CN102534436A - 一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维及其制备方法，涉及钴基非晶纳米晶双相金属纤维及其制备方法。解决现有微米尺度的钴基非晶纤维拉伸塑性差的问题。本发明双相金属纤维的名义组成为Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25，钴基非晶纳米晶双相金属纤维的非晶基体上弥散分布着尺寸为4～20纳米的晶态相，晶态相的体积分数为5％～85％。将利用精密熔体抽拉金属非晶丝装置得的非晶态金属纤维进行多道次冷拔处理即可。本发明双相金属纤维的屈服强度为1208～2108MPa，断裂强度为3044～3976MPa，拉伸塑性应变0.36％～1.64％。本发明的制备方法制备工艺简便。拓展了钴基非晶纤维材料的应用空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维及其制备方法。
背景技术
非晶态合金由于其独特的长程无序短程有序结构，具有诸多优异的性能：较高的强度和硬度，较大的弹性应变极限和良好的弹性储存能力，优异的磁学和电化学特性，因而被认为是最有潜力的一类结构与功能材料。但非晶合金由于应变软化导致的剪切带局域化，在室温条件下塑性(尤其是拉伸塑性)很低，一般在超过弹性极限后即发生灾难性的断裂，限制了该类材料的应用范围。因此，改善该类材料的塑性，尤其是拉伸塑性成为国内外非晶材料研究领域的前沿和热点。
近年来，各国学者致力于具有较大压缩塑性的非晶合金及其复合材料体系开发及其性能优化，取得了显著的成果，而对于具有明显拉伸塑性应变的材料研究仍有待进一步的深入。另一方面，研究结果表明随着样品尺寸的减小，纳米、微米尺度样品力学特性将发生不同于块体材料的显著强化。已有文献表明，纳米、亚纳米尺度锆基非晶合金在拉伸过程中剪切带扩展被完全抑制，表现出显著的均匀流变特性，而对于更大尺度范围的具有明显拉伸塑性的微米尺度非晶合金及其复合材料缺乏深入研究。在现有技术中，在非晶基体上原位吸出或外加微细颗粒可以有效抑制剪切带的形核和扩展。对比已有的改善非晶材料塑性的方法，成分调整或者热处理均不适合与微尺度金属非晶复合纤维样品。机械形变处理由于其工艺简单，过程可控，不仅可以在样品中产生特定的应力分布，在某种特定情况下还可以促使非晶基体上微小纳米晶的产生，从而改善其性能。Q.Cao，J.Liu，K.Yang在Acta Mater(材料学报)2010年第58卷第4期上发表的Effect of pre-existing shear bands onthe tensile mechanical properties of a bulk metallic glass(预处理剪切带对块体金属玻璃拉伸性能的影响)，公开了Zr64.13Cu15.75Ni10.12Al10块体非晶合金，文中公开采用正向轧制和反向轧制对该种材料进行机械变形处理。变形量为100％的正反双相轧制样品表现出0.27％拉伸塑性，但无晶化或相分离产生，相应的抗拉强度为1754MPa。轧制过程样品表面由于轧制应力产生的剪切带能够有效抑制和稳定主剪切带的扩展，提高其拉伸性能。
Y.Wu，H.H.Wu，X.D.Hui等人在Acta Mate(材料学报)2010年第58卷第7期上发表的Effects of drawing on the tensile fracture strength and its reliability of small-sizedmetallic glasses(拉拔处理对小尺寸金属玻璃材料强度和断裂可靠性的影响)，公开了Co69.5Fe4.5Cr1Si8B17内圆水纺纤维，文中对比制备态、22％变形量和82％变形量纤维的非晶化程度分别为12.5％，10.9％和14.1％，纳米晶数量略有变化。纤维强度分别为2816MPa，3430MPa和2996MPa，但无相关塑性变化报道，其强度增加归因于材料表面宏观缺陷的改善和拉拔过程产生的表面残余应力。W.H.Jiang，M.Atzmon等人在Acta Mate(材料学报)2003年第51卷第7期上发表The effect of compression and tension on shear-bandstructure and nanocrystallization in amorphous Al90Fe5Gd5 a high-resolution transmissionelectron microscopy study(拉伸和压缩条件下非晶Al90Fe5Gd5合金剪切带和纳米晶化的研究)中，借助高分辨电镜手段在非晶态铝基薄带中首次发现了应力作用下非晶合金内部出现大量的纳米晶化现象，但缺乏关力学特性的报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有微米尺度的钴基非晶纤维拉伸塑性差的基本问题，提供了一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维及其制备方法。本发明对利用熔体抽拉法获得的非晶态金属纤维进行多道次拉拔处理，得到在非晶基体上原位吸出纳米晶的具有较高强度和拉伸塑性的钴基非晶纳米晶双相金属纤维。
本发明的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的名义组成为Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25，钴基非晶纳米晶双相金属纤维的非晶基体上弥散分布着尺寸为4～20纳米的晶态相，晶态相的体积分数为5％～85％。
