CN103436925B - 一种提高非晶合金室温塑性的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高非晶合金室温塑性的方法，属于材料技术研究领域，具体涉及一种针对非晶虽然强度高但塑性非常低的特点，通过给非晶表面镀一层金属镍，来改善和提高非晶塑性的方法。其特征在于是通过电镀的方法，使已经成型的块体金属玻璃结构件的塑性提高，其基本过程为：第一步，用高真空非自耗电弧熔炼炉制作需要的实非晶验式样；第二步，对式样进行镀前处理；第三步，通过电镀，给非晶试样的表面镀一层晶体金属。通过本发明制造的非晶复合材料，塑性明显提高，而且非晶仍然保持原有的玻璃态结构。

Description

一种提高非晶合金室温塑性的方法

技术领域

本发明一种提高非晶合金室温塑性的方法，属于材料技术研究领域，具体涉及一种针对非晶虽然强度高但塑性非常低的特点，通过给非晶表面镀一层金属镍，来改善和提高非晶塑性的方法。

背景技术

块体非晶合金由于其较高的弹性极限、较大的拉伸和压缩强度以及较强的抗腐蚀能力等诸多特性引起了众多材料科学工作者的关注。然而，绝大多数块体非晶合金在室温下承载时，表现出脆性断裂，这是由于其在变形过程中形成了高度局域化的剪切带所造成的，当进一步变形时这些剪切带软化，最终在软化的剪切面上发生断裂，限制了非晶的工程应用。对于这一问题的解决，目前国际上主要采用在块体金属玻璃基体上引入第二相的方法，形成块体金属玻璃复合材料，使块体金属玻璃的塑性较之前的纯非晶块体金属玻璃有大幅度提高，主要的两种技术方法为内生法和外加法。陈光等发明了一种大块金属玻璃复合材料中树枝晶球化的方法（专利号：CN100494437C），通过低压铸造/水冷铜模急冷成型系统制备出塑性树枝晶/大块金属玻璃复合材料板状试样，再将塑性树枝晶/大块金属玻璃符合材料板状试样等温处理，然后水淬，制备出一种内生塑性球晶相块体金属玻璃复合材料，可以显著提高块体金属玻璃的宏观塑性。Jonhson等在块体金属玻璃基体中通过外加连续纤维增强相，采用渗流铸造法制备出连续纤维锆基块体金属玻璃复合材料，压缩塑性显著改善[R.D.Conner,R.B.Bandliker,W.L.Johnson.Acta.Mater.46.6089(1998)]。上述提到的两种提高塑性的方法都是通过改变了块体金属玻璃的内部结构和改变材料的固有性能来提高塑性，但很难解决单块非晶和已经成型的块体金属玻璃结构件的塑性提高的问题，因此一种新的提高金属玻璃的塑性方法的研究和开发已经势在必行。

发明内容

本发明一种提高非晶合金室温塑性的方法目的在于：针对非晶的脆性断裂问题，提供一种通过给非晶试样的表面镀一层金属镍塑性晶体，形成一种复合材料来改善和提高非晶塑性的方法，此类材料在承受载荷时晶体相阻止了单一剪切带贯穿整个试样，并促成了多重剪切带的形成，最终提高了材料的塑性。

本发明一种提高非晶合金室温塑性的方法，其特征在于是一种通过给非晶试样的表面镀一层金属镍塑性晶体，形成一种复合材料来改善和提高非晶塑性的方法，该方法是在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，欲镀金属试样为阳极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法，具体的工艺方法步骤为：

电镀液的配制

在烧杯中加入适量的高纯水，按配比为七水硫酸镍∶六水氯化镍∶硼酸=7∶1∶1用天平称量好药品的质量，由于硼酸不好溶，所以先将硼酸加入烧杯中，并用60-70℃的水进行水浴加热，再用玻璃棒不停搅拌，直到全溶为止，然后依次加入七水硫酸镍和六水氯化镍，分别搅拌至全溶，最后继续向烧杯中加入高纯水至指定体积，配置好的电镀液成深绿色；

电镀过程

该电镀过程主要分以下几个步骤：

1）选用纯度高于99.9%的金属，按照Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti_5.0的原子成分进行配料；

2）用高真空非自耗电弧熔炼炉，并在高纯Ar保护下将所配置的原料1）熔炼成母合金纽扣锭，然后吸铸成所需非晶试样的板、棒初始材料；

3）对2）得到的非晶试样进行表面处理，磨到600号砂纸达到电镀要求，太光滑电镀结合不牢固；

4）以被镀金属为阴极，连接电源的负极，欲镀金属为阳极，连接电源的正极，非晶试样板或棒连接电源的负极，纯镍片连接电源的正极，将正负极放入装有电镀液的烧杯中，并将烧杯放入水浴锅中进行35℃-45℃的水浴加热，开始电镀；

5）在电镀过程中不断搅拌，以驱赶附着在镀件上的气泡，持续3-6小时的时间，关闭电源，停止电镀。

本发明一种提高非晶合金室温塑性的方法的优点在于：针对非晶的脆性断裂问题，提供了一种通过给非晶试样的表面镀一层金属镍塑性晶体，形成一种复合材料来改善和提高非晶塑性的方法，此类材料在承受载荷时晶体相阻止了单一剪切带贯穿整个试样，并促成了多重剪切带的形成，最终提高了材料的塑性。镀层性能不同于基体金属，具有新的特征。非晶作为阴极，脆性大、塑性小，镀层金属作为阳极，一般选择选择塑性较大的晶体金属，这样形成的复合材料在室温下塑性明显提高。

