专利名称：改善块体非晶合金力学性能的高强脉冲电流预处理方法
技术领域：
本发明属于非晶态金属材料领域。特别涉及块体非晶合金力学性能和改善力学性能的方法，是一种能改善非晶合金材料力学性能的新方法。
背景技术：
块体非晶合金(又称为大块非晶合金或块体金属玻璃)是最近10余年开发出的具有很多特殊优异性能的新型合金材料，该合金材料不同于非晶薄带、薄膜、微粉等等传统低维非晶合金材料，具有约1mm以上的宏观几何尺寸。由于块体非晶合金具有远优于同成分晶态合金的强度、耐蚀性和其它功能性能，使块体非晶合金具有显著的应用前景。
块体非晶合金尽管具有很高的强度，但延性很差，已知的块体非晶合金中绝大多数的塑性变形量均小于约2％，使该类材料的应用收到限制。因此探索改善块体非晶合金对延性具有重要意义。若能开发出既能改善非晶合金力学性能、又保留非晶合金特性的性能改善方法，将会非常有意义。目前尚未见到利用高强脉冲电流处理块体非晶合金来改善非晶合金力学性能的公开报道。
发明内容
本发明的目的是提出采用高强脉冲电流处理块体非晶态合金以改善块体非晶合金材料力学性能的新方法。其特征在于采用高强脉冲电流处理块体非晶合金，在合适的技术参数条件下，能使处理后的块体非晶合金的力学性能显著改善。因此，本方法能提高块体非晶合金的力学性能，拓展其应用领域，提升应用前景。
该方法的技术参数与处理工艺为1)采用直流脉冲电源，提供大于103A峰值脉冲电流；2)针对块体非晶合金的特征，选择电流密度范围j＝50～4000A/mm2；3)电流脉冲宽度范围μ＝10～200μs；4)电流脉冲频率范围f＝1～500Hz；。
5)技术参数组合及处理时间以保证既不发生非晶晶化、又能改善力学性能为目标，处理时间范围2秒～10小时；所述第5)步所述的技术参数组合以保证既不发生非晶晶化、又能改善力学性能的控制方法是控制样品温度，即检测样品在脉冲电流处理过程中的温度，综合脉冲电流技术参数使被处理块体非晶样品的温度不得高于其非晶转变温度(Tg)减50度(即T＜Tg-50(℃))。适宜样品温度范围为60＜T＜Tg-50(℃)。
所述第5)步所述的脉冲电流技术参数组合仍无法满足温度控制要求时，可采用下述强制冷却方法冷却样品，达到控温要求(1)采用电风扇等强制空气流动方法冷却样品；(2)采用油等有机液体强制冷却；(3)采用冷却水冷却。
本发明的有益效果是采用高强脉冲电流处理块体非晶、得到发生显著结构弛豫、力学性能显著改善的块体非晶合金。
具体实施方法本发明的理论基础原理是利用电流和金属原子的交互作用，促进原子扩散迁移，促进非晶合金结构弛豫，使非晶合金的力学性能得到改善。具体方式是采用高强脉冲电源，将电源的输出端与待处理的块体非晶合金样品相连接，然后进行处理。
该方法的技术参数和处理工艺为1)采用直流脉冲电源，提供大于103A峰值脉冲电流；2)针对块体非晶合金的特征，选择电流密度范围j＝50～4000A/mm2；3)电流脉冲宽度范围μ＝10～200μs；4)电流脉冲频率范围f＝1～500Hz。
5)处理时间范围2秒～10小时；在处理过程中，为了保证样品既不发生非晶晶化、又能改善力学性能，可以通过控制样品温度来实现，使被处理块体非晶样品的温度不得高于其非晶转变温度(Tg)减50度(即T＜Tg-50(℃))。适宜样品温度范围为20℃＜T＜Tg-50(℃)。
温度的控制方法可采用下述强制冷却方法冷却样品，达到控温要求(1)采用电风扇等强制空气流动方法冷却样品；(2)采用油等有机液体强制冷却；(3)采用冷却水冷却。
下面例举具体实施例子对本发明予以进一步说明。
实施实例一.ZrTiCuNiBe非晶合金(1)利用高强脉冲电流对Zr41.3Ti14.2Cu12.8Ni10.3Be21.4块体非晶合金进行处理，使该块体非晶合金的力学性能显著改善，强度值增加幅度最高达20％以上，压缩延性最大增幅近100％。所用技术与工艺参数为1)电流密度j＝700±100A/mm22)电流脉冲宽度μ＝30～60μs3)电流脉冲频率f＝40～70Hz4)处理时间8±3分钟5)温度控制在120度～250度之间。
在上述处理中，在1)、2)、4)条件相同时，在3)中采用f＝40Hz时，强度值增加幅度达10％以上，压缩延性最大增幅近20％；采用f＝50Hz时，强度值增加幅度最高达20％以上，压缩延性最大增幅近100％；采用f＝70Hz时，强度值增加幅度达15％以上，压缩延性最大增幅近20％。
(2)利用高强脉冲电流对Zr41.3Ti14.2Cu12.8Ni10.3Be2.14块体非晶合金进行处理，使该块体非晶合金的力学性能显著改善，硬度值增加幅度约为10-18％。所用技术与工艺参数为1)电流密度j＝2100A/mm22)电流脉冲宽度μ＝20～40μs3)电流脉冲频率f＝8Hz4)处理时间5±1分钟。
5)温度控制在120度～250度之间6)保持良好通风条件。
