一種包覆非晶絲的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種包覆非晶絲的制備方法，通過在非晶絲表面鍍上晶體金屬形成非晶體-晶體結構來提高構件的塑性。非晶絲在拉伸過程中塑性提高，其過程包括：第一步，制作出非晶絲；第二步，對試樣表面進行處理；第三步，通過電鍍的過程使非晶絲表面鍍上一層金屬晶體；第四步，將電鍍銅的非晶絲經過電動軋機壓軋。通過本發(fā)明制作出了非晶絲的復合材料，非晶絲在拉伸時產生加工硬化現象，產生了明顯的塑性，而且并沒有改變非晶絲原有的結構狀態(tài)。
【專利說明】一種包覆非晶絲的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包覆非晶絲的制備方法，具體地說，是針對微米尺度的非晶絲狀物，提高其拉伸塑性的方法，屬于材料技術研究領域。
【背景技術】
[0002]非晶絲具有很高的抗拉強度，而且其在納米尺度具有塑性，但是已經充分證明在微米尺度非晶絲在拉伸時仍然是脆性斷裂。非晶合金的拉伸脆斷性阻礙了非晶絲的部分應用，非晶態(tài)合金的拉伸斷裂是剪切熱和微觀缺陷演化發(fā)展的過程；斷裂源于剪切帶中的剪切熱軟化和結構損傷的共同作用。由于非晶合金的宏觀磁性各向異性，它具有較高的磁導率和電阻率，眾多研究者將目光投降于非晶絲的磁感性能。
[0003]迄今為止非晶絲是GMI效應最出色的軟磁功能材料，可直接用于磁傳感器等敏感元件的制備。王成鐸等人在北京科技大學學報.2009，31 (11)上發(fā)表的“工藝參數對玻璃包覆鐵基合金微絲尺寸、結構和力學性能的影響”，研究了玻璃包覆熔融紡絲法將玻璃包覆于鐵基非晶絲并研究其力學性能，在包覆玻璃后在拉伸過程中產生不均勻的塑性流變現象，但依然是脆性斷裂。塊體非晶材料的塑性為零并且在現階段并沒有找到可以明顯提高非晶絲拉伸塑性的方法，因此找到一種改善非晶絲塑性的方法尤為重要。對于晶體金屬來說，付大軍等人在鑄造技術，2004，25(3)上發(fā)表了“稀土元素Ce對純銅導電性及力學性能的影響”，研究了純銅的抗拉強度為178MPa。劉宇星等人在過程工程學報，2004，4 (4)上發(fā)表了“電沉積制備鎳箔的SEM形貌和抗拉強度”研究了純鎳的抗拉強度為550MPa。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種包覆非晶絲的制備方法，基于非晶絲材料本身具有高強度、高硬度，但是其塑性非常低的特點，通過在非晶絲表面鍍上一層晶體金屬，以此來提高非晶絲的拉伸塑性，形成非晶體-晶體復合在拉伸時產生加工硬化且具有拉伸塑性的高強高韌的非晶絲材料。
[0005]本發(fā)明采用的是在非晶絲表面電鍍晶體金屬的方法并以電鍍金屬銅和金屬鎳為例展開實施。本發(fā)明是通過以下技術方案實現的:
一種包覆非晶絲的制備方法，是在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，以相應的金屬板為陽極，而非晶絲作為陰極，通過外加電源的電解作用使溶液中的金屬陽離子向陰極運動并在陰極上沉積，而陽極版不斷地溶解以補充溶液中減少的金屬陽離子來維持溶液中金屬陽離子的濃度穩(wěn)定，最終在非晶絲表面形成了金屬鍍層。相應的具體步驟為:
(1)采用熔體抽拉法制備非晶絲，并充入氬氣作為保護氣氛，起??；
(2)將母合金的棒料置于坩堝中，母合金完全熔化后，啟動銅輪充入純度99.97%的氬氣作為保護氣，加熱母合金，待母合金完全熔化后以3100r/min的速度抽絲；
(3)對試樣進行表面處理，用拋光布進行打磨直到達到電鍍要求；
(4)非晶絲連接電源的負極，金屬片連接電源的正極，將正負極放入裝有電鍍液的燒杯中，并將燒杯放入水浴鍋中進行40°C的水浴加熱，開始電鍍；