本发明的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按照名义组成Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25分别称取Co、Fe、Si和B，然后将称取的Co、Fe、Si和B熔炼制成直径为6～10mm的预制棒，然后将预制棒放入精密熔体抽拉金属非晶丝装置中，制备得直径为55～65微米的非晶态金属纤维；二、将步骤一制备的非晶态金属纤维利用金刚石冷拔模具进行变形量为5％～75％的多道次冷拔处理，获得钴基非晶纳米晶双相金属纤维。
本发明的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的屈服强度为1208～2108MPa，断裂强度为3044～3976MPa，拉伸塑性应变0.36％～1.64％。
本发明中所述的变形量指代的是截面面收缩率。
本发明的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法的步骤一中利用精密熔体抽拉金属非晶丝装置制备非晶态金属纤维属于本领域已有技术。
本发明的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法的步骤二的冷拔处理过程中控制每道次的变形量低于7％，优选控制为1.5％～6.8％。
本发明通过对步骤一中经精密熔体抽拉金属非晶丝装置制备得到的非晶态金属纤维进行机械变形处理(步骤二)，在硬的非晶基体上引入软的4～20纳米的晶态相，导致非晶结构和机械性能的不均匀性，这种不均匀性抑制了变形过程中剪切带的形成和扩散，从而获得较大的拉伸塑性变形。非晶态金属纤维经过机械形变处理原位吸出纳米晶，原理简单，操作方便，不仅适合钴基纤维生产，也可用于锆基、钛基、镁基等成分纤维的成形。
本发明具有以下优点：本发明的钴基非晶纳米晶双相金属纤维具有高的热稳定性和高的抗拉强度，尤其是具有显著的塑性应变，因而具有良好的应用前景。本发明将非晶态金属纤维通过简单的金刚石冷拔模具冷拔处理即可获得含原位吸出纳米晶的非晶合金，无需进行部分晶化处理，降低了材料结构弛豫产生的脆化的可能性。
本发明的制备方法采用了简便的制备工艺，降低了工艺难度和工艺成本。制备了具有较大拉伸塑性应变的钴基非晶纳米晶双相纤维的新方法，拓展了钴基非晶纤维材料的应用空间。
附图说明
图1是试验1制备得到的不同变形量的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的扫描电子显微镜照片；
图2是试验1的步骤八制备得到的变形量为75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的截面的扫描电子显微照片；
图3是试验1的步骤一制备的60微米的非晶态金属纤维的高分辨电镜照片；
图4是试验1的步骤六制备得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的高分辨电镜照片；
图5是试验1的步骤八制备得到的变形量为75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的高分辨电镜照片；
图6是试验1的步骤一制备的60微米的非晶态金属纤维的成分偏析图；
图7是试验1的步骤六得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的成分偏析图；
图8是试验1制备得到的不同变形量的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的热分析曲线图，其中，曲线1是变形量为0的，曲线2是变形量为19％的，曲线3是变形量为36％的，曲线4是变形量为51％的，曲线5是变形量为64％的；
图9是试验1制备的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的抗拉强度随变形量变化曲线图；
图10是试验1制备得到的不同变形量的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的拉伸曲线图，其中，曲线1为变形量为0的，曲线2是变形量为51％的，曲线3是变形量为75％的。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式为钴基非晶纳米晶双相金属纤维，钴基非晶纳米晶双相金属纤维的名义组成为Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25，钴基非晶纳米晶双相金属纤维的非晶基体上弥散分布着尺寸为4～20纳米的晶态相，晶态相的体积分数为5％～85％。
本实施方式的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的屈服强度为1208～2108MPa，断裂强度为3044～3976MPa，拉伸塑性应变0.36％～1.64％。
本实施方式的钴基非晶纳米晶双相金属纤维具有高的热稳定性和高的抗拉强度，尤其是具有显著的塑性应变的非晶纳米晶双相金属纤维，因而具有良好的应用前景。
