一种应用低温循环方式驱动非晶合金快速回春或弛豫的方法

1.本发明属于非晶合金材料领域，具体涉及一种应用低温循环方式驱动非晶合金快速回春或弛豫的方法。

背景技术：

2.非晶态合金(又称金属玻璃)是上世纪偶然发现的一类新型非晶材料，与具有长程有序特征的结晶金属和合金不同，具有非晶无序原子结构的非晶合金具有独特而优异的力学、化学和物理特性，这些特性有优秀的学术和实用价值。例如，由于缺乏传统晶体金属中的位错、晶界等缺陷，大多数非晶合金的强度和弹性极限远高于传统的晶体合金和其他工程材料，并且在室温下具有优异的耐磨性和耐腐蚀性。
3.然而，正因为这种无序的结构，也出现了一些亟需解决的问题，如室温脆化等，这严重限制了非晶合金作为工程材料的应用。而由于非晶态合金处于能量上的亚稳态，其原子结构总是倾向于向低能态过渡，这在各种玻璃普遍存在的结构弛豫和物理时效现象中可以看到。相反的，非晶合金的原子结构也可以通过物理过程达到其势能场中非常高的能量而回春，或非常低的能量而弛豫，一般回春的非晶合金硬度更低、塑性更好。
4.在文献ketov sv,sun yh,nachum s,et al.nature.2015,524(7564):200-203中公开了一种通过回复处理使非晶合金回春的方法，其回复处理是对非晶合金进行低温热循环加载实现，其中热循环温度范围是液氮温度77k到室温273k，保载时间为1min，循环次数为30次。但这种方法仍存在进一步使非晶合金回春程度更高的可能性。