(5)電鍍過程中不斷攪拌，以驅趕附著在鍍件上的氣泡，記錄相應的電鍍時間，到適當的時間，關閉電源，停止電鍍；
(6)將電鍍好的一部分非晶絲經過軋機壓軋，將每個鍍金屬后的非晶絲軋到52Mm-57Mm，然后將非晶絲做拉伸測試。
[0006]上述方法中，針對不同金屬工藝基本相同，相關參數有差異，下面僅對金屬銅和鎳做進一步說明:
在非晶絲表面鍍銅時，采用的金屬片為銅片，所述的電鍍液為:
CuSO4.5H20:200g/L
CuCl2.2H20:72mg/L
H2SO4:60g/L
其中加入CuCl2.2Η20是為了加入濃度為30mg/L的Cl—，H2SO4S 98%濃硫酸，CuSO4.5Η20為分析純。
[0007]具體操作方法為:先用天平稱量硫酸銅和氯化銅的質量，放入燒杯中，然后加入適量的蒸餾水，攪拌直至溶解。濃硫酸稀釋時會放出大量的熱所以加入濃硫酸時要緩慢而且要邊滴加邊攪拌，直至藥品全部溶解再用蒸餾水定容。最后配置好的溶液呈藍色。
[0008]在非晶絲表面鍍鎳時，采用的金屬片為鎳片，所述的電鍍液為:
NiSO4.7H20: 280g/L
NiCl2.6H20: 40g/L
H3BO3:40g/L
CH3 (CH2)11SO3Nai0.5g/L
其中 NiSO4.7Η20、NiCl2.6Η20、H3BOjP CH3(CH2)11SO3Na (十二烷基磺酸鈉)均為分析純。
[0009]具體的操作方法為:用天枰稱量好硼酸的質量加入燒杯中放入適量的水，不斷攪拌直至溶解后再加入稱量好的NiSO4.7H20，NiCl2.6Η20，依次加入燒杯中不斷攪拌，直至藥品全部溶解再用蒸餾水定容；最后配置好的溶液呈綠色。
[0010]電鍍銅時，采用的電源電壓為:0.2V-0.25V，在整個電鍍的過程中電流在8mA-20mA之間變動；電鍍鎳時使用的電壓是1.0V-1.2V，電流為20mA-40mA。在電鍍過程中，一般是在上述給定的電源電壓范圍內取一個電壓值做恒壓實驗。
[0011]本發(fā)明可以提高和改善非晶絲的拉伸塑性。在選擇鍍層金屬時要選擇塑性相對較大的金屬作為陽極，而陰極是非晶絲。
[0012]本發(fā)明突破了原有對于非晶絲的研究性能范疇，不僅僅局限于非晶絲磁性的研究，同時也突破了:在非晶內部引入第二相以提高塑性的方法。本發(fā)明是采用電鍍的方法，在非晶絲表面鍍上 一層具有塑性的晶體金屬，提高非晶絲的拉伸塑性。并且對一部分鍍銅非晶絲采用軋機壓軋工藝來進一步提高拉伸塑性。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明是一種在室溫下提高非晶絲拉伸塑性的方法，其優(yōu)點在于針對非晶絲的脆性斷裂問題，在絲的表面鍍一層具有塑性的金屬銅，借助于鍍層金屬的塑性、厚度的不同具有不同的性質，試樣在拉伸時產生明顯的加工硬化而提高非晶絲的塑性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0014]圖1是電鍍基本原理示意圖，I為鍍件，即陰極；2為欲鍍金屬片，即陽極；3為電鍍液；4為電鍍容器。
[0015]圖2為未鍍金屬的拉伸應力-應變曲線。
[0016]圖3為鍍銅非晶絲的拉伸應力-應變曲線。
[0017]圖4為鍍鎳非晶絲的拉伸應力-應變曲線。
[0018]圖5為鍍銅后的非晶絲斷口形貌掃描圖片。
[0019]圖6為軋后的鍍銅非晶絲的全貌掃描圖片。
[0020]圖7為軋后的鍍銅非晶絲的斷口形貌掃描圖片。
[0021]圖8為鍍鎳非晶絲的斷口形貌掃描圖片。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例來進一步說明本發(fā) 明，但不局限于以下實施例。
[0023]實施例1:一種包覆非晶絲的方法 以非晶絲表面鍍銅為例，
首先是鍍銅電鍍液的配制:
