一种提高非晶合金强塑性的加工处理方法及其产品和应用

本发明涉及非晶合金加工领域，具体涉及一种利用高压退火工艺调控非晶合金能量状态以改善其强塑性的加工处理方法及其产品和应用。

背景技术：

1、非晶合金是采用快速凝固冶金技术制成的，兼有一般金属和玻璃优异性能的新型金属合金材料。其独特的原子结构和金属价键使得非晶合金具有一系列优异的物理化学性能，如高强度、高断裂韧性、优异的催化性能、软磁性能等，在许多场景有着巨大的应用潜力。但是，在实际应用中非晶合金存在着一个致命的问题——在室温下非晶合金容易发生脆性断裂，无法满足应用中所需的宏观室温塑性变形能力。

2、因此，怎样获得兼具高强度和高塑性的非晶合金是本领域一个十分重要的问题。

3、非晶合金的回春效应是指非晶合金在经历某些外部作用(如机械形变)后，其局部区域会出现能量状态较高的非晶态结构，从而导致整体能量状态升高。由于非晶合金长程无序的原子排布，其内部结构有比晶态材料更大的可调节能力。非晶合金的回春效应往往会带来塑性的提升，所以回春效应是提升非晶合金塑性的一个重要途径。

4、在过去几十年，研究人员通过冷热循环、双步退火、离子辐照等方式对非晶合金进行加工，以实现非晶合金的回春，达到塑性的提升。公开号为cn116590631a的专利说明书公开了一种大尺寸回春的非晶合金及其制备方法，采用尺寸梯度变化的样品，通过饱载处理，使得梯度样品的中间区域发生大尺寸范围(接近非晶形成能力的临界尺寸)且剧烈回春(弛豫焓可达3.231kj/mol)，其中饱载处理的方法为准静态单轴压缩或准静态单轴拉伸。

5、然而，以上回春效应是由流变单元的产生和增加造成的，流变单元的产生不仅会使塑性有所提升，还会引起强度的降低，所以这些加工方式在提升塑性的同时会使得其强度大大降低，达不到对强塑性的共同提升。因此，亟需开发出一种能共同提升非晶合金强度和塑性变形能力的加工处理方法。

6、公开号为cn115807199a的专利说明书公开了一种同时提高块体非晶合金复合材料屈服强度和塑性的方法，将包含非晶相和亚稳态b2相的块体非晶合金复合材料进行冷热循环处理，冷热循环处理包括循环进行热处理和冷处理；所述热处理的温度为所述块体非晶复合材料的玻璃转变温度(tg)的40％～62％，所述冷处理的温度为77.15k；所述冷热循环处理的循环次数≥10次。该专利技术提供的方法能够将合金中部分亚稳态b2相转变为稳定态的马氏体相提升合金的屈服强度，并且能够增加非晶基体内原子结构的无序度，获得回春态的非晶相，促进样品变形过程中剪切带的形核、增殖与交互作用，从而提高复合材料的塑性，实现屈服强度和塑性变形能力的同步提升。

技术实现思路

1、本发明提供了一种提高非晶合金强塑性的加工处理方法及其产品和应用，该加工处理方法是一种利用高压退火对非晶合金注入能量并共同提高其强塑性的加工方法。本发明利用高压退火加工处理非晶合金，为非晶合金注入能量同时产生更多的流变单元和负流变单元，进而共同提升其塑性变形能力和强度，具有加工处理方法简便快捷，易实施，实用性强等诸多优点。

2、本发明利用高压退火对非晶合金进行处理，利用高压退火对非晶合金注入能力，进而调控非晶合金的力学性能。与其他加工方法相比，高压退火不仅能实现非晶合金的回春效应提高其塑性，还可以使非晶合金的微观结构局部致密化，形成负流变单元，负流变单元的产生则会增加非晶合金的强度和硬度，也就是说这种加工方式可以实现非晶合金强塑性的共同提升。该方法不仅能够有效的提升非晶合金的综合力学性能，同时也有助于克服非晶合金在实际使用过程中的脆性难题。