技术实现要素：

5.本发明通过改变低温循环高温温度区间达到使非晶合金内部产生的内应力更剧烈，同时通过提高循环次数使非晶合金从回春状态变为弛豫状态。利用低温热循环使非晶合金产生更明显的回春或弛豫效果。
6.本发明通过以下技术方案来实现：
7.一种应用低温循环方式驱动非晶合金快速回春或弛豫的方法，包括以下步骤：
8.先将块体镧la基非金合金进行切割、打磨、抛光，并将薄膜钇y基非晶合金进行打磨；
9.将镧la基非金合金先浸入液氮中保持一定时间，将液氮中的样品取出并浸入20℃、50℃油或100℃油中保持一定时间，使块体镧la基非晶合金内部产生由于结构异质性产生的不均匀内应力分布；将钇y基非金合金先浸入液氮中保持一定时间，将液氮中的样品取出并浸入20℃、100
°
油或220℃油中保持一定时间，使薄膜钇y基非晶合金内部产生由于结构异质性产生的不均匀内应力分布；
10.取出低温热循环后的试样。
11.所述镧la基非金合金是指成分为镧la、镍ni、铝al的非晶合金，其中，镧元素比例为55％-70％，镍元素比例为15％-25％，铝元素比例为15％-25％。所述钇y基非金合金是指
成分为钇y、镍ni、铝al的非晶合金，其中，钇元素比例为55％-70％，镍元素比例为15％-25％，铝元素比例为15％-25％。
12.所述浸入时间优先为1min。
13.循环次数优先为5次15次30次和200次。
14.本发明的效果：本发明提出的当热循环的高温温度处于非晶合金β弛豫峰值温度附近时其会在在较少的循环次数下达到最大的回春程度，对镧la基非金合金当热循环温度区间是液氮和100
°
油时，非晶合金在5次循环后硬度降到最低值，且弛豫焓降低明显，超过5次循环后非晶合金会过渡到弛豫状态，其硬度升高，弛豫焓升高。对钇y基非金合金当热循环温度区间是液氮和220
°
油时，非晶合金在15次循环后硬度降到最低值，且弛豫焓降低明显，超过15次循环后非晶合金会过渡到弛豫状态，其硬度升高，弛豫焓升高。而对于通过改变热循环的高温区温度，使其处于或不处于β弛豫的激活温度范围内，可以使非晶合金在相同的循环次数下产生截然相反的效果。这种处理方式可用于批量处理非晶合金使其产生良好的回春效果，为进一步改善非晶合金的塑性变形能力提供了新的方案。
附图说明
15.图1是本发明低温热循环处理示意图。
16.图2是本发明镧la基非金合金损耗模量图谱。
17.图3是本发明钇y基非金合金损耗模量图谱。
18.图4是本发明低温热循环不同次数后镧la基非晶合金试样的硬度变化图。
19.图5是本发明低温热循环不同次数后镧la基非晶合金试样的β弛豫能变化图。
20.图6是本发明低温热循环不同次数后钇y基非晶合金试样的β弛豫能变化图。
21.图7是本发明低温热循环不同次数后钇y基非晶合金试样的硬度变化图。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
23.实施例1
24.(1)制备la
60
ni
15
al
25
非晶合金板：将纯度≥99.9％的la、ni、al 3种纯金属块体按照原子百分比60:15:25进行配比，然后在高纯氩气气氛保护下，用电弧熔炼炉进行熔炼，重复熔炼5遍，形成合金铸锭。采用真空吸铸的方法，将合金锭熔化后吸注入铜模，其中铜模尺寸为65x5x2mm3，制备出la基非晶合金试样。
25.(2)初步处理：将步骤(1)制得的非晶合金块体线切割成尺寸为10x2x1mm3的块体试样，使用#400-#2000的砂纸从小到大研磨长条试样的上下底面，然后抛光成镜面。
26.(3)低温循环处理：将试样完全浸入充满液氮的容器中，保温1min；然后将试样取出，放入加热的油浴锅中，其中水浴温度为100℃，保温1min，循环这一过程数次，即得到回春或弛豫态非晶合金试样。
27.(4)通过纳米压痕仪和动态力学分析仪对经步骤(3)处理后的非晶合金块体试样硬度和β弛豫激活能分析。图中可以看到经过5次循环后试样硬度和β弛豫激活能都降低到了最低值，表明试样在5次循环时发生了最大程度的回春，此后增加循环次数会导致其发生弛豫现象。
28.实施例2
29.(1)制备la
60
ni
15
al
25
非晶合金板：将纯度≥99.9％的la、ni、al 3种金属块体按照原子百分比60:15:25进行配比，然后在高纯氩气气氛保护下，用电弧熔炼炉进行熔炼，重复熔炼5遍，形成合金铸锭。采用真空吸铸的方法，将合金锭熔化后吸注入铜模，其中铜模尺寸为65x5x2mm3，制备出la基非晶合金试样。
30.(2)初步处理：将步骤(1)制得的非晶合金块体线切割成尺寸为10x2x1mm3的块体试样，使用#400-#2000的砂纸从小到大研磨长条试样的上下底面，然后抛光成镜面。
31.(3)低温循环处理：将试样完全浸入充满液氮的容器中，保温1min；然后将试样取出，放入加热的油浴锅中，其中油浴温度为50℃，保温1min，循环这一过程数次，即得到回春或弛豫态非晶合金试样。
32.(4)通过纳米压痕仪和动态力学分析仪对经步骤(3)处理后的非晶合金块体试样硬度和β弛豫激活能分析。图中可以看到经过15次循环后试样的硬度和β弛豫激活能降低到了最低值，表明试样此时已经达到最大回春程度，而后增加循环次数会导致其发生弛豫现象。
33.实施例3
34.(1)制备la
60
ni
15
al
25
非晶合金板：将纯度≥99.9％的la、ni、al 3种金属块体按照原子百分比60:15:25进行配比，然后在高纯氩气气氛保护下，用电弧熔炼炉进行熔炼，重复熔炼5遍，形成合金铸锭。采用真空吸铸的方法，将合金锭熔化后吸注入铜模，其中铜模尺寸为65x5x2mm3，制备出la基非晶合金试样。
35.(2)初步处理：将步骤(1)制得的非晶合金块体线切割成尺寸为10x2x1mm3的块体试样，使用#400-#2000的砂纸从小到大研磨长条试样的上下底面，然后抛光成镜面。
36.(3)低温循环处理：将试样完全浸入充满液氮的容器中，保温1min；然后将试样取出，放入加热的油浴锅中，其中油浴温度为20℃，保温1min，循环这一过程数次，即得到回春或弛豫状态的非晶合金试样。
37.(4)通过纳米压痕仪和动态力学分析仪对经步骤(3)处理后的非晶合金块体试样硬度和β弛豫激活能分析。图中可以看到经过15次循环后试样硬度和β弛豫激活能都降低到了最低值，表明试样发生了最大程度的回春。
38.实施例4
39.(1)制备y
60
ni
15
al
25
非晶合金板：将纯度≥99.9％的y、ni、al 3种金属块体按照原子百分比60:15:25进行配比，然后在高纯氩气气氛保护下，用电弧熔炼炉进行熔炼，重复熔炼5遍，形成合金铸锭，然后从合金锭切割约5g样品，后在高纯氩气气氛保护下，使用感应电流熔化试样，将合金锭熔化后喷铸到辊轮上，形成厚度约为60μm的薄膜金属玻璃。
40.(2)初步处理：将步骤(1)制得的非晶合金使用#2000的砂纸研磨薄膜试样的上下底面。
41.(3)低温循环处理：将试样完全浸入充满液氮的容器中，保温1min；然后将试样取出，放入加热的油浴锅中，其中油浴温度为220℃，保温1min，循环这一过程数次，即得到回春或弛豫态非晶合金试样。
42.(4)通过维氏硬度仪和动态力学分析仪对经步骤(3)处理后的非晶合金薄膜试样硬度和β弛豫激活能分析。图中可以看到经过15次循环后试样硬度和β弛豫激活能都降低到
了最低值，说明试样发生最大程度的回春，而后增加循环次数导致弛豫现象发生。
43.实施例5
44.(1)制备y
60
ni
15
al
25
非晶合金板：将纯度≥99.9％的y、ni、al 3种金属块体按照原子百分比60:15:25进行配比，然后在高纯氩气气氛保护下，用电弧熔炼炉进行熔炼，重复熔炼5遍，形成合金铸锭，然后从合金锭切割约5g样品，后在高纯氩气气氛保护下，使用感应电流熔化试样，将合金锭熔化后喷铸到辊轮上，形成厚度约为60μm的薄膜金属玻璃。
45.(2)初步处理：将步骤(1)制得的非晶合金使用#2000的砂纸研磨薄膜试样的上下底面。
46.(3)低温循环处理：将试样完全浸入充满液氮的容器中，保温1min；然后将试样取出，放入加热的油浴锅中，其中油浴温度为100℃，保温1min，循环这一过程数次，即得到回春或弛豫态非晶合金试样。
47.(4)通过维氏硬度仪和动态力学分析仪对经步骤(3)处理后的非晶合金薄膜试样硬度和β弛豫激活能分析。图中可以看到经过30次循环后试样硬度和β弛豫激活能都降低到了最低值，说明试样发生最大程度的回春，而后增加循环次数导致弛豫现象发生。
48.实施例6
49.(1)制备y
60
ni
15
al
25
非晶合金板：将纯度≥99.9％的y、ni、al 3种金属块体按照原子百分比60:15:25进行配比，然后在高纯氩气气氛保护下，用电弧熔炼炉进行熔炼，重复熔炼5遍，形成合金铸锭，然后从合金锭切割约5g样品，后在高纯氩气气氛保护下，使用感应电流熔化试样，将合金锭熔化后喷铸到辊轮上，形成厚度约为60μm的薄膜金属玻璃。
50.(2)初步处理：将步骤(1)制得的非晶合金使用#2000的砂纸研磨薄膜试样的上下底面。
51.(3)低温循环处理：将试样完全浸入充满液氮的容器中，保温1min；然后将试样取出，放入加热的油浴锅中，其中油浴温度为20℃，保温1min，循环这一过程数次，即得到回春或弛豫态非晶合金试样。
52.(4)通过维氏硬度仪和动态力学分析仪对经步骤(3)处理后的非晶合金薄膜试样硬度和β弛豫激活能分析。图中可以看到经过30次循环后试样硬度和β弛豫激活能都降低到了最低值，说明试样发生最大程度的回春，而后增加循环次数导致弛豫现象发生。

