一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法

摘要

本发明公开了一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法，属于非晶合金材料领域。步骤如下：(1)选取洁净的La基非晶合金试样；(2)将试样进行单悬臂梁循环加载处理：将试样放在Q800 DMA单悬臂梁夹具上，一端夹紧，关闭外壳并通入氮气保护气体，在自由端施加应力，设定振动频率10Hz，温度30℃，时间2小时；(3)通过纳米压痕仪对循环加载后非晶合金块体试样进行表面硬度分析，达到一定应力后的循环加载后，表面硬度会有一个20％的下降。这种加载方式对于脆性较大的非晶合金也有很好的回春效果，为进一步改善非晶合金的塑性变形能力提供了新的思路与方案。

权利要求

1.一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将切割、打磨、抛光并在80‑120℃下退火0.5‑3小时后的镧La基非晶合金放入单悬臂梁夹具上；

步骤二：非晶合金材料的一端被单悬臂梁夹具固定，另一端为自由端，固定端与自由端距离为5‑20mm，在自由端施加垂直于轴向的周期外力后，固定端根部产生最大应力, 随着外力的周期性变化，非晶合金材料表面产生自固定端向自由端梯度减小的周期性循环应力；

步骤三：取出循环加载后的试样。

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)基非晶合金是指成分为镧(La)、镍(Ni)、铝(Al)的非晶合金，其中，镧元素原子百分比为55％～70％，镍元素原子百分比为15％～25％，铝元素原子百分比为15％～25％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二所述循环加载的最大应力优选为

80‑120MPa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二循环加载的振动频率优选为10‑

50Hz。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二循环加载的加载时间优选为1‑2小时。

说明书

一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法

技术领域

[0001] 本发明属于非晶合金材料领域，具体涉及一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法。

背景技术

[0002] 非晶态合金(又称金属玻璃)是50多年前偶然发现的一类新型非晶材料，与具有短长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有趣的
机械、化学和物理特性，这些特性已被证明具有学术和实用价值。例如，由于在无序晶格结
构中没有位错缺陷，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，并且在室温下具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。

[0003] 然而，同样由于这种结构的非晶化，也出现了一些具有挑战性的问题，如室温脆化等，这严重阻碍了非晶合金作为结构材料的应用。而由于非晶态合金的热力学不平衡，其原
子结构总是倾向于向低能态演化，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。相反地，非晶合金的原子结构也可以通过机械过程达到其势能场中非常高的能量
而回春，一般回春态的非晶合金硬度更低、塑性更好。

[0004] 例如，现有技术CN 101967552 A提供了一种应用循环加载的方式提高非晶合金塑性的方法，其循环加载为非对称的轴向载荷，即单向压缩，通过这种方法可以较好的改善非
晶合金的塑性。但是，这种方式对于脆性更大的非晶合金，如La系非晶合金来说效果较差，
需要有一种更温和的加载方式促进脆性更大的非晶合金的回春，改善其塑性。

发明内容

[0005] 本发明通过弯曲变形的手段达到使非晶合金表面经历不同程度的循环加载，利用悬臂梁加载的方式，实现非晶合金内轴向应力的对称循环加载。利用这种方式可以实现块
体非晶合金表面受力自固定端到自由端的梯度变化。

[0006] 本发明通过以下技术方案来实现：

[0007] 一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法，包括以下步骤：

[0008] 首先，将切割、打磨、抛光并在80‑120℃下退火0.5‑3小时的镧(La)基非晶合金放入单悬臂梁夹具上；

[0009] 利用跨距为5‑20mm、自由端施加循环外应力的单悬臂梁加载方式使非晶合金表面产生内应力大小梯度变化的循环加载；

[0010] 取出循环加载后的试样。

[0011] 所述镧(La)基非晶合金是指成分为镧(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％；

[0012] 所述循环加载的最大应力优选为80‑120MPa；

[0013] 循环加载的振动频率优选为10‑50Hz；

[0014] 循环加载的加载时间优选为1‑2小时。

[0015] 本发明的效果：本发明提出的循环加载驱动非晶合金回春的方法使非晶合金硬度显著下降，且弛豫能有较明显的增大。通过悬臂梁加载，使非晶合金块体表面发生梯度变
化，使得在固定端区域的非晶合金的硬度下降20％，促进了非晶合金的回春。这种加载方式
对于脆性较大的非晶合金也有很好的回春效果，为进一步改善非晶合金的塑性变形能力提
供了新的思路与方案。