CuSO4.5H20:200g/L
CuCl2.2H20:72mg/L
H2SO4:60g/L
其中加入氯化銅是為了加入濃度為30mg/L的Cl_，硫酸為濃硫酸(98%)，CuSO4.5Η20為分析純。
[0024]具體操作方法為:先用天平稱量硫酸銅和氯化銅的質量，放入燒杯中，然后加入適量的蒸餾水，攪拌直至溶解。由于濃硫酸稀釋時會放出大量的熱所以加入濃硫酸時要緩慢而且要邊滴加邊攪拌，直至藥品全部溶解后用蒸餾水定容。最后配置好的溶液呈藍色。
[0025]接下來是電鍍過程，電鍍的基本過程是在容器中裝入適量的電鍍液，然后將容器放入40°C的水浴鍋中，將準備好的金屬陽極銅片固定在電鍍液中，然后將非晶絲系一端在導電金屬環(huán)上，一端系在絕緣環(huán)上，然后將絕緣環(huán)浸入水中，這樣非晶絲也就浸入水中，但要注意不要讓導電金屬環(huán)浸入水中。見圖1所示。將金屬板作為陽極，非晶絲作為陰極，通電后銅不斷地在非晶絲上沉積。其基本原理可以解釋為當電鍍槽通電時，電子從電源的負極沿導線流入渡槽的陰極，并從電解槽的陽極流出沿導線流回電源正極構成一個回路。在鍍槽中電流的傳遞依靠溶液中的陰陽離子的定向移動來實現。銅離子在陰極上失去電子發(fā)生還原反應，還原為金屬銅而沉積在非晶絲的表面，銅陽極板在極板與溶液界面上放出電子，銅原子本身就發(fā)生氧化反應變?yōu)殂~離子而進入鍍液維持溶液中銅離子的濃度保持不變，同時向陰極向陰極方向遷移，這就是銅陽極逐漸變薄的原因。電流的流動由電子導電，離子導電和電極反應構成。
[0026]電鍍銅在陽極和陰極發(fā)生的反應為:
陰極(鍍件):Cu2++2e_— Cu
陽極(純銅):Cu-2e_ — Cu2+本發(fā)明采用型號為QJ3005XE的直流電源，電壓為0.2V-0.25V(在電壓范圍內取定一個電壓值進行恒壓實驗)，電流為:8mA-20mA將電源線接好后，調整至適當的電壓，保持恒壓的狀態(tài)開始電鍍，在電鍍過程中適時攪拌，以驅趕附著在鍍件表面的氣泡，并且用水浴鍋加熱保持恒溫在40 C。
[0027]下面以成分為Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25，直徑為38_50Mm的非晶絲為例，對本專利進行進一步說明:
1、采用熔體抽拉法制備非晶絲，將純度99.9%以上的各種原材料按名義成分Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25。在精度萬分之一的電子天平上稱量，并充入氬氣作為保護氣氛，起弧。
[0028]2、將母合金的棒料置于BN坩堝中，母合金完全熔化后，啟動銅輪充入純度99.97%的IS氣作為保護氣，加熱母合金。待母合金完全熔化后以3100r/min的速度抽絲。
[0029]3、對試樣進行表面處理，用拋光布進行打磨，直到達到電鍍要求。
[0030]4、將適量電鍍液倒入燒杯中，然后將燒杯放入40°C的水浴鍋中，非晶絲連接電源的負極，純銅片鏈接電源的正極。接下來將電源的正負極放入燒杯中固定好，調整電源電壓為:0.25V,開始電鍍，在整個電鍍的過程中電流在8mA-20mA之間變動。該方法采用的是恒壓過程。
[0031]5、電鍍過程中不斷攪拌，以驅趕附著在鍍件上的氣泡，本實驗過程取的平行實驗時間分別為10分鐘，15分鐘，20分鐘，25分鐘，35分鐘到達相應時間關閉電源，停止電鍍。
[0032]6、將電鍍銅的一部分非晶絲經過軋機壓軋，將每個鍍銅后的非晶絲軋到55ΜΠ1，然后將非晶絲做拉伸測試。
[0033]本發(fā)明采用型號為ATMR-300的電動軋機，本發(fā)明是將鍍銅后的非晶絲軋至52μιτι-57μLτι
圖2為未鍍金屬的非晶絲，從圖中可以看出非晶絲是明顯的脆性斷裂，其斷裂強度達到 2500MPa。