具体实施方式二：本实施方式为如具体实施方式一所述的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其是通过以下步骤实现的：一、按照名义组成Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25分别称取Co、Fe、Si和B，然后将称取的Co、Fe、Si和B熔炼制成直径为6～10mm的预制棒，然后将预制棒放入精密熔体抽拉金属非晶丝装置中，制备得直径为55～65微米的非晶态金属纤维；二、将步骤一制备的非晶态金属纤维利用金刚石冷拔模具进行变形量为5％～75％的多道次冷拔处理，得钴基非晶纳米晶双相金属纤维。
本实施方式的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的屈服强度为1208～2108MPa，断裂强度为3044～3976MPa，拉伸塑性应变0.36％～1.64％。
本实施方式中所述的变形量指代的是截面面收缩率。
本实施方式步骤一中将称取的Co、Fe、Si和B采用真空电弧熔炼吸铸成直径为6～10mm的预制棒。
本实施方式通过对步骤一中经精密熔体抽拉金属非晶丝装置制备得到的非晶态金属纤维进行机械变形处理(步骤二)，在硬的非晶基体上引入软的4～20纳米的晶态相，导致非晶结构和机械性能的不均匀性，这种不均匀性抑制了变形过程中剪切带的形成和扩散，从而获得较大的拉伸塑性变形。非晶态金属纤维经过机械形变处理原位吸出纳米晶，原理简单，操作方便，不仅适合钴基纤维生产，也可用于锆基、钛基、镁基等成分纤维的成形。
本实施方式具有以下优点：本实施方式的钴基非晶纳米晶双相金属纤维具有高的热稳定性和高的抗拉强度，尤其是具有显著的塑性应变，因而具有良好的应用前景。本实施方式将非晶态金属纤维通过简单的金刚石冷拔模具冷拔处理即可获得含原位吸出纳米晶的非晶合金，无需进行部分晶化处理，降低了材料结构弛豫产生的脆化的可能性。
本实施方式的制备方法采用了简便的制备工艺，降低了工艺难度和工艺成本。制备了具有较大拉伸塑性应变的钴基非晶纳米晶双相纤维的新方法，拓展了钴基非晶纤维材料的应用空间。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一具体按以下步骤完成：按照名义组成Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25分别称取Co、Fe、Si和B，然后将称取的Co、Fe、Si和B熔炼制成直径为6～10mm的预制棒，然后将预制棒放入精密熔体抽拉金属非晶丝装置的BN坩埚中，利用感应加热装置将预制棒熔化形成具有馒头状凸起的合金熔液，然后在1150℃下，利用升降装置使合金熔液以90μm/s的速度上升，直至合金熔液顶部与线速度为15m/min的旋转的金属辊轮接触，抽拉圆化成丝，制备得直径为55～65微米的非晶态金属纤维；其中，金属辊轮为铜轮，直径160mm，加工成带有角度的刃形外圆。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。
本实施方式中感应加热装置的感应线圈形状为盘香状，匝数3圈。控制预制棒顶端与金属辊轮底部尖端的距离为3mm。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤一中制备得直径为60微米的非晶态金属纤维。其它步骤及参数与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二、三或四不同的是步骤二的多道次冷拔处理过程中控制每道次的变形量低于7％。其它步骤及参数与具体实施方式二、三或四相同。
本实施方式中由于金刚石冷拔模具内控尺寸的限制，每道次冷拔处理会选择不同的变形量，但只要控制变形量低于7％即可。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二、三或四不同的是步骤二的多道次冷拔处理过程中控制每道次的变形量为1.5％～6.8％。其它步骤及参数与具体实施方式二、三或四相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤二具体按以下步骤完成：a、将步骤一制备的直径为55～65微米的非晶态金属纤维的一端进行机械周向研磨，在非晶态金属纤维的一端得到比b步骤采用的金刚石冷拔模具内孔直径小，长度为20mm的细端；b、将a步骤处理得到的非晶态金属纤维的细端穿过金刚石冷拔模具，采用机械夹持的方式进行拉拔处理，得到钴基非晶纳米晶双相金属纤维；c、将步骤b得到的钴基非晶纳米晶双相金属纤维代替a步骤中所述的步骤一制备的直径为55～65微米的非晶态金属纤维，重复操作1～20次步骤a和b，进行多道次拉拔处理，得到钴基非晶纳米晶双相金属纤维。
其它步骤及参数与具体实施方式二至六之一相同。
本实施方式得到的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的变形量为5％～75％，其中，变形量指代的是截面面收缩率。
本实施方式中当制备变形量低于7％为4％～6％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维时，只进行步骤a和b即可。若制备变形量不低于7％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维时，可通过计算重复操作相应次数的步骤a和b即可。
本实施方式的b步骤中采用的金刚石冷拔模具是与a步骤处理得到的非晶态金属纤维的细端的直径相匹配的。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是步骤二中将步骤一制备的非晶态金属纤维利用金刚石冷拔模具进行变形量为5％～75％的多道次冷拔处理过程中，金刚石冷拔模具内放入润滑剂，润滑剂选用煤油或肥皂水。其它步骤及参数与具体实施方式二至七之一相同。
