[发明专利]一种大尺寸回春的非晶合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种大尺寸回春的非晶合金及其制备方法。采用尺寸梯度变化的样品，通过饱载处理，使得梯度样品的中间区域发生大尺寸范围(接近非晶形成能力的临界尺寸)且剧烈回春(弛豫焓可达3.231kJ/mol)。相比于铸态非晶合金，本发明得到的回春样品的室温压缩塑性得到极大提升，为解决非晶合金脆性问题提供了新思路，使得非晶合金具有实际的工程应用前景。

技术领域

本发明属于改善非晶合金结构和性能技术领域，具体涉及一种大尺寸回春的非晶合金及其制备方法。

背景技术

非晶合金是合金熔体在快速冷却过程中形成的一种短程有序、长程无序的固体物质，自被发现以来凭借其独特结构和优异性能成为凝聚态物理与材料科学领域的前沿热点。相比于传统晶态材料，非晶合金具有高强度、高弹性应变(约2％)、低热膨胀系数、优异的软磁性能和热塑性成型能力、在酸、碱和盐中具有优异的耐腐蚀性能等特性，使其在机械、电子、船舶、航天航空和军事领域具有广阔的应用前景。

晶态材料中含有位错、孪生、晶界等结构缺陷，其萌生和滑动是传统金属材料发生塑性变形的核心机制，但这也使晶态材料在较低的应力下就发生屈服。非晶合金内部不含晶界、位错等缺陷，表现出远超于传统晶态合金的高强度、高弹性极限、高断裂韧性以及优异的耐磨性。但非晶合金在室温下的塑性变形过程中，极易形成局域化纳米尺度的剪切带，剪切带不稳定快速扩展往往导致材料发生宏观脆性破坏，并伴随十分有限的塑性或延性。更为严重的是，亚稳态的非晶合金具有自发的物理老化趋势，即从高能量无序态向低能量有序态的弛豫转变。这一动力学过程将进一步削弱非晶合金在服役过程中的塑性变形能力，甚至使其发生韧脆转变而丧失塑性。剪切带和物理老化诱导的脆性问题严重制约了非晶合金其它优异性能的发挥，在很大程度上限制了非晶合金的应用。

近年来，国内外学者通过高低温热循环、恢复退火、辐照处理、弹性预加载、热力学蠕变以及冷轧、高压扭转、高压退火等均匀和非均匀变型等手段，将外部能量输入非晶合金体系，使其结构发生“回春”而达到更加无序的高能量状态。研究表明，这一反物理老化过程能够有效延迟甚至抑制剪切带的形成，从而使回春的非晶合金的塑性变形能力显著提高，为非晶合金的实际应用打下了坚实的基础。总结来看，现有技术中，关于非晶合金的回春方法可以归结为两类：机械激活回春以及热激活回春。机械激活回春法可以在样品内实现大尺寸的回春，但是回春程度很低(回春程度可用弛豫焓ΔH的大小来表征)，一般的ΔH1.6kJ/mol；热激活法的回春程度较高，但是该方法对应的回春尺寸却很小(仅约50微米)。总体来看，这两种回春方法对非晶合金的塑性提升都很有限(不足8％)。综上，国内外现有的非晶合金回春的方法都无法摆脱体积-回春程度这一相互制约关系。也就是说，剧烈回春只能局限于小体积(数十微米)，而大尺寸回春对应的回春程度又很低。因此，亟需一种既可以实现非晶合金的大尺寸，又可以实现剧烈回春的方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种大尺寸回春的非晶合金及其制备方法。通过提高非晶合金的能量状态，从而解决非晶合金室温脆性的问题。

在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“回春”是指：非晶合金由低能量状态向高能量状态转变的过程。

术语“尺寸梯度”是指：样品截面尺寸随着高度发生梯度变化。

术语“σ_y”是指：非晶合金的屈服强度。

术语“σ_UCS”是指：非晶合金的最大压缩强度。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种回春的非晶合金，所述回春的非晶合金的截面直径或边长为1～15mm，优选为2～12mm，更优选为4～10mm，且所述回春的非晶合金的塑性应变≥5％，更优选≥10％，进一步优选≥15％，更进一步优选≥17％。