增强铁基非晶合金强度的方法技术

本发明专利技术公开了增强铁基非晶合金强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选取一模具，将与该模腔相适的开孔泡沫镍放入模腔内；步骤2，将铁基非晶合金熔化，熔化后得到熔体，将熔体在0.03‑0.1MPa压力下用铜模吸铸法吸铸或喷铸到放有开孔泡沫镍的模具内，以使熔体填充到开孔泡沫镍的孔隙中，自然冷却至室温，得到泡沫镍增强的铁基非晶合金复合材料；本发明专利技术通过塑性变形能力差的铁基非晶合金与塑性变形能力很强的晶态泡沫镍相结合，利用镍骨架来限制非晶中剪切带的扩展；并且本发明专利技术中铁和镍具有良好的润湿性和互溶度，当铁熔体与镍骨架相遇时会产生部分互溶，保证了铁基非晶合金基体与镍骨架能够产生很好的冶金结合，有效提高了非晶合金的变形能力。

Method of Strengthening the Strength of Fe-based Amorphous Alloys

【技术实现步骤摘要】
增强铁基非晶合金强度的方法
本专利技术属于非晶合金
，具体来说涉及一种增强铁基非晶合金强度的方法。
技术介绍
非晶合金是合金熔体在快速冷却凝固时原子来不及排列结晶而获得的非晶态结构的合金。非晶合金作为近年来快速发展的一类材料由于其优异的性能获得了越来越多的关注，也已开发出多种工业用途，有着广阔的应用前景。非晶合金没有晶态合金所具有的晶粒、晶界，因而其具有远远高于晶态合金的强度和硬度，但也正是因为其缺乏晶态金属所具有的变形机制，如位错运动，其塑性变形能力极其有限，在受到超过其强度的载荷下常常发生灾难性断裂，这一特性严重限制了非晶合金作为结构材料的应用。铁基非晶合金作为非晶合金体系中重要的一类，由于其优异的软磁性能，以Fe-Si-B合金系为代表的铁基非晶合金已广泛地应用到变压器工业中，以其代替传统硅钢片作为变压器铁芯材料能够有效地降低变压器运行过程中的铁芯损耗，减少能源损耗和温室气体排放。铁基非晶合金具有很高的强度，其断裂强度常常超过3GPa，有着其他合金材料不可比拟的优势，但其不足之处也很明显，塑性变形能力很差，在发生弹性变形后即发生断裂，这一特点使其难以满足工程需要。将非晶合金与晶态材料进行复合成为复合材料，发挥各自的优势，保持非晶合金的高强度，同时利用晶态材料的塑性变形能力，使二者结合起来成为今年来研究与技术开发的热点。目前所开发的内生非晶复合材料普遍存在着成分要求苛刻，尺寸难以做大，如ZL201610005396.8公布的(Ti-Zr-Nb-Cu-Be)-N系内生非晶复合材料，其制备的棒材直径仅3mm，ZL201510790088.6公布的Cu47.5Zr47.5Zn4.5非晶复合材料的制备尺寸仅为2mm。采用外加微粉等方法制备非晶复合材料在制备过程中存在微粉分布难以均匀的问题，为了使其均匀分布常常需要复杂的设备及工艺，ZL201510780752.9公布的名为“一种高韧性的非晶复合材料及其制备方法和应用”中采用在ZrHfAlNi非晶合金中外加WC、SiC、TiC、TiN、ZrC等粉末的制备复合材料的技术方案中所需工艺就要改进熔炼炉，配备可规律运动的耐高温机械装置，工艺过程复杂。目前急需开发一种工艺简单、制备效率高的非晶复合材料的制备技术。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种增强铁基非晶合金强度的方法，该方法将铁基非晶合金与泡沫镍制备形成复合材料，工艺简单，效率高。本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。