为了验证本发明的有益效果，进行如下试验：
试验1：钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其是通过以下步骤实现的：一、按照名义组成Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25分别称取Co、Fe、Si和B，然后将称取的Co、Fe、Si和B采用真空电弧熔炼吸铸成直径为8mm的预制棒，然后将预制棒放入精密熔体抽拉金属非晶丝装置中，制备得直径为60微米的非晶态金属纤维；
二、将步骤一制备的直径为60微米的非晶态金属纤维的一端进行机械周向研磨，在非晶态金属纤维的一端得到比b步骤采用的金刚石冷拔模具内孔直径小，长度为20mm的细端，然后将处理得到的非晶态金属纤维的细端穿过内孔直径为58微米的金刚石冷拔模具，采用机械夹持的方式进行第1道次拉拔处理，得到变形量为6.56％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(直径为58微米)；
三、将步骤二得到的变形量为6.56％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的一端进行机械周向研磨，在非晶态金属纤维的一端得到比b步骤采用的金刚石冷拔模具内孔直径小，长度为20mm的细端，然后将处理得到的非晶态金属纤维的细端穿过内孔直径为56微米的金刚石冷拔模具，采用机械夹持的方式进行第2道次拉拔处理，得到变形量为12.89％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(直径为56微米)，此道次的变形量为6.33％；四、将步骤三得到的变形量为12.89％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的一端进行机械周向研磨，在非晶态金属纤维的一端得到比b步骤采用的金刚石冷拔模具内孔直径小，长度为20mm的细端，然后将处理得到的非晶态金属纤维的细端穿过内孔直径为54微米的金刚石冷拔模具，采用机械夹持的方式进行第3道次拉拔处理，得到变形量为19％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(直径为54微米)，此道次的变形量为6.11％；
五、按照逐次将钴基非晶纳米晶双相金属纤维的直径减少2微米的截面面积缩小率(即变形量或截面面收缩率)，将步骤四得到的变形量为19％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维按照步骤四的操作依次通过内孔直径为52微米、50微米和48微米的金刚石冷拔模具，进行3道次拉拔处理，得到变形量为36％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(直径为48微米)，其中每道次对应的变形量依次为5.89％、5.67％和5.44％；
六、按照逐次将钴基非晶纳米晶双相金属纤维的直径减少1.5微米的截面面积缩小率(即变形量或截面面收缩率)，将步骤五得到的变形量为36％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维按照步骤四的操作依次通过内孔直径为46.5微米、45微米、43.5微米和42微米的金刚石冷拔模具，进行4道次拉拔处理，得到变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(直径为42微米)，其中每道次对应的变形量依次为3.94％、3.81％、3.69％和3.56％；
七、按照逐次将钴基非晶纳米晶双相金属纤维的直径减少1.5微米的截面面积缩小率(即变形量或截面面收缩率)，将步骤六得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维按照步骤四的操作依次通过内孔直径为40.5微米、39微米、37.5微米和36微米的金刚石冷拔模具，进行4道次拉拔处理，得到变形量为64％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(直径为36微米)，其中每道次对应的变形量依次为3.44％、3.31％、3.19％和3.06％；
八、按照逐次将钴基非晶纳米晶双相金属纤维的直径减少1.5微米的截面面积缩小率(即变形量或截面面收缩率)，将步骤七得到的变形量为64％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维按照步骤四的操作依次通过内孔直径为34.5微米和33微米的金刚石冷拔模具，进行2道次拉拔处理，得到变形量为69.75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(直径为33微米)，其中每道次对应的变形量依次为2.94％和2.81％；
九、按照逐次将钴基非晶纳米晶双相金属纤维的直径减少1微米的截面面积缩小率(即变形量或截面面收缩率)，将步骤八得到的变形量为69.75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维按照步骤四的操作依次通过内孔直径为32微米、31微米和30微米的金刚石冷拔模具，进行3道次拉拔处理，得到变形量为75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(直径为30微米)，其中每道次对应的变形量依次为1.81％、1.75％和1.69％；