(3)利用高强脉冲电流对Zr41.3Ti14.2Cu12.8Ni10.3Be21.4块体非晶合金进行处理，使该块体非晶合金的力学性能显著改善，硬度值增加幅度约为10-20％。所用技术与工艺参数为1)电流密度j＝3500A/mm22)电流脉冲宽度μ＝20～40μs3)电流脉冲频率f＝4Hz4)处理时间5±1分钟5)温度控制在120度～270度之间6)油介质冷却。
(4)利用高强脉冲电流对Zr41.3Ti14.2Cu12.8Ni10.3Be21.4块体非晶合金进行处理，使该块体非晶合金的力学性能显著改善，硬度值增加幅度约为15％。所用技术与工艺参数为1)电流密度j＝3300A/mm22)电流脉冲宽度μ＝20～40μs3)电流脉冲频率f＝40Hz4)处理时间40分钟。
5)温度控制在60～150度之间6)水介质冷却。
二.ZrTiCuNiAl非晶合金利用高强脉冲电流对块体Zr52.5Cu17.5Ni14.6Al10Ti5非晶合金进行处理，使该非晶合金的力学性能显著改善，使显微硬度增加约～10％以上。所用技术与工艺参数为1)电流密度j＝850±100A/mm22)电流脉冲宽度μ＝50～80μs3)电流脉冲频率f＝30Hz4)处理时间60分5)温度控制在120度～270度之间。
三CuZrTi非晶合金利用高强脉冲电流对块体Cu60Zr28Ti12非晶合金进行处理，使该非晶合金的力学性能显著改善，使显微硬度增加幅度最高达20％以上。所用技术与工艺参数为1)电流密度j＝400±100A/mm22)电流脉冲宽度μ＝60～80μs3)电流脉冲频率f＝120Hz4)处理时间约50分5)温度控制在80度～250度之间。
四Fe基非晶合金利用高强脉冲电流对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金进行处理(注将薄带进行多组叠层)，使该非晶合金的力学性能显著改善，使显微硬度增加幅度最高达15％以上。所用技术与工艺参数为1)电流密度j＝1700±50A/mm22)电流脉冲宽度μ＝20～60μs3)电流脉冲频率f＝20Hz4)处理时间约300分5)温度控制在60度～170度之间5)水介质冷却。
权利要求
1.改善块体非晶合金力学性能的高强脉冲电流预处理方法，其特征在于，采用高强脉冲电流处理块体非晶合金，将电源的输出端与待处理的块体非晶合金样品相连接，按照下述参数进行处理1)针对块体非晶合金的特征，选择电流密度范围j＝50～4000A/mm2；2)电流脉冲宽度范围μ＝10～200μs；3)电流脉冲频率范围f＝1～500Hz；4)处理时间范围2秒～10小时；5)在处理过程中，控制样品温度在下述范围内T＜Tg-50℃，其中Tg是样品的非晶转变温度。
2.如权利要求1所述的改善块体非晶合金力学性能的高强脉冲电流预处理方法，其特征在于，所述第5)的样品温度控制在20℃＜T＜Tg-50℃。
3.如权利要求1所述的改善块体非晶合金力学性能的高强脉冲电流预处理方法，其特征在于，当处理ZrTiCuNiBe非晶合金时，参数选择如下1)电流密度j＝400～3500A/mm22)电流脉冲宽度μ＝20～60μs3)电流脉冲频率f＝4～100Hz4)处理时间1～40分钟。
4.如权利要求1所述的改善块体非晶合金力学性能的高强脉冲电流预处理方法，其特征在于，当处理的是ZrTiCuNiAl非晶合金非晶合金时，参数选择如下1)电流密度j＝400～1000A/mm22)电流脉冲宽度μ＝50～80μs3)电流脉冲频率f＝3～30Hz4)处理时间10～60分钟。
5.如权利要求1所述的改善块体非晶合金力学性能的高强脉冲电流预处理方法，其特征在于，当处理的是CuZrTi非晶合金时，参数选择如下1)电流密度j＝300～600A/mm22)电流脉冲宽度μ＝60～80μs3)电流脉冲频率f＝80～120Hz4)处理时间30～60分。
6.如权利要求1所述的改善块体非晶合金力学性能的高强脉冲电流预处理方法，其特征在于，当处理的是Fe基非晶合金时或Fe基非晶薄带多组叠层样品时，参数选择如下1)电流密度j＝500～3000A/mm22)电流脉冲宽度μ＝20～80μs3)电流脉冲频率f＝5～100Hz4)处理时间5～36000秒。
全文摘要
改善块体非晶合金力学性能的高强脉冲电流预处理方法属于非晶态金属材料领域。特别涉及块体非晶合金力学性能和改善力学性能的方法，是一种能改善非晶合金材料力学性能的新方法。其特征在于，是采用高强脉冲电流处理块体非晶合金，将电源的输出端与待处理的块体非晶合金样品相连接，选择电流密度范围j＝50～4000A/mm
文档编号C22C45/00GK1814851SQ20061001141
公开日2006年8月9日 申请日期2006年3月3日 优先权日2006年3月3日
发明者姚可夫 申请人:清华大学