般的ΔH1.6kJ/mol；熱激活法的回春程度較高，但是該方法對(duì)應(yīng)的回春尺寸卻很小(僅約50微米)?？傮w來(lái)看，這兩種回春方法對(duì)非晶合金的塑性提升都很有限(不足8％)。綜上，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的非晶合金回春的方法都無(wú)法擺脫體積-回春程度這一相互制約關(guān)系。也就是說(shuō)，劇烈回春只能局限于小體積(數(shù)十微米)，而大尺寸回春對(duì)應(yīng)的回春程度又很低。因此，亟需一種既可以實(shí)現(xiàn)非晶合金的大尺寸，又可以實(shí)現(xiàn)劇烈回春的方法。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種大尺寸回春的非晶合金及其制備方法。通過提高非晶合金的能量狀態(tài)，從而解決非晶合金室溫脆性的問題。

在闡述本發(fā)明內(nèi)容之前，定義本文中所使用的術(shù)語(yǔ)如下：

術(shù)語(yǔ)“回春”是指：非晶合金由低能量狀態(tài)向高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。

術(shù)語(yǔ)“尺寸梯度”是指：樣品截面尺寸隨著高度發(fā)生梯度變化。

術(shù)語(yǔ)“σ_y”是指：非晶合金的屈服強(qiáng)度。

術(shù)語(yǔ)“σ_UCS”是指：非晶合金的最大壓縮強(qiáng)度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種回春的非晶合金，所述回春的非晶合金的截面直徑或邊長(zhǎng)為1～15mm，優(yōu)選為2～12mm，更優(yōu)選為4～10mm，且所述回春的非晶合金的塑性應(yīng)變≥5％，更優(yōu)選≥10％，進(jìn)一步優(yōu)選≥15％，更進(jìn)一步優(yōu)選≥17％。