试验1中所述的变形量指代的是截面面收缩率。试验1共进行了20道次的拉拔处理。
本试验步骤一得到的直径为60微米的非晶态金属纤维(变形量为0)、步骤四得到的变形量为19％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维、步骤五得到的变形量为36％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维、步骤六得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维、步骤七得到的变形量为64％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维和步骤八得到的变形量为75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的扫描电子显微镜照片如图1所示，可见，试验制备得到的钴基非晶纳米晶双相金属纤维粗细均匀，表面光洁，无制备过程中出现的沟槽、瑞丽波等缺陷。
本试验步骤步骤八得到的变形量为75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的截面的扫描电子显微照片如图2所示，由图2可见，变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维中具有较高的圆整度，克服了制备过程中辊轮激冷作用所带来的沟槽缺陷。
本试验步骤一制备得到的60微米的非晶态金属纤维的高分辨电镜照片如图3所示。
本试验的步骤六中得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的屈服强度为1620MPa，断裂强度为3976MPa，拉伸塑性为1.64％。对其进行热力学分析，获得晶化转变温度Tx＝824K。离子减薄后的样品进行高分辨电镜观察(如图4所示)，计算其晶化分数为20.31％。由图4可以看出，步骤七得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维中弥散分布着4～5纳米的晶态相，晶态相的体积分数为20.31％。
本试验的步骤八中得到的变形量为75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的屈服强度为1208MPa，断裂强度为3044MPa，拉伸塑性为0.778％。对其进行热力学分析，获得晶化转变温度Tx＝826K。离子减薄后的样品进行进行高分辨电镜观察(如图5所示)，计算其晶化分数为85.94％。
本试验的步骤三中得到的变形量为12.89％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的屈服强度为1936MPa，断裂强度为3510MPa，拉伸塑性为0.62％。对其进行热力学分析，获得晶化转变温度Tx＝825K。计算其晶化分数为5％。
本试验步骤一制备得到的60微米的非晶态金属纤维的成分偏析图如图6所示，步骤六得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的成分偏析图如图7所示。对比图6和图7可见，初始制备的样品由于辊轮的激冷作用，在辊轮接触区域存在很大的成分偏析，钴含量较高，硅含量较低，铁含量无明显偏析。36％变形后纤维成分均匀化程度提高，整个截面上成分均无明显变化。
本试验步骤一得到的直径为60微米的非晶态金属纤维(变形量为0，曲线1)、步骤四得到的变形量为19％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(曲线2)、步骤五得到的变形量为36％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(曲线3)、步骤六得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(曲线4)、步骤七得到的变形量为64％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(曲线5)的热分析曲线分别如图8中曲线1、2、3、4和5所示。可以看出，制备态样品存在明显和玻璃转变温度Tg约为736K，且存在一个很大的晶化吸热峰，晶化温度Tk为824K。随着多道次变形处理的进行，所制备样品玻璃转变温度钝化，晶化吸热峰减小，但晶化温度几乎不变。
本试验步骤一得到的直径为60微米的非晶态金属纤维、步骤四得到的变形量为19％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维、步骤五得到的变形量为36％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维、步骤六得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维、步骤七得到的变形量为64％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维和步骤八得到的变形量为75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的抗拉强度随变形量变化曲线图如图9所示，可见，随着变形程度的增加，金属纤维的强度呈现现增加后减小的趋势，变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维的拉伸强度达到3600～4000MPa。
