一種提高非晶合金室溫塑性的方法
【專利摘要】一種提高非晶合金室溫塑性的方法，屬于材料技術(shù)研究領(lǐng)域，具體涉及一種針對非晶雖然強(qiáng)度高但塑性非常低的特點(diǎn)，通過給非晶表面鍍一層金屬鎳，來改善和提高非晶塑性的方法。其特征在于是通過電鍍的方法，使已經(jīng)成型的塊體金屬玻璃結(jié)構(gòu)件的塑性提高，其基本過程為：第一步，用高真空非自耗電弧熔煉爐制作需要的實(shí)非晶驗(yàn)式樣；第二步，對式樣進(jìn)行鍍前處理；第三步，通過電鍍，給非晶試樣的表面鍍一層晶體金屬。通過本發(fā)明制造的非晶復(fù)合材料，塑性明顯提高，而且非晶仍然保持原有的玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種提高非晶合金室溫塑性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種提高非晶合金室溫塑性的方法，屬于材料技術(shù)研究領(lǐng)域，具體涉及一種針對非晶雖然強(qiáng)度高但塑性非常低的特點(diǎn)，通過給非晶表面鍍一層金屬鎳，來改善和提高非晶塑性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]塊體非晶合金由于其較高的彈性極限、較大的拉伸和壓縮強(qiáng)度以及較強(qiáng)的抗腐蝕能力等諸多特性引起了眾多材料科學(xué)工作者的關(guān)注。然而，絕大多數(shù)塊體非晶合金在室溫下承載時(shí)，表現(xiàn)出脆性斷裂，這是由于其在變形過程中形成了高度局域化的剪切帶所造成的，當(dāng)進(jìn)一步變形時(shí)這些剪切帶軟化，最終在軟化的剪切面上發(fā)生斷裂，限制了非晶的工程應(yīng)用。對于這一問題的解決，目前國際上主要采用在塊體金屬玻璃基體上引入第二相的方法，形成塊體金屬玻璃復(fù)合材料，使塊體金屬玻璃的塑性較之前的純非晶塊體金屬玻璃有大幅度提高，主要的兩種技術(shù)方法為內(nèi)生法和外加法。陳光等發(fā)明了一種大塊金屬玻璃復(fù)合材料中樹枝晶球化的方法(專利號:CN100494437C)，通過低壓鑄造/水冷銅模急冷成型系統(tǒng)制備出塑性樹枝晶/大塊金屬玻璃復(fù)合材料板狀試樣，再將塑性樹枝晶/大塊金屬玻璃符合材料板狀試樣等溫處理，然后水淬，制備出一種內(nèi)生塑性球晶相塊體金屬玻璃復(fù)合材料，可以顯著提高塊體金屬玻璃的宏觀塑性。Jonhson等在塊體金屬玻璃基體中通過外加連續(xù)纖維增強(qiáng)相，采用滲流鑄造法制備出連續(xù)纖維鋯基塊體金屬玻璃復(fù)合材料，壓縮塑性顯著改善[R.D.Conner, R.B.Bandliker, ff.L.Johnson.Acta.Mater.46.6089 (1998)]。上述提到的兩種提高塑性的方法都是通過改變了塊體金屬玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和改變材料的固有性能來提高塑性，但很難解決單塊非晶和已經(jīng)成型的塊體金屬玻璃結(jié)構(gòu)件的塑性提高的問題，因此一種新的提高金屬玻璃的塑性方法的研究和開發(fā)已經(jīng)勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明一種提高非晶合金室溫塑性的方法目的在于:針對非晶的脆性斷裂問題，提供一種通過給非晶試樣的 表面鍍一層金屬鎳塑性晶體，形成一種復(fù)合材料來改善和提高非晶塑性的方法，此類材料在承受載荷時(shí)晶體相阻止了單一剪切帶貫穿整個(gè)試樣，并促成了多重剪切帶的形成，最終提高了材料的塑性。
[0004]本發(fā)明一種提高非晶合金室溫塑性的方法，其特征在于是一種通過給非晶試樣的表面鍍一層金屬鎳塑性晶體，形成一種復(fù)合材料來改善和提高非晶塑性的方法，該方法是在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，以被鍍基體金屬為陰極，欲鍍金屬試樣為陽極，通過電解作用，使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在基體金屬表面沉積出來，形成鍍層的一種表面加工方法，具體的工藝方法步驟為:
電鍍液的配制
在燒杯中加入適量的高純水，按配比為七水硫酸鎳:六水氯化鎳:硼酸=7: I: I用天平稱量好藥品的質(zhì)量，由于硼酸不好溶，所以先將硼酸加入燒杯中，并用60-70°C的水進(jìn)行水浴加熱，再用玻璃棒不停攪拌，直到全溶為止，然后依次加入七水硫酸鎳和六水氯化鎳，分別攪拌至全溶，最后繼續(xù)向燒杯中加入高純水至指定體積，配置好的電鍍液成深綠色；