一种增强铁基非晶合金强度的方法，包括以下步骤：步骤1，选取一模具，所述模具的模腔为一圆柱体形腔体，将与该模腔相适的开孔泡沫镍放入所述模腔内，其中，所述开孔泡沫镍的孔径为0.1-0.6mm，孔隙率为80-98％，纯度不低于99.5％；在所述步骤1中，在将所述开孔泡沫镍放入模腔之前，用去离子水和有机试剂对开孔泡沫镍依次进行超声波清洗，用于清洁开孔泡沫镍的骨架的表面，其中，所述有机试剂为酒精或丙酮。在所述步骤1中，所述模具为铜模。在所述步骤1中，所述开孔泡沫镍的孔径为0.2-0.4mm，孔隙率为93-97％。在所述步骤1中，2mm≤所述圆柱体形腔体的直径≤7mm。步骤2，将铁基非晶合金熔化，熔化后得到熔体，将所述熔体在0.03-0.1MPa压力下用铜模吸铸法吸铸或喷铸到放有所述开孔泡沫镍的模具内，以使所述熔体填充到所述开孔泡沫镍的孔隙中，自然冷却至室温20～25℃，得到泡沫镍增强的铁基非晶合金复合材料；其中，所述铁基非晶合金的原料形成该铁基非晶合金的熔炼的温度低于金属镍的熔点，2mm≤所述圆柱体形腔体的直径≤铁基非晶合金被制成圆柱体形时的最大直径。在所述步骤2中，所述铁基非晶合金的制备方法为：在惰性气体环境下，将铁基非晶合金的原料熔炼至少4遍，自然冷却至室温20～25℃后得到所述铁基非晶合金。在所述步骤2中，所述铁基非晶合金被制成圆柱体形时的最大直径大于等于2mm。在所述步骤2中，用真空电弧炉将铁基非晶合金熔化。在所述步骤2中，在真空电弧炉中将铁基非晶合金的原料进行熔炼。在所述步骤2中，所述铁基非晶合金为FeaMobCcBdSiePfMgNh，a+b+c+d+e+f+g+h＝100，其中，M为Ni和/或Co，N为Ti和/或Al，2≤b≤4，6≤c≤8，4≤d≤6，2≤e≤4，8≤f≤10，0≤g≤2，0≤h≤2，Fe为余量。在上述技术方案中，FeaMobCcBdSiePfMgNh的熔化温度为1400℃以下，熔化后得到熔体，将所述熔体在0.03-0.1MPa压力下用铜模吸铸法吸铸到放有所述开孔泡沫镍的模具内。在上述技术方案，所述FeaMobCcBdSiePfMgNh被制成圆柱体形时的直径为3-7mm。相比于现有技术，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术通过塑性变形能力差的铁基非晶合金与塑性变形能力很强的晶态泡沫镍相结合，利用镍骨架来限制非晶中剪切带的扩展；并且本专利技术中铁和镍具有良好的润湿性和互溶度，当铁熔体与镍骨架相遇时会产生部分互溶，如图6所示，保证了铁基非晶合金基体与镍骨架能够产生很好的冶金结合，有效提高了非晶合金的变形能力。(3)可通过调控开孔泡沫镍的孔隙率、孔隙尺寸以及铁基非晶合金的强度等来调控获得的铁基非晶合金复合材料的力学性能。(4)相比于制备铁基非晶合金的常规方法，本专利技术的方法工艺成熟、简单易行，可有效节省成本。附图说明图1为本专利技术方法的工艺流程图；图2为实施例1中开孔泡沫镍的照片；图3为实施例1制备得到棒状的铁基非晶合金复合材料的照片；图4为实施例1与对照例1的应力应变曲线；图5为实施例2与对照例2的应力应变曲线；图6为实施例1制备的复合材料的扫描电镜照片。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。在下述实施例中，在步骤1中，在将开孔泡沫镍放入模腔之前，用去离子水和有机试剂对开孔泡沫镍依次进行超声波清洗，超声波清洗的时间为10分钟，用于清洁开孔泡沫镍的骨架的表面，其中，有机试剂为酒精。在下述实施例中，2mm≤圆柱体形腔体的直径≤铁基非晶合金被制成圆柱体形时的最大直径，原料能够制备直径大于等于2mm的圆柱体形的铁基非晶合金。原料的熔炼温度低于金属镍的熔点1453℃。