一種非晶合金的處理方法
【專利摘要】本發明提供了一種非晶合金的處理方法，將非晶合金與固體顆粒置于同一容器中混合，容器運動使非晶合金與固體顆粒進行摩擦和碰撞處理；其中，所述固體顆粒的多維尺寸中至少有一維尺寸大于1mm，且多維尺寸中最大尺寸小于30mm，且固體顆粒密度大于2.5g/cm3，且固體顆粒顯微硬度大于等于4Gpa；摩擦和碰撞處理的時間大于1分鐘。本發明提供的非晶合金的處理方法，不僅可以使非晶合金獲得較高的機械強度，還可以顯著改善非晶合金的塑性變形能力，同時具有較高的生產效率，有利于工業化生產。
【專利說明】一種非晶合金的處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于非晶合金制造【技術領域】，更具體地，本發明涉及一種非晶合金的處理方法。
【背景技術】
[0002]非晶合金自1960年被首次發現以來，一直是研究的熱點。20世紀90年代采用多元合金化法，降低了非晶合金的臨界冷卻速度，實現了塊體非晶合金的制備，使該類材料的工程應用成為可能。非晶合金具有短程有序、長程無序的結構，使其具有高強度、高彈性極限、抗磨損等優異的力學性能。但由于非晶合金沒有晶粒，因此也就沒有位錯在晶體和晶界處的運動產生的塑性變形，這一特性一方面極大地影響非晶合金的應用范圍，另一方面由于可能受產品使用安全的影響難以發揮材料高強度高彈性的優異特性，大大限制了非晶合金作為新一代結構材料的應用。
[0003]非晶合金塑性的提高、韌性的改善，目前普遍認為主要通過增加合金表面或內部的自由體積，產生更多的剪切帶來實現。例如現有技術中有采用在非晶合金表面進行噴砂或噴丸的方式，以改善非晶合金的彎曲塑性變形的能力，取得良好的增塑和增韌效果。然而，噴砂或噴丸的工藝對于小型的產品生產效率低，對于大型的復雜結構產品，又難于實現均勻的噴射處理，甚至某些 部位難于噴射到位。
【發明內容】
[0004]本發明解決了現有技術中采用噴砂或噴丸對非晶合金進行表面處理工藝中存在的小型產品生產效率低、大型復雜結構產品難以噴射均勻到位的技術問題，提出一種非晶合金的處理方法。
[0005]具體地，本發明的技術方案為:
一種非晶合金的處理方法，將非晶合金與固體顆粒置于同一容器中混合，容器運動使非晶合金與固體顆粒進行摩擦和碰撞處理；其中，所述固體顆粒的多維尺寸中至少有一維尺寸大于Imm,且多維尺寸中最大尺寸小于30mm,且固體顆粒密度大于2.5g/cm3,且固體顆粒顯微硬度大于等于4Gpa ;摩擦和碰撞處理的時間大于I分鐘。
[0006]本發明提供的非晶合金的處理方法，通過先將非晶合金和固體顆粒置于容器中，然后通過容器運動使位于容器內的非晶合金和固體顆粒進行摩擦和碰撞處理，因此針對任何復雜形狀、無論是大型還是小型的非晶合金產品，其均能與固體顆粒發生充分摩擦和碰撞，從而顯著消除非晶合金產品表面缺陷，提高該非晶合金的的塑性及韌性，且工藝方法簡單、生產效率較高，方便于工業化生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明實施例1和對比例3處理后得到的非晶合金樣品的應力應變曲線圖。【具體實施方式】
[0008]本發明提供了一種非晶合金的處理方法，將非晶合金與固體顆粒置于同一容器中混合，容器運動使非晶合金與固體顆粒進行摩擦和碰撞處理；其中，所述固體顆粒的多維尺寸中至少有一維尺寸大于1mm，且多維尺寸中最大尺寸小于30mm，且固體顆粒密度大于
2.5g/cm3,且固體顆粒顯微硬度大于等于4Gpa ;摩擦和碰撞處理的時間大于I分鐘。
