一种Pd基非晶合金内部剪切带显现和自修复的方法
【专利摘要】本发明涉及一种Pd基非晶合金内部剪切带显现和自修复的方法，通过使用新配王水对变形后的Pd基非晶合金进行腐蚀，可以使其内部剪切带显现，并且通过金相显微镜和扫描电镜可以清晰地观察内部剪切带形貌。选择适当的温度和时间，对变形后的Pd基非晶合金进行热处理，可以使其变形组织得到自修复。本发明属于Pd基非晶合金剪切带的研究领域。
【专利说明】一种Pd基非晶合金内部剪切带显现和自修复的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Pd基非晶合金内部剪切带显现和自修复的方法，属于非晶合金剪切带的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]块体非晶合金的塑性变形主要是由剪切带叠加产生的，剪切带的数量及密度决定了块体非晶合金塑性变形的大小，对剪切带的研宄一直是块体非晶合金领域的一个重要方面。由于非晶合金的结构特征是在长程无序结构中存在有短程序、中程序等多尺度微结构，因此非晶合金跟晶态合金一样也存在着成分决定结构，结构又决定性能的内在联系。也就是说，非晶合金成分的变化引起了结构的改变，这种改变引起的变形行为的变化主要反映在剪切带的特征上，反过来剪切带所表现出的宏观特征也反映了非晶合金在成分或结构上的变化，甚至说可以作为表征非晶合金变形行为的一个“指纹”。研宄非晶合金的微区结构与剪切带的特征将会为我们揭示非晶合金的变形机制有着重要的理论价值和现实意义。目前对剪切带特征的认知还很缺乏，主要是通过观察试样表面剪切带数量的多少和密度的大小来定性分析其对非晶合金塑性变形的影响。试样表面的剪切带是非晶合金在变形过程中由于相对滑移产生的台阶，观察相对容易，而对试样内部剪切带的特征由于样品制备的苛刻性，目前还没有比较简单易行的实验方法对其进行观察。
[0003]自修复材料的概念由美国军方在20世纪80年代中期首先提出，材料一旦产生缺陷，材料本身具有自我恢复的能力称为自修复。也就是说，当材料产生划痕、裂纹和腐蚀后也能像割伤的皮肤、断裂的骨骼一样随着时间自动愈合，因此自修复技术对于提高材料的安全性和可靠性有着深远意义。自修复材料已经成为国内外研宄热点之一。非晶态合金由于具有不同于晶体材料的特殊原子排列结构，表现出传统金属材料无法实现的高强度、高硬度、高弹性极限和高耐蚀性能等优点，显示了在各种领域中的巨大应用前景。虽然具有上述优异性能，但非晶合金屈服后很多直接脆性断裂，有些则产生少量塑性变形后发生断裂。研宄表明非晶合金的断裂过程是通过高度局域化的剪切带扩展实现的，目前所发现的大多数块体非晶合金，往往只有一个或少数几个高度局域化的剪切带，这些剪切带在应力作用下沿着剪切方向迅速扩展而发生断裂，导致块体非晶合金在非限制几何条件下的塑性变形通常很小，约O?2%。由此可见，如果阻止非晶合金断裂继续发生，就必须抑制剪切带扩展，有效减缓剪切带扩展的一种可能途径就是设法使剪切带得到修复，通过修复使剪切带内部的微观结构及性能与基体材料的接近或一致。因此，非晶合金在变形过程中产生的剪切带能否被修复是急需解决的关键问题。
【发明内容】
[0004]本发明技术解决问题:克服现有技术的不足，提供一种简单易行的Pd基非晶合金内部剪切带显现和自修复的方法。
[0005]Pd基非晶合金内部剪切带显现方法，步骤:1)选取塑性变形范围为1%~20%、尺寸为直径lmm~70mm块体Pd基非晶合金试样；
2)将Pd基非晶合金试样压缩变形；
3)将Pd基非晶合金试样沿纵向剖开，并对剖开面进行抛光；
4)用王水对抛光后的剖开面腐蚀，王水中浓盐酸与浓硝酸按照3:1的比例配制。
[0006]通过上述步骤后，Pd基非晶合金内部剪切带的形貌可以通过金相显微镜和扫描电镜进行观察。
[0007]Pd基非晶合金内部剪切带自修复方法，步骤:I)选取塑性变形范围为1%~20%、尺寸为直径lmm~70mm块体Pd基非晶合金试样；
2)将Pd基非晶合金试样压缩变形，置入气氛保护炉；
3)以5K/min~40K/min的升温速度加热至低于热处理温度50K时，再以5K/min~20K/min的升温速度加热至热处理温度，其中，最佳热处理温度的范围为620K~660K ；
4)热处理试样随炉保温5min~60min。
[0008]通过上述步骤后，可以通过金相显微镜和扫描电镜观察取出的Pd基非晶合金内部剪切带的自修复情况。