真空电弧炉型号和购买厂家为：北京物科光电技术有限公司生产的WK-II型真空电弧炉。压缩试验应力应变曲线测试的仪器为：CMT4305型微机电子实验机进行，测试温度为室温20～25℃，压缩应变速率为2×10-4/s。扫描电镜照片所用仪器为：ZEISSSUPRA55型场发射扫描电镜。开孔泡沫镍为三维网状结构，购买自安平县辉瑞丝网制造厂。实施例1一种增强铁基非晶合金强度的方法，包括以下步骤：步骤1，选取一铜模，铜模的模腔为一圆柱体形腔体，圆柱体形腔体的直径为8mm，将与该模腔相适(即开孔泡沫镍的尺寸与模腔相同)的开孔泡沫镍放入模腔内，其中，开孔泡沫镍的孔径为0.5mm，孔隙率为97％，镍纯度为99.9％；步骤2，在Ar气环境下，铁基非晶合金为(Fe44.3Cr5Co5Mo12.8Mn11.2C15.8B5.9)98.5Y1.5，在真空电弧炉中将铁基非晶合金的原料反复熔炼5遍，以保证铁基非晶合金的均匀性，自然冷却至室温20～25℃后得到(Fe44.3Cr5Co5Mo12.8Mn11.2C1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强铁基非晶合金强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选取一模具，所述模具的模腔为一圆柱体形腔体，将与该模腔相适的开孔泡沫镍放入所述模腔内，其中，所述开孔泡沫镍的孔径为0.1‑0.6mm，孔隙率为80‑98％，纯度不低于99.5％；步骤2，将铁基非晶合金熔化，熔化后得到熔体，将所述熔体在0.03‑0.1MPa压力下用铜模吸铸法吸铸或喷铸到放有所述开孔泡沫镍的模具内，以使所述熔体填充到所述开孔泡沫镍的孔隙中，自然冷却至室温20～25℃，得到泡沫镍增强的铁基非晶合金复合材料；其中，所述铁基非晶合金的原料形成该铁基非晶合金的熔炼的温度低于金属镍的熔点，2mm≤所述圆柱体形腔体的直径≤铁基非晶合金被制成圆柱体形时的最大直径。

【技术特征摘要】
1.一种增强铁基非晶合金强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选取一模具，所述模具的模腔为一圆柱体形腔体，将与该模腔相适的开孔泡沫镍放入所述模腔内，其中，所述开孔泡沫镍的孔径为0.1-0.6mm，孔隙率为80-98％，纯度不低于99.5％；步骤2，将铁基非晶合金熔化，熔化后得到熔体，将所述熔体在0.03-0.1MPa压力下用铜模吸铸法吸铸或喷铸到放有所述开孔泡沫镍的模具内，以使所述熔体填充到所述开孔泡沫镍的孔隙中，自然冷却至室温20～25℃，得到泡沫镍增强的铁基非晶合金复合材料；其中，所述铁基非晶合金的原料形成该铁基非晶合金的熔炼的温度低于金属镍的熔点，2mm≤所述圆柱体形腔体的直径≤铁基非晶合金被制成圆柱体形时的最大直径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，在将所述开孔泡沫镍放入模腔之前，用去离子水和有机试剂对开孔泡沫镍依次进行超声波清洗，用于清洁开孔泡沫镍的骨架的表面，其中，所述有机试剂为酒精或丙酮。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述模具为铜模。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述开孔泡沫镍的孔径为0.2-0.4mm，孔隙率为93-97％。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：高敬恩，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12