[发明专利]一种使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料处理领域，特别是涉及一种通过在韧性金属玻璃表面产生螺纹结构，使韧性金属玻璃表面在单轴拉伸应力状态下激发多重剪切带，从而实现宏观拉伸塑性的方法。

背景技术

相对比于晶态合金所具有的宏观塑性，块体非晶合金(特征尺寸在毫米量级)的实际应用，受到宏观脆性难题的困扰，特别是在单轴拉伸应力状态下，非晶合金表现出灾难性的脆性断裂。在室温下，非晶合金在外界应力作用下，通常会在主应力面附近激发很多类液态区，这些类液态区在主应力的作用下，会形成一个宽度大约为10纳米的主剪切带。随着剪切变形的进行，剪切带相对摩擦滑移产生的热量会大大降低剪切带的粘度，进而降低了主剪切带的抗应力能力，导致了非晶合金的剪切软化力学行为和随后的灾难性脆性断裂。

因此，控制剪切带的产生和快速滑移，是提升非晶合金塑性能力的一个关键因素。在压缩和弯曲的应力状态下，由于应力受到表面结构的约束，非晶合金很容易产生多重剪切带，一方面可以防止主剪切带的快速形成，另一方面，可以吸收很多断裂能，提高抗应力能力。此外，多重剪切带的相互阻碍，限制了主剪切带的快速滑移，也进一步提升非晶合金的塑性变形能力，因此，非晶合金在压缩和弯曲条件下表现出一定的塑性变形能力。但是，单轴拉伸条件下，由于没有外部结构上的约束，非晶合金很容易在主剪切面上形成主剪切带，从而使非晶合金失去力学变形的稳定性，导致脆性断裂。

针对上述问题，人们已经提出多种方法激发多重剪切带来提升块体非晶合金的拉伸塑形。2008年Douglas C.Hofmann等人通过引入第二树枝状晶粒，受到外界应力时，在树枝状晶粒附近会产生多重剪切带，进而提升了拉伸塑形。类似的，2010年Y.Wu等人引入具有记忆合金性能的B2晶体相，激发多重剪切带，引起了大的拉伸塑形。但是，这些方法实际上改变了单相的非晶合金，引入的晶体相把单相的非晶合金变成了复合材料。2012-2013年R.T.Qu和Z.F.Zhang相继提出在样品表面引入缺口和表面预制压痕的方式，引入多重剪切带，在一定程度上改善了非晶合金拉伸脆性断裂的难题。但是，这些方法是实验室水平的，很难在工业上进行大面积的应用。2013年美国耶鲁大学的Baran Sarac和Jan Schroers，通过在过冷液相区压制微孔的方法，引入了表面规则排列的微孔矩阵，大大提升了非晶合金的拉伸延展性。但是，在制备微孔过程中的退火脆性难题制约了在实际上的应用。因此，能否采用一种简单且便于工业化的工艺使非晶合金在单轴拉伸应力状态下激发多重剪切带并稳定剪切带的滑移，是块体非晶合金未来在实际应用中所面临的一大挑战。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种能够提高韧性金属玻璃拉伸塑性的制备方法。

本发明的另一个目的是要提供一种检测通过前述制备方法得到的韧性金属玻璃拉伸塑性的验证方法。

特别地，本发明提供一种使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，包括如下步骤：

步骤100，准备待加工的韧性金属玻璃，并将其制做成棒状的工件，确定所述工件的长度和直径数据；

步骤200，根据有效应力区的影响范围，在其表面设计相应的待加工螺纹结构；

步骤300，根据设计结果在所述工件的表面制作出相应的螺纹区域，得到具备高拉伸塑性的螺纹工件。

进一步地，所述工件为采用水冷铜模吸铸方法制造的锆基非晶合金，其化学成分为Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀。

进一步地，所述步骤300中的螺纹区域是采用具备金属刀具的机械车床加工的。

进一步地，所述螺纹区域中，相邻螺纹之间的间隔距离以两道螺纹在水平方向上的有效应力区相互接触为准，螺纹的深度以其在垂直方向上的有效应力区相互接触为准，螺纹的倾斜角度与非螺纹工件本征的拉伸断裂角度对应，以使螺纹区的有效应力区的方向偏离非螺纹工件的本征拉伸断裂角度，螺纹的宽度与螺纹产生的有效应力区大小相对应。

进一步地，所述步骤300中，还包括对所述工件进行准静态拉伸力学测试的步骤，步骤如下：

步骤301，准备采用同一个方法制造出来的带有螺纹的螺纹工件试样和不带螺纹的非螺纹工件试样；

步骤302，利用材料试验机对所述螺纹工件试样和所述非螺纹工件试样分别进行单轴拉伸实验，且准静态加载直至拉断；