[0009]本發明提供的非晶合金的處理方法，通過先將非晶合金和固體顆粒置于容器中，然后通過容器運動使位于容器內的非晶合金和固體顆粒進行摩擦和碰撞處理，因此針對任何復雜形狀、無論是大型還是小型的非晶合金產品，其均能與固體顆粒發生充分摩擦和碰撞，從而顯著消除非晶合金產品表面缺陷，提高該非晶合金的的塑性及韌性，且工藝方法簡單、生產效率較高，方便于工業化生產。
[0010]其中，摩擦處理主要消除非晶合金表面缺陷，表面的缺陷(如夾雜物、氣孔、裂紋或尖銳的凸點)對于脆性合金材料，很容易成為應力集中點，也很容易成為起裂源，降低非晶合金的使用強度，影響產品的使用效果。而采用固體顆粒對其表面進行摩擦處理，則可以達到消除缺陷的效果。而固體顆粒對非晶合金表面的碰撞則會對合金產生壓應力處理或對合金產生微量的彈性變形處理，反復的壓應力處理和彈性處理會顯著增加合金表面或內部的剪切帶數量，從而提高合金的塑性變形的能力。
[0011]本發明中，容器運動可為現有技術中常見的各種運動形式，例如可以為振動、離心式或翻滾式運動等。容器的運動可通過設備進行，例如可以采用振動式研磨機、離心式研磨機、磁力研磨機，但不局限于此。
[0012]本發明的發明人發現，本發明中與非晶合金進行摩擦和碰撞處理的固體顆粒并非任意固體顆粒均可行，而是必須合適尺寸、足夠的材料密度及材料顯微硬度，才可以提供足夠的能量和表面特性， 對非晶合金表面進行摩擦切削及撞擊處理，才能消除產品表面缺陷、改善其彎曲塑性變形的能力。
[0013]例如，固體顆粒太小或密度太小，無法提供足夠的動能，對合金表面產生足夠的碰撞能量；固體顆粒太大，則無法對合金表面產生均勻有效地碰撞。本發明的發明人通過大量實驗發現，本發明所采用的固體顆粒的多維尺寸中至少有一維尺寸為1mm以上，且多維尺寸中最大尺寸為30mm以下,且固體顆粒密度大于2.5g/cm3，會對非晶合金表面產生有效地摩擦和撞擊效果。
[0014]同時，固體顆粒需要具有足夠的顯微硬度；顯微硬度太低，顆粒表面易于鈍化，顯著降低對非晶合金表面的摩擦處理效果，而且鈍化會吸收撞擊能，降低固體顆粒對合金表面壓應力處理和對合金產品的整體作用力。本發明的發明人通過大量實驗發現，固體顆粒具有大于等于4Gpa的顯微硬度，可以產生顯著的改善非晶合金強韌性的能力。
[0015]綜上，本發明中，所述固體顆粒的多維尺寸中至少有一維尺寸為1mm以上，且多維尺寸中最大尺寸為30mm以下，且固體顆粒密度大于2.5g/cm3,固體顆粒顯微硬度大于等于4Gpa。
[0016]為保證非晶合金與固體顆粒的摩擦和碰撞充分進行，本發明中，摩擦和碰撞處理的時間大于I分鐘。足夠多的處理時間，可以保證本發明處理后的非晶合金具有顯著地強韌性改善。但處理時間過長，則會影響非晶合金產品的尺寸精度，因此需要選擇適宜產品需求的作用時間。優選情況下，摩擦和碰撞處理的時間為5-60分鐘，但不局限于此。
[0017]采用本發明的方法對非晶合金處理過程中，非晶合金與固體顆粒過大的體積比會減少固體顆粒對非晶合金表面處理的幾率，并且產生相對運動的困難。本發明的發明人通過進一步地實驗發現，非晶合金與固體顆粒的體積比小于1:2時即能保證有足夠多的固體顆粒作用于非晶合金表面，從而可以顯著提高非晶合金表面處理的效率，達到理想的處理效果。
[0018]優選情況下，本 發明中，所述固體顆粒的平均粒徑為l_30mm。
[0019]由于非晶合金為亞穩態材料，在高溫條件下具有向晶態材料轉變的傾向，非晶合金一旦晶態化，則物理化學性能則會發生顯著惡化。因此，本發明中，所述容器內還容納有冷卻液，對相對運動過程中產生的摩擦和碰撞熱能進行冷卻，具有更佳的非晶合金增韌改善效果，并能避免非晶晶態化的風險。通常情況下，所述冷卻液的體積占容器體積的5%以上。為防止容器運動過程中冷卻液從容器內濺出，優選情況下，所述冷卻液的體積占容器體積的20%以下。所述冷卻液可直接采用現有技術中常用的各種具有液體，例如可直接采用水或水溶液。
