專利名稱：改善塊體非晶合金力學(xué)性能的高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非晶態(tài)金屬材料領(lǐng)域。特別涉及塊體非晶合金力學(xué)性能和改善力學(xué)性能的方法，是一種能改善非晶合金材料力學(xué)性能的新方法。
背景技術(shù)：
塊體非晶合金(又稱為大塊非晶合金或塊體金屬玻璃)是最近10余年開發(fā)出的具有很多特殊優(yōu)異性能的新型合金材料，該合金材料不同于非晶薄帶、薄膜、微粉等等傳統(tǒng)低維非晶合金材料，具有約1mm以上的宏觀幾何尺寸。由于塊體非晶合金具有遠(yuǎn)優(yōu)于同成分晶態(tài)合金的強(qiáng)度、耐蝕性和其它功能性能，使塊體非晶合金具有顯著的應(yīng)用前景。
塊體非晶合金盡管具有很高的強(qiáng)度，但延性很差，已知的塊體非晶合金中絕大多數(shù)的塑性變形量均小于約2％，使該類材料的應(yīng)用收到限制。因此探索改善塊體非晶合金對(duì)延性具有重要意義。若能開發(fā)出既能改善非晶合金力學(xué)性能、又保留非晶合金特性的性能改善方法，將會(huì)非常有意義。目前尚未見到利用高強(qiáng)脈沖電流處理塊體非晶合金來改善非晶合金力學(xué)性能的公開報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出采用高強(qiáng)脈沖電流處理塊體非晶態(tài)合金以改善塊體非晶合金材料力學(xué)性能的新方法。其特征在于采用高強(qiáng)脈沖電流處理塊體非晶合金，在合適的技術(shù)參數(shù)條件下，能使處理后的塊體非晶合金的力學(xué)性能顯著改善。因此，本方法能提高塊體非晶合金的力學(xué)性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，提升應(yīng)用前景。
該方法的技術(shù)參數(shù)與處理工藝為1)采用直流脈沖電源，提供大于103A峰值脈沖電流；2)針對(duì)塊體非晶合金的特征，選擇電流密度范圍j＝50～4000A/mm2；3)電流脈沖寬度范圍μ＝10～200μs；4)電流脈沖頻率范圍f＝1～500Hz；。
5)技術(shù)參數(shù)組合及處理時(shí)間以保證既不發(fā)生非晶晶化、又能改善力學(xué)性能為目標(biāo)，處理時(shí)間范圍2秒～10小時(shí)；所述第5)步所述的技術(shù)參數(shù)組合以保證既不發(fā)生非晶晶化、又能改善力學(xué)性能的控制方法是控制樣品溫度，即檢測(cè)樣品在脈沖電流處理過程中的溫度，綜合脈沖電流技術(shù)參數(shù)使被處理塊體非晶樣品的溫度不得高于其非晶轉(zhuǎn)變溫度(Tg)減50度(即T＜Tg-50(℃))。適宜樣品溫度范圍為60＜T＜Tg-50(℃)。
所述第5)步所述的脈沖電流技術(shù)參數(shù)組合仍無法滿足溫度控制要求時(shí)，可采用下述強(qiáng)制冷卻方法冷卻樣品，達(dá)到控溫要求(1)采用電風(fēng)扇等強(qiáng)制空氣流動(dòng)方法冷卻樣品；(2)采用油等有機(jī)液體強(qiáng)制冷卻；(3)采用冷卻水冷卻。
本發(fā)明的有益效果是采用高強(qiáng)脈沖電流處理塊體非晶、得到發(fā)生顯著結(jié)構(gòu)弛豫、力學(xué)性能顯著改善的塊體非晶合金。
具體實(shí)施方法本發(fā)明的理論基礎(chǔ)原理是利用電流和金屬原子的交互作用，促進(jìn)原子擴(kuò)散遷移，促進(jìn)非晶合金結(jié)構(gòu)弛豫，使非晶合金的力學(xué)性能得到改善。具體方式是采用高強(qiáng)脈沖電源，將電源的輸出端與待處理的塊體非晶合金樣品相連接，然后進(jìn)行處理。
該方法的技術(shù)參數(shù)和處理工藝為1)采用直流脈沖電源，提供大于103A峰值脈沖電流；2)針對(duì)塊體非晶合金的特征，選擇電流密度范圍j＝50～4000A/mm2；3)電流脈沖寬度范圍μ＝10～200μs；4)電流脈沖頻率范圍f＝1～500Hz。
5)處理時(shí)間范圍2秒～10小時(shí)；在處理過程中，為了保證樣品既不發(fā)生非晶晶化、又能改善力學(xué)性能，可以通過控制樣品溫度來實(shí)現(xiàn)，使被處理塊體非晶樣品的溫度不得高于其非晶轉(zhuǎn)變溫度(Tg)減50度(即T＜Tg-50(℃))。適宜樣品溫度范圍為20℃＜T＜Tg-50(℃)。
