[发明专利]一种无损伤驱动块状非晶合金快速回春的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种无损伤驱动块状非晶合金快速回春的方法及其应用，属于改善块状非晶合金结构材料技术领域。该方法首先将低能态非晶合金以大于2K/s的速率加热到低于玻璃化转变温度T_g后保持60‑1000s；然后以大于100K/s的冷却速率冷却。本发明通过将弛豫样品快速加热到焓驰豫温度区间内然后快速冷却，提高非晶的能态，使结构更加无序，从而解决块状非晶合金经弛豫后塑性和韧性等力学性能变差的问题。

技术领域

本发明涉及改善块状非晶合金结构材料技术领域，具体涉及一种无损伤驱动块状非晶合金快速回春的方法及其应用。

背景技术

非晶合金是一种新型亚稳态材料，通常由熔融态金属快速冷却而得到，非晶合金兼具金属和非晶、固体和液体特性，自被发现以来由于其独特结构和优异性能，相比于传统的晶体结构材料，块体非晶合金具有超高强度、高断裂韧性、高硬度、高弹性、良好的耐蚀性能等优异性能。这些特性使块体非晶合金材料能广泛应用于航空航天、军工、机械、化工、消费电子以及医疗器械等众多领域。

由于非晶是一种由液体快速冷却得到的亚稳态结构，这种亚稳的高能态结构将自发地向较低能态转变，这个过程就是弛豫过程。从非晶形成开始，或者说在形成过程中，弛豫就已经发生，随着时间延长合金的能态降低。此外，服役温度的提高也会加速非晶材料弛豫。这种弛豫过程会造成原子堆积更加紧密，能态降低，严重破坏其塑性和韧性，大量的实验结果表明，这种弛豫过程会导致材料的脆化，因此严重限制了非晶合金的应用前景以及非晶的合金作为结构材料的服役寿命。

回春是解决上述问题的手段，它是弛豫的反过程，它能够使非晶的结构变得更加无序，产生更多的自由体积，提高其能态，提高其塑性和韧性。目前常用的回春手段分为两类：机械回春(大塑性变形、弹性加载)和热回春(低温循环)。机械回春对样品形状要求苛刻，而且会破坏样品这就使得已成型工件不能够使用这些方法进行有效回春，或者回春后的样品变形，不能再次使用。但是低温循环过程繁琐，通常循环次数多于30次，也不利于批量的工业化生产。

CN1009972065A公开了一种通过低温循环提高非晶合金塑性的方法，将非晶合金样品于液氮温度和室温之间循环，循环30-50次。该方法操作繁琐，且该发明只是单纯的增加了样品的塑性，合金的硬度及断裂韧性的变化趋势未见报道。

发明内容

针对上述非晶合金回春处理的方法所存在的问题，本发明提供了一种无损伤驱动块状非晶合金快速回春的方法及其应用，通过将弛豫样品快速加热到焓驰豫温度区间内然后快速冷却，提高非晶的能态，使结构更加无序，从而解决块状非晶合金经弛豫后塑性和韧性等力学性能变差的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种无损伤驱动块状非晶合金快速回春的方法，包括如下步骤：

(1)将低能态非晶合金以大于2K/s的速率加热到低于玻璃化转变温度(T_g)后保持60-1000s；

(2)以大于100K/s的冷却速率冷却。

引起该非晶合金处于低能态的原因包括时效因素、受力受热、机械处理、热处理等可使非晶合金能态降低的方式。

步骤(1)中，加热方式为电阻炉加热、感应加热或管式炉加热。

步骤(1)中，加热温度为(T_g-80 K)～T_g之间。

步骤(2)中，冷却方式为水淬、油淬、空气淬火、盐水淬火等快速淬火或其他可使样品快速降温的方式。

所述无损伤驱动块状非晶合金快速回春的方法应用于恢复非晶合金结构材料的机械性能。

利用本发明所述方法驱动块状非晶合金快速回春，与现有技术相比具有以下优势：