[0034]圖3為由本發(fā)明制作的鍍銅非晶絲復合材料室溫下拉伸的應力-應變曲線，雖然抗拉強度有所下降，但是本發(fā)明制作出的非晶絲復合材料已經達到了相對較高的抗拉強度。在拉伸時表現出加工硬化現象，在斷裂時體現出明顯的塑性，在圖中可以明顯觀察出隨著電鍍時間也就是鍍膜厚度的增加拉伸塑性越明顯。圖5~圖7分別表示了鍍銅和經過壓軋后的鍍銅非晶絲的斷口掃描圖片，可以看出在斷口處產生了明顯的縮頸現象，進一步說明本發(fā)明可以改善非晶絲的塑性，使其斷裂為塑性斷裂。
[0035]本發(fā)明同樣適用于不同的非晶絲材料和不同種類的金屬晶體，可以根據需要改變電壓，從而改變電流，或者改變電鍍時間來調整電鍍膜的厚度，以制備不同性能的包覆非晶絲材料。
[0036]實施例2: —種包覆非晶絲的方法:
以非晶絲表面鍍鎳為例
首先是鍍鎳電鍍液的配制 NiSO4.7H20: 280g/L NiCl2.6H20: 40g/L H3BO3:40g/LCH3 (CH2)11SO3Na:0.5g/L
其中 NiSO4.7H20、NiCl2.6H20、H3BO3 和 CH3 (CH2) nS03Na (十二烷基磺酸鈉)均為分析純。
[0037]具體的操作方法為:用天枰稱量好硼酸的質量加入燒杯中放入適量的水，不斷攪拌直至溶解后再加入稱量好的NiSO4.7H20, NiCl2.6H20，CH3 (CH2) nSO3Na,依次加入燒杯中不斷攪拌，直至藥品全部溶解后再用蒸餾水定容，最后配置好的溶液呈綠色。
[0038]接下來是電鍍過程，電鍍的基本過程是在容器中裝入適量的電鍍液，然后將容器放入40°C的水浴鍋中，將準備好的金屬陽極鎳片固定在電鍍液中，然后將非晶絲系一端在導電金屬環(huán)上，一端系在絕緣環(huán)上，然后將絕緣環(huán)浸入水中，這樣非晶絲也就浸入水中，但要注意不要讓導電金屬環(huán)浸入水中。將金屬板作為陽極，非晶絲作為陰極，通電后鎳不斷地在非晶絲上沉積。其基本原理可以解釋為當電鍍槽通電時，電子從電源的負極沿導線流入渡槽的陰極，并從電解槽的陽極流出沿導線流回電源正極構成一個回路。在鍍槽中電流的傳遞依靠溶液中的陰陽離子的定向移動來實現。鎳離子在陰極上失去電子發(fā)生還原反應，還原為金屬鎳而沉積在非晶絲的表面，鎳陽極板在極板與溶液界面上放出電子，鎳原子本身就發(fā)生氧化反應變?yōu)殒囯x子而進入鍍液維持溶液中鎳離子的濃度保持不變，同時向陰極向陰極方向遷移，這就是鎳陽極逐漸變薄的原因。電流的流動由電子導電，離子導電和電極反應三方面而構成。
[0039]本發(fā)明采用型號為QJ3005XE的直流電源，電壓為1.0V-1.2V (在電壓范圍內取定一個電壓值進行恒壓實驗)，電流為:20mA-40mA將電源線接好后，調整至適當的電壓，保持恒壓的狀態(tài)開始電鍍， 在電鍍過程中適時攪拌，以驅趕附著在鍍件表面的氣泡，并且用水浴鍋加熱保持恒溫在40°C。
[0040]下面以成分為Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25，直徑為38_50Mm的非晶絲為例，對本專利進行進一步說明:
1、采用熔體抽拉法制備非晶絲，將純度99.9%以上的各種原材料按名義成分Co68.15Fe4.35Si12.25B15.25。在精度萬分之一的電子天平上稱量，并充入氬氣作為保護氣氛，起弧。
[0041]2、將母合金的棒料置于BN坩堝中，母合金完全熔化后，啟動銅輪充入純度99.97%的IS氣作為保護氣，加熱母合金。待母合金完全熔化后以3100r/min的速度抽絲。
[0042]3、對試樣進行表面處理，用拋光布進行打磨，直到達到電鍍要求。