[0020]本發明提供的處理方法，可以將成千上萬的非晶合金產品同時與固體顆粒混合，進行相對運動摩擦和撞擊處理，可以大幅的提高生產效率。
[0021]為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0022]實施例1
將成分為Zr53AlltlCu3ciNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設備將其鑄造到金屬模具中，得到尺寸為0.8mmX IOmmX IOOmm的非晶合金樣條產品。
將平均粒徑為5mm，密度為3.95g/cm3，顯微硬度為20.6Gpa的剛玉顆粒(其多維尺寸中最小尺寸為2mm,最大尺寸為8mm)與上述非晶合金樣條產品按4:1的體積比混合,并放入到ZHM-450型A振動式研磨機容器中，往容器內加入占容器體積10%的水溶液，設定振幅為2mm，振動處理時間為30分鐘，振動完成后得到處理后的樣品Cl。
[0023]實施例2
將成分為Zr55Al8.5Cu13Ni8.5Nb15的非晶合金熔融，通過壓鑄設備將其鑄造到金屬模具中，得到尺寸為0.8mmX IOmmX IOOmm的非晶合金樣條產品。
將平均粒徑為5mm，密度為2.65g/cm3，顯微硬度為IOGpa的石英顆粒(其多維尺寸中最小尺寸為1mm,最大尺寸為8mm)與上述非晶合金樣條產品按8:1的體積比混合,放入到ZHM-450型A振動式研磨機容器中，并加入占容器體積5%的水溶液，設定振幅為2_，振動處理時間為10分鐘，振動完成后得到處理后樣品C2。
[0024]實施例3
將成分為Zr53AlltlCu3ciNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設備將其鑄造到金屬模具中，得到尺寸為0.8mmX IOmmX IOOmm的非晶合金樣條產品。
將平均粒徑為5mm,密度4.5g/cm3,顯微硬度為15Gpa的錯石顆粒(其多維尺寸中最小尺寸為3mm,最大尺寸為6mm)與上述非晶合金樣條產品按8:1的體積比混合,放入到ZHM-450型A振動式研磨機容器中，并加入占容器體積5%的水溶液，設定振幅為2mm，振動處理時間為40分鐘，振動完成后得到處理后的樣品C3。
[0025]實施例4
將成分為Zr53AlltlCu3ciNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設備將其鑄造到金屬模具中，得到尺寸為0.8mmX IOmmX IOOmm的非晶合金樣條產品。
將平均粒徑為3_，密度7.7g/cm3，顯微硬度為5Gpa的鑄鐵丸(其多維尺寸中最小尺寸為2mm,最大尺寸為3mm)與上述非晶合金樣條產品按8:1的體積比混合,放入到ZHM-450型A振動式研磨機容器中，并加入占容器體積5%的水溶液，設定振幅為2_，振動處理時間為40分鐘，振動完成后得到處理后的樣品C4。
[0026]實施例5
將成分為Zr53AlltlCu3ciNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設備將其鑄造到金屬模具中，得到尺寸為0.8mmX IOmmX IOOmm的非晶合金樣條產品。
將平均粒徑為3mm,密度7.8g/cm3,顯微硬度為4Gpa的高碳鋼丸(其多維尺寸中最小尺寸為2.5mm,最大尺寸為3.2mm)與上述非晶合金樣條產品按8:1的體積比混合,放入到ZHM-450型A振動式研磨機容器中，并加入占容器體積5%的水溶液，設定振幅為2_，振動處理時間為40分鐘，振動完成后得到處理后的樣品C5。
[0027]對比例I
將成分為Zr53AlltlCu3ciNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設備將其鑄造到金屬模具中，得到尺寸為0.8mmX IOmmX IOOmm的非晶合金樣條產品。
