[发明专利]一种块体非晶合金的连续加热相变曲线的获取方法

说明书

本发明属于块体非晶材料连接相关技术领域，其公开了一种块体非晶合金的连续加热相变曲线的获取方法，该方法包括以下步骤：(1)采用激光点热源加热块体非晶合金以获取一系列不同加热时间的试样，并获得所述试样的晶化与非晶化的临界点，如此获得多个临界点；(2)采用金相分析来获得所述临界点与对应的所述激光点热源的距离，进而模拟出所述临界点的热循环曲线；(3)采用DSC实验来获得所述块体非晶合金的部分连续加热相变曲线，进一步与多个所述热循环曲线与连续加热相变曲线的切点进行拟合，以得到所述块体非晶合金的连续加热相变曲线。本发明能够准确地获取块体非晶合金的连续加热相变曲线，保证了焊接接头的非晶状态，实用性较强。

技术领域

本发明属于块体非晶材料连接相关技术领域，更具体地，涉及一种块体非晶合金的连续加热相变曲线的获取方法。

背景技术

非晶合金一经出现，便以其优异的性能吸引了许多材料应用工作者的注意。然而，有限的尺寸、难以加工以及可焊性差却使非晶合金始终停留在“有极大应用潜力或者前景”的概念上。尽管块体非晶合金有相对较宽的过冷液相区和强的非晶形成能力，很好地解决了前两个问题，使得块体非晶合金在电子产品和体育运动器材等方面获得了成功应用，但非晶合金的连接迄今为止仍是世界性难题。

非晶合金焊接时极易发生晶化：一方面，非晶合金在热力学上是亚稳态，在热作用下易转变成结构更加稳定的晶体，而传统的焊接方法不能提供足够快的加热和冷却速度，导致焊接接头的晶化；另一方面，非晶合金在快速加热和冷却的焊接条件下，如激光焊接时，焊接接头晶化的机制和规律尚不清楚，也未得到避免焊接接头晶化的理论条件及机制，无法在工艺上进行有效地指导，而只能靠经验或者多次工艺试验的摸索。块体非晶合金的晶化导致焊接接头脆化、丧失块体非晶合金的优异性能，这极大地限制了非晶合金作为结构材料在工程上的应用。

成功实现块体非晶合金的连接，必须使焊缝金属和热影响区均保持非晶状态。焊缝金属经历熔化和凝固过程，是否保护非晶态主要受非晶合金形成能力的影响。焊接热影响区各部位经历不同加热速度的热循环，为了避免晶化，必须得出熔化连接条件下的块体非晶合金的连续加热相变曲线(Continuous heating translation，CHT)，以保证焊接热影响区各部位焊接热循环曲线不与连续加热相变曲线相交。

由于焊缝金属与热影响区晶化的条件不相同，块体非晶激光焊接必须同时满足焊缝金属和热影响区避免晶化的条件。目前已有研究表明，块体非晶合金加热过程中保持非晶特性所需的临界加热速率远大于液态合金冷却过程中保持非晶特性所需的临界冷却速率。这表明同样的材料在同一焊接工艺条件下，焊缝金属比热影响区更易保持非晶状态。但是，块体非晶合金激光焊接时，液态熔池内温度梯度较大，在熔池边缘的冷却速度最大。如果与熔池毗邻的热影响区发生了晶化，则该处晶化形成的晶粒会成为熔池边缘结晶的现成质点，易造成焊接熔池边缘的结晶，并在熔池内沿温度梯度最大的方向生长，从而可能诱发焊缝金属边缘的晶化，也就是说，焊接热影响区的晶化有可能会诱发焊缝金属边缘的晶化。

因此，避免焊接热影响区的晶化是成功实现块体非晶合金激光焊接的关键问题。解决这一关键问题的前提是得到块体非晶合金在激光加热条件下的连续加热曲线。由非晶材料在快速加热条件下连续加热曲线与热影响区各个部位的热循环曲线之间的关系，即可判定焊接接头是否保持非晶状态。

目前，非晶合金热特性研究的主要手段是采用DSC热差分析方法进行，DSC的最大加热速率为500K/min，然而，大多数非晶合金加热过程保持非晶特性所需的临界加热速率大于该数值。因此，如何获得快速加热条件下非晶材料连续加热相变曲线仍是亟待解决的技术问题。相应地，本领域存在着发展一种能够获得非晶材料在连续加热条件下的连续加热相变曲线的方法的技术需求。

发明内容