附图说明

[0016] 图1是本发明使用的悬臂梁循环加载的示意图。

[0017] 图2是本发明被振幅400μm、频率10Hz的循环载荷加载2小时后的镧基非晶合金试样表面的硬度分布。

[0018] 图3是本发明振幅400μm、频率10Hz的循环载荷加载2小时后的镧基非晶合金试样固定端与自由端区域的差示扫描量热图。

[0019] 图4是本发明跨距5mm、频率10Hz的循环载荷加载2小时前后的经退火处理的镧基非晶合金试样表面的硬度分布。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。

[0021] 图1是本发明使用的悬臂梁循环加载的示意图，左上说明了夹具与试样的相对位置，下方表示在此加载模式下，材料内应力从固定端(fixed end)到自由端(free end)是逐
渐降低的，而右方的图表示循环加载的频率，此图表示固定频率为10Hz。

[0022] 图2是本发明被振幅400μm、频率10Hz的循环载荷加载2小时后的镧基非晶合金试样表面的硬度分布。图上共有10个点，代表10个连续的区域所对应的的硬度大小，所示的区
域中心点间隔为1mm，图中可以看到固定端区域1的硬度较自由端区域10的硬度有一个很大
的下降。

[0023] 图3是本发明振幅400μm、频率10Hz的循环载荷加载2小时后的镧基非晶合金试样固定端与自由端区域的差示扫描量热图。其中小图部分是差示扫描量热图的局部放大，其
中峰值更高的线对应的是应力更大的区域1，这条线与基线包围的面积更大意味着有试样
有更高的弛豫能，说明区域1对应部分的试样发生了明显回春现象。

[0024] 实施例1

[0025] (1)制备La60Ni25Al15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60:25:15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，将合金铸锭熔化后吸注入铜模，其中铜模尺
寸为65x5x2mm,制备出La基非晶合金试样。

[0026] (2)初步处理：将步骤(1)制得的非晶合金块线切割成尺寸为40x2x1mm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，并在氮气
保护下进行100℃的退火，退火时间1小时。

[0027] (3)单悬臂梁循环加载处理：将试样放在Q800 DMA单悬臂梁夹具上，一端固定，关闭外壳并通入氮气保护气体，设定振动频率10Hz，振幅400μm，温度30℃，时间2小时。

[0028] (4)通过纳米压痕仪对经步骤(3)处理后的非晶合金块体试样进行表面硬度分析。图2上共有10个点，代表10个连续的区域所对应的的硬度大小，所示的区域中心点间隔为
1mm，图中可以看到固定端区域1的硬度较自由端区域10的硬度有一个很大的下降，说明循
环加载后，非晶合金块体表面有部分区域发生回春，导致硬度下降，下降程度为20％。

[0029] (5)将经步骤(3)处理后的块体试样进行线切割，取出区域1试样与区域10试样，进行差示量热法测试：在图3中小图部分是差示扫描量热图的局部放大，其中峰值更高的线对
应的是应力更大的区域1，这条线与基线包围的面积更大意味着有试样有更高的弛豫能，说
明区域1对应部分的试样发生了明显回春现象。

[0030] 实施例2

[0031] 图4是本发明跨距5mm、频率10Hz的循环载荷加载2小时前后的经退火处理的镧基非晶合金试样表面的硬度分布。图4中区域1是靠近固定端，区域4是靠近自由端，区域中心
点间隔是1mm，从图中可以看出，在未加载时试样各处的硬度均匀分布，而在加载后，靠近固
定端区域的硬度相对于循环加载前下降了26％。

[0032] 本发明提供了一种驱动非晶合金快速回春的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：单悬臂梁跨距为：5mm。

[0033] 结果检测：

[0034] 用回春后的镧基非晶合金试样进行纳米压痕测试，试样表面硬度分布如图4所示，图4中区域1是靠近固定端，区域4是靠近自由端，区域中心点间隔是1mm，从图中可以看出，
在未加载时试样各处的硬度均匀分布，而在加载后，靠近固定端区域的硬度相对于循环加
载前下降了26％。

[0035] 实施例3

[0036] 本发明提供了一种驱动非晶合金快速回春的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：镧基非晶合金采用跨距为5mm的单悬臂梁加载方式，并控制温度在200K下循环加载了
1小时。结果检测：用回春后的镧基非晶合金试样进行纳米压痕测试，发现在靠近固定端依
旧有硬度下降的现象，但硬度下降程度减弱，为5％。