溫度的控制方法可采用下述強(qiáng)制冷卻方法冷卻樣品，達(dá)到控溫要求(1)采用電風(fēng)扇等強(qiáng)制空氣流動(dòng)方法冷卻樣品；(2)采用油等有機(jī)液體強(qiáng)制冷卻；(3)采用冷卻水冷卻。
下面例舉具體實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步說明。
實(shí)施實(shí)例一.ZrTiCuNiBe非晶合金(1)利用高強(qiáng)脈沖電流對(duì)Zr41.3Ti14.2Cu12.8Ni10.3Be21.4塊體非晶合金進(jìn)行處理，使該塊體非晶合金的力學(xué)性能顯著改善，強(qiáng)度值增加幅度最高達(dá)20％以上，壓縮延性最大增幅近100％。所用技術(shù)與工藝參數(shù)為1)電流密度j＝700±100A/mm22)電流脈沖寬度μ＝30～60μs3)電流脈沖頻率f＝40～70Hz4)處理時(shí)間8±3分鐘5)溫度控制在120度～250度之間。
在上述處理中，在1)、2)、4)條件相同時(shí)，在3)中采用f＝40Hz時(shí)，強(qiáng)度值增加幅度達(dá)10％以上，壓縮延性最大增幅近20％；采用f＝50Hz時(shí)，強(qiáng)度值增加幅度最高達(dá)20％以上，壓縮延性最大增幅近100％；采用f＝70Hz時(shí)，強(qiáng)度值增加幅度達(dá)15％以上，壓縮延性最大增幅近20％。
(2)利用高強(qiáng)脈沖電流對(duì)Zr41.3Ti14.2Cu12.8Ni10.3Be2.14塊體非晶合金進(jìn)行處理，使該塊體非晶合金的力學(xué)性能顯著改善，硬度值增加幅度約為10-18％。所用技術(shù)與工藝參數(shù)為1)電流密度j＝2100A/mm22)電流脈沖寬度μ＝20～40μs3)電流脈沖頻率f＝8Hz4)處理時(shí)間5±1分鐘。
5)溫度控制在120度～250度之間6)保持良好通風(fēng)條件。
(3)利用高強(qiáng)脈沖電流對(duì)Zr41.3Ti14.2Cu12.8Ni10.3Be21.4塊體非晶合金進(jìn)行處理，使該塊體非晶合金的力學(xué)性能顯著改善，硬度值增加幅度約為10-20％。所用技術(shù)與工藝參數(shù)為1)電流密度j＝3500A/mm22)電流脈沖寬度μ＝20～40μs3)電流脈沖頻率f＝4Hz4)處理時(shí)間5±1分鐘5)溫度控制在120度～270度之間6)油介質(zhì)冷卻。
(4)利用高強(qiáng)脈沖電流對(duì)Zr41.3Ti14.2Cu12.8Ni10.3Be21.4塊體非晶合金進(jìn)行處理，使該塊體非晶合金的力學(xué)性能顯著改善，硬度值增加幅度約為15％。所用技術(shù)與工藝參數(shù)為1)電流密度j＝3300A/mm22)電流脈沖寬度μ＝20～40μs3)電流脈沖頻率f＝40Hz4)處理時(shí)間40分鐘。
5)溫度控制在60～150度之間6)水介質(zhì)冷卻。
二.ZrTiCuNiAl非晶合金利用高強(qiáng)脈沖電流對(duì)塊體Zr52.5Cu17.5Ni14.6Al10Ti5非晶合金進(jìn)行處理，使該非晶合金的力學(xué)性能顯著改善，使顯微硬度增加約～10％以上。所用技術(shù)與工藝參數(shù)為1)電流密度j＝850±100A/mm22)電流脈沖寬度μ＝50～80μs3)電流脈沖頻率f＝30Hz4)處理時(shí)間60分5)溫度控制在120度～270度之間。
三CuZrTi非晶合金利用高強(qiáng)脈沖電流對(duì)塊體Cu60Zr28Ti12非晶合金進(jìn)行處理，使該非晶合金的力學(xué)性能顯著改善，使顯微硬度增加幅度最高達(dá)20％以上。所用技術(shù)與工藝參數(shù)為1)電流密度j＝400±100A/mm22)電流脈沖寬度μ＝60～80μs3)電流脈沖頻率f＝120Hz4)處理時(shí)間約50分5)溫度控制在80度～250度之間。
