[发明专利]一种提高块体金属玻璃及其结构件塑性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高块体金属玻璃及其结构件塑性的方法，特别是一种利用气相氢化法提高块体金属玻璃及其结构件塑性的方法。

背景技术

上世纪80年代以来，块体金属玻璃以其优异的力学性能成为了国际研究的热点和前沿问题。然而，纯非晶块体金属玻璃绝大部分表现为室温脆性，极大的限制了块体金属玻璃在工程上的应用。对于这一问题的解决，目前国际上主要采用在块体金属玻璃基体上引入第二相的方法，形成块体金属玻璃复合材料，使块体金属玻璃的塑性较之前的纯非晶块体金属玻璃有大幅度提高，主要的两种技术方法为内生法和外加法。陈光等发明了一种大块金属玻璃复合材料中树枝晶球化的方法（专利号：CN100494437C），通过低压铸造/水冷铜模急冷成型系统制备出塑性树枝晶/大块金属玻璃复合材料板状试样，再将塑性树枝晶/大块金属玻璃复合材料板状试样等温处理，然后水淬，制备出一种内生塑性球晶相块体金属玻璃复合材料，可以显著提高块体金属玻璃的宏观塑性。Jonhson等在块体金属玻璃基体中通过外加连续纤维增强相，采用渗流铸造法制备出连续纤维锆基块体金属玻璃复合材料，压缩塑性显著改善[R. D. Conner, R. B. Dandliker, W. L. Johnson.Acta.Mater.46.6089(1998)]。上述报道的提高块体金属玻璃塑性的方法，都是通过改变了块体金属玻璃的内部结构，无法保证制备出的块体金属玻璃为全非晶态，这样一定程度上降低了块体金属玻璃的强度，耐磨性和耐腐蚀性等性能，而且内生法制备出的块体金属玻璃复合材料增强相和基体的界面能相对较低，从而使得其屈服强度较低；外加法制备出的块体金属玻璃复合材料增强相的分布难以控制，而且增强相和基体的界面能很高，在界面处发生界面反应形成脆性相，不利于块体金属玻璃力学性能的提高。此外，上述的两种方法都是通过改变材料固有的性能来提高塑性，很难解决已经成型的块体金属玻璃结构件塑性的提高。目前虽然已经发明了一些提高块体金属玻璃的技术方法，且制备出的块体金属玻璃具有一定的力学性能，但这远远不能满足人们对它的需求，因此，新型的提高块体金属玻璃塑性方法的研制和开发已是势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高块体金属玻璃及其结构件塑性的方法，提供一种提高块体金属玻璃及其各种尺寸结构件塑性的新思路。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高块体金属玻璃及其结构件塑性的方法，利用气相氢化处理的方法来提高块体金属玻璃及其结构件的塑性。

本发明与现有技术相比，其显著优点：块体金属玻璃中的Zr、Ti等元素与氢有较强的亲和力以及Ni等元素对氢的吸附有催化作用，同时块体金属玻璃中存在大量的自由体积、短程有序结构中存在能量状态不同的大量四面体间隙，有利于氢的占据。（1）本发明中既可对块体金属玻璃材料进行气相氢化处理，也可对任意形状的块体金属玻璃结构件进行气相氢化处理。（2）通过对块体金属玻璃进行气相氢化处理来提高其塑性。（3）经气相氢化处理后块体金属玻璃仍然保持玻璃态结构。（4）经气相氢化处理后块体金属玻璃的热稳定性不降低。（5）经气相氢化处理后块体金属玻璃的屈服强度不降低。

附图说明

图1是本发明一种提高块体金属玻璃及其结构件塑性的方法的技术流程图。

图2是未氢化处理和氢化处理制备出的BMG的XRD图样。

图3是未氢化处理和氢化处理制备出的BMG的DSC曲线。

图4是未氢化和氢化处理制备出的BMG材料的力学性能对比。实验条件为：样品为?3×6mm的柱状试样，实验温度为室温，压缩应变速率为5×10^-4s^-1。

具体实施方式

本发明突破了通过在块体金属玻璃中引入第二相改变材料本身的性能来提高其塑性，而是通过对块体金属玻璃结构件进行氢化处理来提高其塑性，块体金属玻璃结构件经过氢化处理后除了塑性得到提高以外，其它固有性能不发生变化。对块体金属玻璃进行氢化处理目前有两种方式，一种是电化学氢化，这种氢化方式时间长，而且对块体金属玻璃有腐蚀作用；另一种是气相氢化，也是本发明所采用的氢化处理方式，这种发明有利于块体金属玻璃的塑性的提高，主要的科学思想如下所示：

块体金属玻璃中的Zr、Ti等元素与氢有较强的亲和力。

块体金属玻璃中的Ni等元素对氢的吸附有催化作用。

块体金属玻璃中存在大量的自由体积、短程有序结构中存在能量状态不同的大量四面体间隙，有利于氢的占据。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。