本试验步骤一得到的直径为60微米的非晶态金属纤维(变形量为0，曲线1)、步骤六得到的变形量为51％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(曲线2)和步骤八得到的变形量为75％的钴基非晶纳米晶双相金属纤维(曲线3)的拉伸曲线分别如图10中曲线1、2和3所示，分析对比可知，未经变形处理样品具有很高的非晶化程度，拉伸过程呈现明显的脆性断裂特征，无明显的塑性应变；51％变形程度样品由于具备非晶纳米晶双相结构，能够有效抑制变形过程中剪切带的形成与扩展，表现出较高的强度和拉伸塑性；75％样品由于内部存在大量纳米晶颗粒，变形过程中在与非晶基体界面处存在很大的应力集中，进而表现出较低的拉伸强度和塑性。
本试验中对不同变形量的样品(钴基非晶纳米晶双相金属纤维)按照美国材料试验协会ASTM D3379-75标准进行力学特性测试，每组样品至少测试十组取平均值。对三种典型的样品(步骤一得到的直径为60微米的非晶态金属纤维，51％变形量，75％变形量)离子减薄后利用Tecnai G2F30进行高分辨电镜观察。
Claims (8)
1.一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维，其特征在于钴基非晶纳米晶双相金属纤维的名义组成为Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25，钴基非晶纳米晶双相金属纤维的非晶基体上弥散分布着尺寸为4～20纳米的晶态相，晶态相的体积分数为5％～85％。
2.如权利要求1所述的一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其特征在于钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按照名义组成Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25分别称取Co、Fe、Si和B，然后将称取的Co、Fe、Si和B熔炼制成直径为6～10mm的预制棒，然后将预制棒放入精密熔体抽拉金属非晶丝装置中，制备得直径为55～65微米的非晶态金属纤维；二、将步骤一制备的非晶态金属纤维利用金刚石冷拔模具进行变形量为5％～75％的多道次冷拔处理，得钴基非晶纳米晶双相金属纤维。
3.根据权利要求2所述的一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其特征在于步骤一具体按以下步骤完成：按照名义组成Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25分别称取Co、Fe、Si和B，然后将称取的Co、Fe、Si和B熔炼制成直径为6～10mm的预制棒，然后将预制棒放入精密熔体抽拉金属非晶丝装置的BN坩埚中，利用感应加热装置将预制棒熔化形成具有馒头状凸起的合金熔液，然后在1150℃下，利用升降装置使合金熔液以90μm/s的速度上升，直至合金熔液顶部与线速度为15m/min的旋转的金属辊轮接触，抽拉圆化成丝，制备得直径为55～65微米的非晶态金属纤维；其中，金属辊轮为铜轮，直径160mm，加工成带有角度的刃形外圆。
4.根据权利要求2或3所述的一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其特征在于步骤一中制备得直径为60微米的非晶态金属纤维。
5.根据权利要求2或3所述的一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其特征在于步骤二的多道次冷拔处理过程中控制每道次的变形量低于7％。
6.根据权利要求2或3所述的一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其特征在于步骤二的多道次冷拔处理过程中控制每道次的变形量为1.5％～6.8％。
7.根据权利要求2或3所述的一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其特征在于步骤二具体按以下步骤完成：a、将步骤一制备的直径为55～65微米的非晶态金属纤维的一端进行机械周向研磨，在非晶态金属纤维的一端得到比b步骤采用的金刚石冷拔模具内孔直径小，长度为20mm的细端；b、将a步骤处理得到的非晶态金属纤维的细端穿过金刚石冷拔模具，采用机械夹持的方式进行拉拔处理，得到钴基非晶纳米晶双相金属纤维；c、将步骤b得到的钴基非晶纳米晶双相金属纤维代替a步骤中所述的步骤一制备的直径为55～65微米的非晶态金属纤维，重复操作1～20次步骤a和b，进行多道次拉拔处理，得到钴基非晶纳米晶双相金属纤维。
8.根据权利要求2或3所述的一种钴基非晶纳米晶双相金属纤维的制备方法，其特征在于步骤二中将步骤一制备的非晶态金属纤维利用金刚石冷拔模具进行变形量为5％～75％的多道次冷拔处理过程中，金刚石冷拔模具内放入润滑剂，润滑剂选用煤油或肥皂水。
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