[0009]本方法发明提供了一种Pd基非晶合金内部剪切带显现和自修复的方法，将本发明作为一个整体，可以运用Pd基非晶合金内部剪切带显现方法对Pd基非晶合金内部剪切带自修复后的情况进行观察剪切带的自修复情况。
[0010]本方法发明的显著技术效果在于:
(I)为Pd基非晶合金内部剪切带的显现提供了一种简单易行的方法，用该方法显现的剪切带形貌清晰完整，剪切带厚度为几毫米，为研宄非晶合金的变形机理提供条件。(2)为Pd基非晶合金在变形过程中产生的剪切带提供了一种效果明显的自修复方法，通过该方法可以使非晶合金内部的剪切带得到充分地自修复，大大降低了材料使用过程中断裂的危险。
[0011]图1为【具体实施方式】实施例1中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu4Au2SiltlP5)变形后腐蚀前的光学金相照片；
图2为【具体实施方式】实施例1中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu4Au2SiltlP5)变形后腐蚀前的SEM图像；
图3为【具体实施方式】实施例1中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu4Au2SiltlP5)变形后腐蚀后的光学金相照片；
图4为【具体实施方式】实施例1中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu4Au2SiltlP5)变形后腐蚀后的SEM图像；
图5为【具体实施方式】实施例1中的一种Zr基块体非晶合金剪切带的透射电镜图像。
[0012]图6为【具体实施方式】实施例1中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu4Au2SiltlP5)变形后热处理前试样表面剪切带的SEM图像；
图7为【具体实施方式】实施例1中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu4Au2SiltlP5)变形后热处理后试样表面剪切带的SEM图像；
图8为【具体实施方式】实施例1中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu4Au2SiltlP5)变形后热处理前试样内部剪切带的光学金相照片；
图9为【具体实施方式】实施例1中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu4Au2SiltlP5)变形后热处理后试样内部剪切带的光学金相照片。
[0013]图10为【具体实施方式】实施例2中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu3Ag3SiltlP5)变形后腐蚀前的光学金相照片；
图11为【具体实施方式】实施例2中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu3Ag3SiltlP5)变形后腐蚀前的SEM图像；
图12为【具体实施方式】实施例2中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu3Ag3SiltlP5)变形后腐蚀后的光学金相照片；
图13为【具体实施方式】实施例2中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu3Ag3SiltlP5)变形后腐蚀后的SEM图像；
图14为【具体实施方式】实施例2中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu3Ag3SiltlP5)变形后热处理前试样内部剪切带的光学金相照片；
图15为【具体实施方式】实施例2中的一种Pd基块体非晶合金(Pd79Cu6SiltlP5)变形后热处理后试样内部剪切带的光学金相照片。
【具体实施方式】
[0014]实施例1
以Pd79Cu4Au2Si 1(IP5块体$_晶合金对本发明作进一步说明，但保护范围不被此限制，适合所有Pd基非晶合金。
[0015]将该塑性变形为4%的Pd基非晶合金纵向剖开，抛光后，一半试样用新配王水(浓盐酸:浓硝酸=3:1)腐蚀，另一半不腐蚀，然后在金相显微镜和扫描电镜上观察内部剪切带形貌。
[0016]图1和图2分别为变形后腐蚀前的光学金相照片和扫描电镜图。从图上可以看出，腐蚀前试样表面非常光滑，没有看到剪切带的痕迹。