3、具体技术方案如下：

4、第一方面，本发明提供了一种提高非晶合金强塑性的加工处理方法，包括：

5、对非晶合金进行高压退火以提高所述非晶合金的强塑性。

6、在一些实施例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法，所述非晶合金的金属元素组成可以包括zr、hf、al、co、ti、ni和cu。进一步的，所述非晶合金可为zrhfalcotinicu非晶合金。

7、在一些实施例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法，按原子比计，所述非晶合金的组成可以为zr35hf17.5ti5.5al12.5co7.5ni12cu10。

8、在一些实施例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法，所述高压退火的压力可为1～6gpa，优选为1.5～2.5gpa，进一步优选为2gpa，退火温度可为280～320℃，优选为300℃，保温保压时间可为0.5～1.5h，优选为1h。

9、在一些实施例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法，所述高压退火的气氛环境为惰性气氛环境或氧含量在1000ppm以下的气氛环境，可避免非晶合金表面氧化等问题发生。

10、本发明所述惰性气氛指不会参与反应的气氛，例如氩气(ar)。下文不再赘述。

11、在一优选例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法，包括：

12、对非晶合金进行高压退火以提高所述非晶合金的强塑性；

13、按原子比计，所述非晶合金的组成为zr35hf17.5ti5.5al12.5co7.5ni12cu10；

14、所述高压退火的压力为2gpa，退火温度为280～320℃，优选为300℃。

15、按上述优选例，可显著共同提高zr35hf17.5ti5.5al12.5co7.5ni12cu10非晶合金的强度和塑性。

16、上述优选例中，退火温度300℃(即约573k)大约为zr35hf17.5ti5.5al12.5co7.5ni12cu10非晶合金的0.8tg(以k为单位计算)。zr35hf17.5ti5.5al12.5co7.5ni12cu10非晶合金的tg约为716k。

17、上述优选例中，进一步的，所述高压退火的保温保压时间可为0.5～1.5h，优选为1h。

18、在一些实施例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法，所述非晶合金为大块，具体可为圆柱体棒材等。进一步的，所述圆柱体棒材的直径可为1～10mm，例如可为3mm，长度可为1mm、10mm等。

19、在一些实施例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法具体包括：

20、将所述非晶合金装入模具中，采用大腔体高温压机，对所述非晶合金所在模具各面施加压力并进行退火。

21、在一些实施例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法，所述非晶合金在进行高压退火后仍为非晶态。

22、在一些实施例中，第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法，所述高压退火的温度小于所述非晶合金的玻璃转变温度(tg)，例如可为0.75tg～0.85tg，进一步可为0.8tg等。

23、第二方面，本发明提供了一种高强塑性的zrhfalcotinicu非晶合金，可通过第一方面所述的提高非晶合金强塑性的加工处理方法处理得到。

24、在提供一种第一方面和第二方面中所述的zrhfalcotinicu非晶合金的制备方法，包括：

25、在惰性气氛环境或氧含量在1000ppm以下的气氛环境下，将zr、hf、al、co、ti、ni和cu金属单质于电弧炉中熔化，负压铸造，得到所述zrhfalcotinicu非晶合金。

26、上述制备方法中，熔炼zrhfalcotinicu合金锭的气氛环境为惰性气氛环境或氧含量在1000ppm以下的气氛环境，可避免非晶合金表面氧化等问题发生。

27、第三方面，本发明提供了第一方面所述的加工处理方法在提高非晶合金强塑性中的应用。

28、本发明与现有技术相比，有益效果有：

29、现有的加工处理方式多是以提高非晶合金的能量状态来提升其塑性，但同时会使得强度下降。与其他加工方法不同，本发明的高压退火不仅能实现非晶合金的回春效应提高其塑性，还可以使非晶合金的微观结构局部致密化增加非晶合金的强度和硬度，也就是说这种加工方式可以实现非晶合金强塑性的共同提升，使其获得优异的综合力学性能。这种可实现非晶合金强塑性共同提升的方法具有巨大的研究意义。

30、本发明可通过调节不同的高压退火的温度和压力，来调控非晶合金中的流动单元和负流动单元，进而调控其能量状态，改善非晶合金的综合力学性能，最终实现非晶合金强度和塑性的共同提升。