[0043]4、將適量電鍍液倒入燒杯中，然后將燒杯放入40°C的水浴鍋中，非晶絲連接電源的負極，純銅片鏈接電源的正極。接下來將電源的正負極放入燒杯中固定好，調整電源電壓為:1.2V，開始電鍍，在整個電鍍的過程中電流在20mA-40mA之間變動。該方法采用的是恒壓過程。
[0044]5、電鍍過程中不斷攪拌，以驅趕附著在鍍件上的氣泡，本實驗過程取的平行實驗時間分別為10分鐘，15分鐘，20分鐘，25分鐘，35分鐘到達相應時間關閉電源，停止電鍍。
[0045]圖4為由本發(fā)明制作的鍍鎳非晶絲復合材料室溫下拉伸的應力-應變曲線，從圖中可以看出在拉伸過程中產生了明顯的加工硬化，在拉伸時有明顯的塑性變形。圖8為電鍍鎳后的拉伸斷口圖，可以明顯觀察到縮頸現象，同樣也可以充分證明是塑性斷裂。
【權利要求】
1.一種包覆非晶絲的制備方法，其特征在于:包括電鍍和壓扎過程，電鍍是在含有待鍍金屬的鹽類溶液中進行，以相應的金屬板為陽極，而非晶絲作為陰極，使非晶絲表面鍍上一層金屬晶體；電鍍后的非晶絲經過電動軋機壓軋，非晶絲在拉伸時產生加工硬化現象。
2.根據權利要求1所述的包覆非晶絲的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)采用熔體抽拉法制備非晶絲，并充入氬氣作為保護氣氛，起??； (2)將母合金的棒料置于坩堝中，母合金完全熔化后，啟動銅輪充入純度99.97%的氬氣作為保護氣，加熱母合金，待母合金完全熔化后以3100r/min的速度抽絲； (3)對試樣進行表面處理，用拋光布進行打磨直到達到電鍍要求； (4)非晶絲連接電源的負極，金屬片連接電源的正極，將正負極放入裝有電鍍液的燒杯中，并將燒杯放入水浴鍋中進行40°C的水浴加熱，開始電鍍； (5)電鍍過程中不斷攪拌，以驅趕附著在鍍件上的氣泡，記錄相應的電鍍時間，到適當的時間，關閉電源，停止電鍍； (6)將電鍍好的一部分非晶絲經過軋機壓軋，將每個鍍金屬后的非晶絲軋到52-57Mm，然后將非晶絲做拉伸測試。
3.根據權利要求2所述的包覆非晶絲的制備方法，其特征在于:所述金屬為銅，采用的金屬片為銅片，所述的電鍍液為:
CuSO4.5H20:200g/L
CuCl2.2H20:72mg/L
H2SO4:60g/L 其中H2SO4為98%濃硫酸，CuCl2.2H20和CuSO4.5H20為分析純； 電鍍液的具體制備方法為:先用天平稱量硫酸銅和氯化銅的質量，放入燒杯中，然后加入適量的蒸餾水，攪拌直至溶解；直至藥品全部溶解再用蒸餾水定容；最后配置好的溶液呈藍色。
4.根據權利要求2所述的包覆非晶絲的制備方法，其特征在于:電鍍銅的電源電壓為.0.20-0.25V,電流為 8mA-20mA。
5.根據權利要求2所述的包覆非晶絲的制備方法，其特征在于:所述金屬為鎳，采用的金屬片為鎳片，所述的 電鍍液為:
NiSO4.7H20:280g/L
NiCl2.6H20:40g/L
H3BO3:40g/L
CH3 (CH2)11SO3Na:0.5g/L
其中 NiSO4.7H20、NiCl2.6H20、H3BO3 和 CH3 (CH2)11SO3Na 均為分析純； 電鍍液的具體制備方法為:用天平稱量好硼酸的質量加入燒杯中放入適量的水，不斷攪拌直至溶解后再加入稱量好的NiSO4.7H20, NiCl2.6H20, CH3 (CH2) nS03Na，依次加入燒杯中不斷攪拌，直至藥品全部溶解后再用蒸餾水定容，最后配置好的溶液呈綠色。
6.根據權利要求2所述的包覆非晶絲的制備方法，其特征在于:電鍍鎳的電源電壓為.1.0-1.2V,電流為 20mA-40mA。
【文檔編號】C25D5/48GK103938243SQ201410176169
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】喬珺威, 任麗微, 楊慧君, 馬勝國, 王永勝, 周禾豐, 許并社 申請人:太原理工大學