[0017]图3为用王水腐蚀后的金相显微镜照片，从图中可以明显清楚的观察到腐蚀后试样内部有剪切带的痕迹。
[0018]图4为采用扫描电镜进行观察内部剪切带的厚度为I ym?5 μπι。而以往报道的剪切带的厚度只有10 nm?20nm，如图5所示。以往报道的方法为对试样进行特殊处理，并且用透射电镜对其某一特殊位置进行观察，此方法操作繁琐，且不易发现，而我们的方法要比之前报道的方法更为简单有效，并且显现更清晰。
[0019]将该塑性变形为4%的Pd基非晶合金在气氛保护炉中进行自修复。首先以20K/min的升温速度加热到低于热处理温度50K，然后再以5K/min的升温速度加热到设定的热处理温度633K，随炉保温15min，取出后在金相显微镜和扫描电镜上观察剪切带自修复效果。
[0020]图6为热处理前试样表面的SEM图像，可以看出未热处理试样剖面在腐蚀完后腐蚀不均匀，出现了一些带状的腐蚀带，而试样的其它部分仍然比较光滑没有被腐蚀，试样表面分布着许多剪切带，并且试样表面比较粗糙。
[0021]图7为按照本实施例热处理方法进行热处理后试样表面的SEM图像，可以比较出经过本实施例的热处理方法热处理后试样表面的剪切带数量明显减少，除了几条较深的剪切带(图7中箭头所示)外其他比较细小的剪切带都变得模糊甚至消失，同时试样表面也变得比较光滑。
[0022]将Pd79Cu4Au2SiltlP^体非晶合金的压缩试样纵向剖开，一半试样按照本实施例热处理方法进行热处理，另一半保持不变，然后分别将两半试样抛光后用王水腐蚀。
[0023]图8和图9分别给出了按照本实施例热处理方法热处理前后试样内部剪切带的金相照片。从图8可以看出试样剖面在腐蚀完后腐蚀不均匀，剪切带容易被腐蚀，而试样的其它部分仍然比较光滑没有被腐蚀。图9可以看出经过热处理后试样表面腐蚀比较均匀，没有明显剪切带的痕迹，说明剪切带得到了较好的自修复效果。
[0024]实施例2
以Pd79Cu3Ag3SiltlP5块体非晶合金为例对本发明作进一步说明，但保护范围不被此限制，适合所有Pd基非晶合金。
[0025]将该塑性变形为2%的Pd基非晶合金纵向剖开，抛光后，一半试样用新配王水(浓盐酸:浓硝酸=3:1)腐蚀，另一半不腐蚀，然后在金相显微镜和扫描电镜上观察内部剪切带形貌。图10和图11分别为变形后腐蚀前的光学金相照片和扫描电镜图。从图上可以看出，腐蚀前试样表面非常光滑，没有看到剪切带的痕迹。图12为用王水腐蚀后的金相显微镜照片，从图中可以明显清楚的观察到腐蚀后试样内部有剪切带的痕迹。图13为腐蚀后试样的扫描电镜照片，可以清楚地看到内部剪切带的形貌特征，厚度为几μπι。
[0026]将该塑性变形为2%的Pd基非晶合金纵向剖开，抛光后腐蚀，然后在气氛保护炉中进行自修复。首先以25K/min的升温速度加热到低于热处理温度50K，然后再以10K/min的升温速度加热到设定的热处理温度640K，随炉保温20min，取出后在金相显微镜和扫描电镜上观察剪切带自修复效果。图14和图15分别给出了按照本实施例热处理方法热处理前后试样内部剪切带的金相照片。从图14可以看出试样剖面在腐蚀完后腐蚀不均匀，剪切带容易被腐蚀，图15可以看出经过热处理后试样表面腐蚀比较均匀，没有明显剪切带的痕迹，说明剪切带得到了较好的自修复效果。
[0027]提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
【权利要求】
1.一种Pd基非晶合金内部剪切带的显现方法，选取塑性变形范围为1%~20%、尺寸为直径块体Pd基非晶合金试样，将Pd基非晶合金试样压缩变形，其特征在于步骤: 1)将Pd基非晶合金试样沿纵向剖开，并对剖开面进行抛光； 2)用浓盐酸与浓硝酸配制比例为3:1的王水对抛光后的剖开面腐蚀。
2.—种Pd基非晶合金内部剪切带自修复方法，选取塑性变形范围为1%~20%、尺寸为直径块体Pd基非晶合金试样，将Pd基非晶合金试样压缩变形后，置入气氛保护炉，其特征在于步骤: 1)将试样置入气氛保护炉中后，以5K/min~40K/min的升温速度加热至低于热处理温度50K，再以5K/min~20K/min的升温速度加热至热处理温度，其中，最佳热处理温度的范围为 620K~660K ； 2)热处理试样随炉保温5min ~60min。
【文档编号】G01N1/32GK104502174SQ201410779859
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】刘丽, 赵相金, 刘伟, 宋贺, 熊珊 申请人:烟台大学