附图说明

图1是电镀基本原理示意图，1为镀件，即阴极；2为欲镀金属片，即阳极；3为电镀液；4为电镀容器。

图2是电镀3小时的2mm的棒在室温下压缩的应力-应变曲线；

图3是电镀3小时的2mm的棒压缩后断口形貌图。

具体实施方式

本发明突破了通过在块体金属玻璃中引入第二相改善材料本身的性能来提高其塑性的传统做法，而是通过电镀的方法，在非晶表面镀一层塑性较好的晶体金属，形成一种非晶和晶体的复合材料，以此来改善非晶的性能，并以成分为Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti_5.0，直径为2mm米的非晶棒上镀镍为例，进行说明。

实施方式1

首先是电镀液的配制：电镀液的配比为

七水硫酸镍280g/L

六水氯化镍40g/L

硼酸40g/L

具体的操作方法为：在烧杯中加入适量的高纯水，按配比用天平称量好药品的质量，由于硼酸不好溶，所以先将硼酸加入烧杯中，并用65℃的水进行水浴加热，用玻璃棒不停搅拌，直到全溶为止。然后依次加入硫酸镍和氯化镍，分别搅拌至全溶，最后继续向烧杯中加入高纯水至指定的量。配置好的电镀液成深绿色。

之后是电镀的过程，电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程。电镀的基本过程是将零件浸在金属盐的溶液中作为阴极，接在电源负极上；金属板作为阳极，接在电源正极上。接通直流电源后，在零件上沉积出所需的镀层。其基本原理图如图1。

以镀镍为例，镀镍时，阴极为待镀零件，阳极为纯镍，在阴阳极分别发生如下反应：阴极(镀件)：Ni²⁺+2e→Ni

阳极(纯镍)：Ni-2e→Ni²⁺

本发明采用型号为QJ3005XE的直流电源，将电源线接好后，打开电源，调整至适当的电压和电流，开始电镀，在电镀过程中适时搅拌，以驱赶附着在镀件表面的气泡，保证镀件质量。

图2为由本发明制作的非晶复合材料和未经本专利处理的材料室温下压缩的应力-应变曲线，从图中可以看到强度虽然有所降低，但不是很明显，但是塑性得到了明显的提高，展现出非常良好的力学性能。

图3为由本发明制作的非晶复合材料试式样压缩后的断口图，由图可以看出外面的塑性晶体镀层明显的限制了内部非晶的断裂，由此可进一步说明，本发明有提高非晶塑性的作用。

下面以成分为Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti_5.0，直径为2mm米的非晶棒上镀镍为例，对本专利进行进一步说明：

1、选用纯度高于99.9%的Zr、Cu、Ni、Al和Ti作为原料，按照Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti_5.0的原子成分进行配比；

2、用高真空非自耗电弧熔炼炉，并在高纯Ar保护下将原料熔炼成母合金纽扣锭，然后吸铸成2mm的非晶棒；

3、用电钻夹住非晶棒，以砂纸包覆对非晶棒进行打磨；

4、非晶棒连接电源的负极，纯镍片连接电源的正极，将正负极放入装有电镀液的烧杯中，并将烧杯放入水浴锅中进行40℃的水浴加热，调整电源电压为：1.44V，开始电镀，电镀过程中电流在32mA-71mA之间变动。

5、电镀过程中不断搅拌，以驱赶附着在镀件上的气泡，3小时后关闭电源，停止电镀。

实施方式2

配制电镀液时水浴加热温度为60℃，电镀时水浴加热温度为35℃，电镀时间为5小时，其它同实施方式1。

实施方式3

欲镀工件为65*5*1.5mm的板，电源电压为1.20V，配制电镀液时水浴加热温度为70℃，电镀时水浴加热温度为45℃，电镀时间为3小时，其它同实施方式1。

该方法可以通过调整电压，改变电流的大小来调整电镀的速度改变电镀的时间来调整镀层的厚度。

以上是有关本发明较佳实施方式的说明。在此，需要说明的一点是，本发明并不局限于以上实施例方式，在满足权利要求书、发明详细说明以及附图等范围要求的情况下，可以对本发明进行各种变更实施，而这些均属于本发明范围之内。

Claims (1)

1.一种提高非晶合金室温塑性的方法，其特征在于是一种通过给非晶试样的表面镀一层金属镍塑性晶体，形成一种复合材料来改善和提高非晶塑性的方法，该方法是在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，欲镀金属试样为阳极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法，具体的工艺方法步骤为：

电镀液的配制

在烧杯中加入适量的高纯水，按配比为七水硫酸镍∶六水氯化镍∶硼酸=7∶1∶1用天平称量好药品的质量，由于硼酸不好溶，所以先将硼酸加入烧杯中，并用60-70℃的水进行水浴加热，再用玻璃棒不停搅拌，直到全溶为止，然后依次加入七水硫酸镍和六水氯化镍，分别搅拌至全溶，最后继续向烧杯中加入高纯水至指定体积，配制好的电镀液成深绿色；

电镀过程

该电镀过程主要分以下几个步骤：

1）选用纯度高于99.9%的金属，按照Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti_5.0的原子成分进行配料；

2）用高真空非自耗电弧熔炼炉，并在高纯Ar保护下将所配制的原料1）熔炼成母合金纽扣锭，然后吸铸成所需非晶试样的板、棒初始材料；

3）对2）得到的非晶试样进行表面处理，磨到600号砂纸达到电镀要求，太光滑电镀结合不牢固；

4）以被镀金属为阴极，连接电源的负极，欲镀金属为阳极，连接电源的正极，非晶试样板或棒连接电源的负极，纯镍片连接电源的正极，将正负极放入装有电镀液的烧杯中，并将烧杯放入水浴锅中进行35℃-45℃的水浴加热，开始电镀；

在电镀过程中不断搅拌，以驱赶附着在镀件上的气泡，持续3-6小时的时间，关闭电源，停止电镀。