電鍍過程
該電鍍過程主要分以下幾個(gè)步驟:
1)選用純度高于99.9%的金屬，按照Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al1QTi5.Q的原子成分進(jìn)行配料；
2)用高真空非自耗電弧熔煉爐，并在高純Ar保護(hù)下將所配置的原料I)熔煉成母合金紐扣錠，然后吸鑄成所需非晶試樣的板、棒初始材料；
3)對2)得到的非晶試樣進(jìn)行表面處理，磨到600號砂紙達(dá)到電鍍要求，太光滑電鍍結(jié)合不牢固；
4)以被鍍金屬為陰極，連接電源的負(fù)極，欲鍍金屬為陽極，連接電源的正極，非晶試樣板或棒連接電源的負(fù)極，純鎳片連接電源的正極，將正負(fù)極放入裝有電鍍液的燒杯中，并將燒杯放入水浴鍋中進(jìn)行35°C _45°C的水浴加熱，開始電鍍；
5)在電鍍過程中不斷攪拌，以驅(qū)趕附著在鍍件上的氣泡，持續(xù)3-6小時(shí)的時(shí)間，關(guān)閉電源，停止電鍍。
[0005]本發(fā)明一種提高非晶合金室溫塑性的方法的優(yōu)點(diǎn)在于:針對非晶的脆性斷裂問題，提供了一種通過給非晶試樣的表面鍍一層金屬鎳塑性晶體，形成一種復(fù)合材料來改善和提高非晶塑性的方法，此類材料在承受載荷時(shí)晶體相阻止了單一剪切帶貫穿整個(gè)試樣，并促成了多重剪切帶的形成，最終提高了材料的塑性。鍍層性能不同于基體金屬，具有新的特征。非晶作為陰極，脆性大、塑性小，鍍層金屬作為陽極，一般選擇選擇塑性較大的晶體金屬，這樣形成的復(fù)合材料在室溫下塑性明顯提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是電鍍基本原理示意圖，I為鍍件，即陰極；2為欲鍍金屬片，即陽極；3為電鍍液；4為電鍍?nèi)萜鳌?br> [0007]圖2是電鍍3小時(shí)的2mm的棒在室溫下壓縮的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
圖3是電鍍3小時(shí)的2mm的棒壓縮后斷口形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]本發(fā)明突破了通過在塊體金屬玻璃中引入第二相改善材料本身的性能來提高其塑性的傳統(tǒng)做法，而是通過電鍍的方法，在非晶表面鍍一層塑性較好的晶體金屬，形成一種非晶和晶體的復(fù)合材料，以此來改善非晶的性能，并以成分為Zr52.m9Ni146Al1 Ji5.，直徑為2mm米的非晶棒上鍍鎳為例,進(jìn)行說明。
[0009]實(shí)施方式I
首先是電鍍液的配制:電鍍液的配比為 七水硫酸鎳280g/L 六水氯化鎳40g/L 硼酸40g/L
具體的操作方法為:在燒杯中加入適量的高純水，按配比用天平稱量好藥品的質(zhì)量，由于硼酸不好溶，所以先將硼酸加入燒杯中，并用65°C的水進(jìn)行水浴加熱，用玻璃棒不停攪拌，直到全溶為止。然后依次加入硫酸鎳和氯化鎳，分別攪拌至全溶，最后繼續(xù)向燒杯中加入高純水至指定的量。配置好的電鍍液成深綠色。
[0010]之后是電鍍的過程，電鍍是一種電化學(xué)過程，也是一種氧化還原過程。電鍍的基本過程是將零件浸在金屬鹽的溶液中作為陰極，接在電源負(fù)極上；金屬板作為陽極，接在電源正極上。接通直流電源后，在零件上沉積出所需的鍍層。其基本原理圖如圖1。
[0011]以鍍鎳為例，鍍鎳時(shí)，陰極為待鍍零件，陽極為純鎳，在陰陽極分別發(fā)生如下反應(yīng): 陰極(鍍件):Ni2++2e — Ni
陽極(純鎳):N1-2e — Ni2+
本發(fā)明采用型號為QJ3005XE的直流電源，將電源線接好后，打開電源，調(diào)整至適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鳎_始電鍍，在電鍍過程中適時(shí)攪拌，以驅(qū)趕附著在鍍件表面的氣泡，保證鍍件質(zhì)量。
[0012]圖2為由本發(fā)明制作的非晶復(fù)合材料和未經(jīng)本專利處理的材料室溫下壓縮的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從圖中可以看到強(qiáng)度雖然有所降低，但不是很明顯，但是塑性得到了明顯的提高，展現(xiàn)出非常良好的力學(xué)性能。
[0013]圖3為由本發(fā)明制作的非晶復(fù)合材料試式樣壓縮后的斷口圖，由圖可以看出外面的塑性晶體鍍層明顯的限制了內(nèi)部非晶的斷裂，由此可進(jìn)一步說明，本發(fā)明有提高非晶塑性的作用。