技术特征：

1.一种应用低温循环方式驱动非晶合金快速回春或弛豫的方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：先将镧la基或钇y基非金合金进行切割、打磨、抛光；步骤二：将镧la基非金合金先浸入液氮中保持60
±
3s，随后将液氮中的样品取出并浸入目标高温的硅油中保持60
±
3s完成一个循环周次，使非晶合金内部产生由于结构异质性产生的不均匀内应力分布；将钇y基非金合金先浸入液氮中保持60
±
3s，随后将液氮中的样品取出并浸入目标高温的硅油中保持60
±
3s完成一个循环周次，使非晶合金内部产生由于结构异质性产生的不均匀内应力分布步骤三：取出低温热循环后的试样。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一所述镧la基非金合金是指成分为镧la、镍ni、铝al的非晶合金，其中，镧元素比例为55％-70％，镍元素比例为15％-25％，铝元素比例为15％-25％；钇y基非金合金是指成分为镧la、镍ni、铝al的非晶合金，其中，钇元素比例为55％-70％，镍元素比例为15％-25％，铝元素比例为15％-25％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，镧la基非金合金是指尺寸为10
×2×
1mm3块体非晶合金；钇y基非晶合金是指厚度为50
±
5μm薄膜金属玻璃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，镧la基非晶合金经过打磨抛光直至表面呈光滑镜面；钇y基非晶合金经抛光至表面光滑。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，镧la基非晶合金的目标高温温度设置有三组，为20
±
2℃、50
±
2℃或100
±
2℃。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，钇y基非晶合金的目标高温温度设置有三组为20
±
2℃、100
±
2℃或220
±
2℃。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二所述浸入液氮或目标高温温度硅油的时间优先为60
±
3s。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二循环次数优先为5次、15次、30次和200次。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三取出非晶合金后用酒精清洗试样至表面光洁无油渍残留。

技术总结

本发明公开了一种用低温热循环方式驱动非晶合金快速回春或弛豫的方法，属于非晶合金材料领域。步骤如下：(1)选取洁净的La基或Y基非晶合金试样；(2)对试样进行低温热循环处理，首先将La基或Y基非晶合金在液氮中放置1min，后迅速将非晶合金放置于目标温度的油中1min形成一个循环周期，重复上述操作完成剩余的循环次数；(3)通过纳米压痕仪或维氏硬度仪和动态力学分析仪对循环后试样进行表面硬度和β弛豫分析，在某个循环次数内，表面硬度先降低后升高，β弛豫激活能先降低后升高。通过适当提高循环的高温温度，可以使La基或Y基金属玻璃在较少的循环次数时回春到较高的能量状态，为进一步改善非金合金的塑性变形能力提供了新的思路与方案。新的思路与方案。新的思路与方案。