四Fe基非晶合金利用高強(qiáng)脈沖電流對(duì)Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金進(jìn)行處理(注將薄帶進(jìn)行多組疊層)，使該非晶合金的力學(xué)性能顯著改善，使顯微硬度增加幅度最高達(dá)15％以上。所用技術(shù)與工藝參數(shù)為1)電流密度j＝1700±50A/mm22)電流脈沖寬度μ＝20～60μs3)電流脈沖頻率f＝20Hz4)處理時(shí)間約300分5)溫度控制在60度～170度之間5)水介質(zhì)冷卻。
權(quán)利要求
1.改善塊體非晶合金力學(xué)性能的高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理方法，其特征在于，采用高強(qiáng)脈沖電流處理塊體非晶合金，將電源的輸出端與待處理的塊體非晶合金樣品相連接，按照下述參數(shù)進(jìn)行處理1)針對(duì)塊體非晶合金的特征，選擇電流密度范圍j＝50～4000A/mm2；2)電流脈沖寬度范圍μ＝10～200μs；3)電流脈沖頻率范圍f＝1～500Hz；4)處理時(shí)間范圍2秒～10小時(shí)；5)在處理過程中，控制樣品溫度在下述范圍內(nèi)T＜Tg-50℃，其中Tg是樣品的非晶轉(zhuǎn)變溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的改善塊體非晶合金力學(xué)性能的高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理方法，其特征在于，所述第5)的樣品溫度控制在20℃＜T＜Tg-50℃。
3.如權(quán)利要求1所述的改善塊體非晶合金力學(xué)性能的高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理方法，其特征在于，當(dāng)處理ZrTiCuNiBe非晶合金時(shí)，參數(shù)選擇如下1)電流密度j＝400～3500A/mm22)電流脈沖寬度μ＝20～60μs3)電流脈沖頻率f＝4～100Hz4)處理時(shí)間1～40分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的改善塊體非晶合金力學(xué)性能的高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理方法，其特征在于，當(dāng)處理的是ZrTiCuNiAl非晶合金非晶合金時(shí)，參數(shù)選擇如下1)電流密度j＝400～1000A/mm22)電流脈沖寬度μ＝50～80μs3)電流脈沖頻率f＝3～30Hz4)處理時(shí)間10～60分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述的改善塊體非晶合金力學(xué)性能的高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理方法，其特征在于，當(dāng)處理的是CuZrTi非晶合金時(shí)，參數(shù)選擇如下1)電流密度j＝300～600A/mm22)電流脈沖寬度μ＝60～80μs3)電流脈沖頻率f＝80～120Hz4)處理時(shí)間30～60分。
6.如權(quán)利要求1所述的改善塊體非晶合金力學(xué)性能的高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理方法，其特征在于，當(dāng)處理的是Fe基非晶合金時(shí)或Fe基非晶薄帶多組疊層樣品時(shí)，參數(shù)選擇如下1)電流密度j＝500～3000A/mm22)電流脈沖寬度μ＝20～80μs3)電流脈沖頻率f＝5～100Hz4)處理時(shí)間5～36000秒。
全文摘要
改善塊體非晶合金力學(xué)性能的高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理方法屬于非晶態(tài)金屬材料領(lǐng)域。特別涉及塊體非晶合金力學(xué)性能和改善力學(xué)性能的方法，是一種能改善非晶合金材料力學(xué)性能的新方法。其特征在于，是采用高強(qiáng)脈沖電流處理塊體非晶合金，將電源的輸出端與待處理的塊體非晶合金樣品相連接，選擇電流密度范圍j＝50～4000A/mm
文檔編號(hào)C22C45/00GK1814851SQ20061001141
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者姚可夫 申請(qǐng)人:清華大學(xué)