[0014]下面以成分為Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al1QTi5.Q，直徑為2mm米的非晶棒上鍍鎳為例，對本專利進(jìn)行進(jìn)一步說明:
1、選用純度高于99.9% 的 Zr,Cu,Ni,Al 和 Ti 作為原料，按照 Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5.0的原子成分進(jìn)行配比；
2、用高真空非自耗電弧熔煉爐，并在高純Ar保護(hù)下將原料熔煉成母合金紐扣錠，然后吸鑄成2mm的非晶棒；
3、用電鉆夾住非晶棒，以砂紙包覆對非晶棒進(jìn)行打磨；
4、非晶棒連接電源的負(fù)極，純鎳片連接電源的正極，將正負(fù)極放入裝有電鍍液的燒杯中，并將燒杯放入水浴鍋中進(jìn)行40°C的水浴加熱，調(diào)整電源電壓為:1.44V，開始電鍍，電鍍過程中電流在32mA-71mA之間變動。
[0015]5、電鍍過程中不斷攪拌，以驅(qū)趕附著在鍍件上的氣泡，3小時(shí)后關(guān)閉電源，停止電鍍。
[0016]實(shí)施方式2
配制電鍍液時(shí)水浴加熱溫度為60°C，電鍍時(shí)水浴加熱溫度為35°C，電鍍時(shí)間為5小時(shí)，其它同實(shí)施方式I。
[0017]實(shí)施方式3
欲鍍工件為65*5*1.5mm的板，電源電壓為1.20V，配制電鍍液時(shí)水浴加熱溫度為70°C，電鍍時(shí)水浴加熱溫度為45°C，電鍍時(shí)間為3小時(shí)，其它同實(shí)施方式I。
[0018]該方法可以通過調(diào)整電壓，改變電流的大小來調(diào)整電鍍的速度改變電鍍的時(shí)間來調(diào)整鍍層的厚度。
[0019]以上是有關(guān)本發(fā)明較佳實(shí)施方式的說明。在此，需要說明的一點(diǎn)是，本發(fā)明并不局限于以上實(shí)施例方式，在滿足權(quán)利要求書、發(fā)明詳細(xì)說明以及附圖等范圍要求的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變更實(shí)施，而這些均屬于本發(fā)明范 圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高非晶合金室溫塑性的方法，其特征在于是一種通過給非晶試樣的表面鍍一層金屬鎳塑性晶體，形成一種復(fù)合材料來改善和提高非晶塑性的方法，該方法是在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，以被鍍基體金屬為陰極，欲鍍金屬試樣為陽極，通過電解作用，使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在基體金屬表面沉積出來，形成鍍層的一種表面加工方法，具體的工藝方法步驟為: 電鍍液的配制 在燒杯中加入適量的高純水，按配比為七水硫酸鎳:六水氯化鎳:硼酸=7: I: I用天平稱量好藥品的質(zhì)量，由于硼酸不好溶，所以先將硼酸加入燒杯中，并用60-70°C的水進(jìn)行水浴加熱，再用玻璃棒不停攪拌，直到全溶為止，然后依次加入七水硫酸鎳和六水氯化鎳，分別攪拌至全溶，最后繼續(xù)向燒杯中加入高純水至指定體積，配置好的電鍍液成深綠色； 電鍍過程 該電鍍過程主要分以下幾個(gè)步驟: 1)選用純度高于99.9%的金屬，按照Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al1QTi5.Q的原子成分進(jìn)行配料； 2)用高真空非自耗電弧熔煉爐，并在高純Ar保護(hù)下將所配置的原料I)熔煉成母合金紐扣錠，然后吸鑄成所需非晶試樣的板、棒初始材料； 3)對2)得到的非晶試樣進(jìn)行表面處理，磨到600號砂紙達(dá)到電鍍要求，太光滑電鍍結(jié)合不牢固； 4)以被鍍金屬為陰極，連接電源的負(fù)極，欲鍍金屬為陽極，連接電源的正極，非晶試樣板或棒連接電源的負(fù)極，純鎳片連接電源的正極，將正負(fù)極放入裝有電鍍液的燒杯中，并將燒杯放入水浴鍋中進(jìn)行35°C ._45°C的水浴加熱，開始電鍍； 5)在電鍍過程中不斷攪拌，以驅(qū)趕附著在鍍件上的氣泡，持續(xù)3-6小時(shí)的時(shí)間，關(guān)閉電源，停止電鍍。
【文檔編號】C25D3/12GK103436925SQ201310356265
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】喬珺威, 孟萌萌, 楊慧君, 周禾豐 申請人:太原理工大學(xué)