將平均粒徑為3mm,密度2.7g/cm3,顯微硬度為IGpa的招丸(其多維尺寸中最小尺寸為
2.5mm，最大尺寸為3.5mm)與上述非晶合金樣條產品按8:1的體積比混合，放入到ZHM-450型A振動式研磨機容器中，并加入占容器體積5%的水溶液，設定振幅為2_，振動處理時間為40分鐘，振動完成后得到處理后的樣品D1。
[0028]對比例2
將成分為Zr53AlltlCu3ciNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設備將其鑄造到金屬模具中，得到尺寸為0.8mmX IOmmX IOOmm的非晶合金樣條產品。
將平均粒徑為4mm,密度8.6g/cm3,顯微硬度為2Gpa的銅丸(其多維尺寸中最小尺寸為
3.8mm，最大尺寸為4.3mm)與上述非晶合金樣條產品按8:1的體積比混合，放入到ZHM-450型A振動式研磨機容器中，并加入占容器體積5%的水溶液，設定振幅為2_，振動處理時間為40分鐘，振動完成后得到處理后的樣品D2。
[0029]對比例3 將成分為Zr53AlltlCu3ciNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設備將其鑄造到金屬模具中，得到尺寸為0.8mmX IOmmX IOOmm的非晶合金樣條產品。
將平均粒徑為0.5mm，密度3.95g/cm3，顯微硬度為20.6Gpa的剛玉顆粒(其多維尺寸中最小尺寸為0.1mm,最大尺寸為0.8mm)與上述非晶合金樣條產品按4:1的體積比混合,放入到ZHM-450型A振動式研磨機容器中，并加入占容器體積10%的水溶液，設定振幅為2mm，振動處理時間為30分鐘，振動完成后得到處理后的樣品D3。
[0030]性能測試
將各處理后的樣品C1-C5和D1-D3在萬能力學拉伸試驗機進行三點彎曲性能測試，跨距為50mm，加載速率為10mm/Min，獲得各樣品的彎曲強度和應變量，如表1所示。
【權利要求】
1.一種非晶合金的處理方法，其特征在于，將非晶合金與固體顆粒置于同一容器中混合，容器運動使非晶合金與固體顆粒進行摩擦和碰撞處理；其中，所述固體顆粒的多維尺寸中至少有一維尺寸為1mm以上，且多維尺寸中最大尺寸為30mm以下，且固體顆粒密度大于2.5g/cm3,固體顆粒顯微硬度大于等于4Gpa ;摩擦和碰撞處理的時間大于I分鐘。
2.根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，非晶合金與固體顆粒的體積比小于1:2。
3.根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述固體顆粒的平均粒徑為l_30mm。
4.根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述容器內容納有冷卻液，所述冷卻液的體積占容器體積的5%以上。
5.根據權利要求1-4任一項所述的處理方法，其特征在于，所述固體顆粒中含有金屬顆粒和/或非金屬顆粒。
6.根據權利要求5任一項所述的處理方法，其特征在于，所述金屬顆粒選自鑄鐵丸、高碳鋼丸中的一種或兩種。
7.根據權利要求5任一項所述的處理方法，其特征在于，所述非金屬顆粒選自剛玉、石英、鋯石中的一種以上。`
【文檔編號】C22F1/00GK103667646SQ201210363213
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月26日 優先權日:2012年9月26日
【發明者】張法亮, 李運春 申請人:比亞迪股份有限公司