CN102433518A

CN102433518A - 一种非晶合金制品的制造方法

Info

Publication number: CN102433518A
Application number: CN2011104212195A
Authority: CN
Inventors: 宫清; 张法亮; 唐炳忠
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-05-02
Also published as: WO2013087040A1

Abstract

本发明公开了一种非晶合金制品的制造方法，包括：将具有预定结构和形状且适于在预定溶液内溶解的异质体放入模具；将非晶合金熔体铸入模具内以便所述非晶合金与所述异质体结合形成毛坯，其中所述异质体的一部分从所述非晶合金内露出；将所述毛坯从模具中取出并放入所述预定溶液中以溶解所述异质体；和从所述预定溶液中取出所述异质体已被溶解的毛坯，得到非晶合金制品。根据本发明非晶合金制品的制造方法，通过非晶制品的特定结构的反向工程，先制备具有反向结构的易于加工或成型的异质体，并通过铸造将异质体植入到非晶合金体中，然后将其取出或溶解，获得常规金属模铸造成型难以得到的非晶合金产品复杂结构。

Description

一种非晶合金制品的制造方法

技术领域

本发明属于非晶合成材料技术领域，更具体地，本发明涉及一种非晶合金制品的制造方法。

背景技术

非晶合金材料也被称作金属玻璃，由于组成合金的原子无序的独特排列结构，而具有不同于普通结晶态金属材料的优异的物理、化学性质，例如高屈服强度、高硬度、超弹性(高弹性极限)、高耐磨损性、高耐腐蚀性等，而被人们广泛认为具有前景的新一代结构材料及功能材料而得到发展。

非晶合金尤其大块非晶合金由于具有玻璃态的属性和大的过冷液相区，因此而具有优异的流动性和成形性。但是，非晶合金一旦成型，由于其高的硬度和亚稳态的微观组织结构，便很难进行二次成型和二次加工，其中锆基非晶合金和铜基非晶合金硬度可达到维氏硬度5GPa以上，对于铁基非晶合金或镍基非晶合金硬度更高达8GPa，因此非晶合金的物理化学属性为制造更为复杂的非晶零部件增加了困难，也为非晶合金设计和应用的灵活性制造了麻烦。

同时，为了适应非晶合金优异的流动性和相对较大的冷却速率的要求，因此通常采用金属模进行成型，金属膜成型要求有合适的脱模结构以利于生产。对于复杂的结构由于难以进行脱模设计，需要采用后续机加工的处理方法，从而增加了制造成本，对于高硬度的非晶合金其加工成本则更加高昂。

虽然失蜡铸造是制造复杂零部件是较好的方法，但加工精度相对金属膜成型较低。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种非晶合金制品的制造方法，该方法至少具有下列优点之一：方法简单、效率高、成本低。

根据本发明实施例的非晶合金制品的制造方法，包括：将具有预定结构和形状且适于在预定溶液内溶解的异质体放入模具；将非晶合金熔体铸入模具内以便所述非晶合金与所述异质体结合形成毛坯，其中所述异质体的一部分从所述非晶合金内露出；将所述毛坯从模具中取出并放入所述预定溶液中以溶解所述异质体；和从所述预定溶液中取出所述异质体已被溶解的毛坯，得到非晶合金制品。

根据本发明实施例的非晶合金制品的制造方法，通过非晶制品的特定结构的反向工程制备具有反向结构的易于加工或成型的异质体，并通过铸造将异质体植入到非晶合金体中，最后通过将异质体溶解，由此可以制备通过常规金属模铸造成型难以得到的复杂结构的非晶合金制品。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的非晶合金制品的制造方法流程示意图；

图2a是根据本发明一个实施例的非晶合金制品的制造方法制得的非晶合金与异质体的毛坯的结构示意图；

图2b是由图2a所示的毛坯得到的非晶合金制品的结构示意图；

图3是根据本发明另一个实施例的非晶合金制品的制造方法中制得的非晶合金与异质体的毛坯的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

首先，参考图1描述本发明所涉及的非晶合金制品的制造方法的流程。

本发明所涉及的非晶合金制品的制造方法概括而言主要包括提供具有预定结构的异质体、成型非晶合金与所述异质体结合形成的毛坯、以及溶解所述毛坯中的异质体以得到非晶合金制品。

需要理解的是，本发明所涉及的非晶合金制品的制造方法适用于制备任意非晶合金材料的制品，尤其适用于耐腐蚀性强或在预定溶液中具有钝化特性的非晶合金。其中，锆基非晶合金由于具有形成能力强、耐酸碱性强、且具有钝化特性，故而优选，尤其优选化学组成为Zr_aCu_bAl_cNi_dM_e(其中M表示选自Fe、Co、Mn、Cr、Ti、Hf、Ta、Nb、C及稀土元素中的至少一种，a、b、c、d和e分别表示各元素的原子百分数，40≤a≤70，15≤b≤35，5≤c≤15，5≤d≤15，0≤e≤5，且a+b+c+d+e＝100)的锆基非晶合金。

在上述锆基非晶合金中可以含有杂质元素，其中以原子百分数计，所述杂质元素的含量不高于2％。

具体而言，本发明所涉及的非晶合金制品的制造方法包括以下步骤：

a)将具有预定形状且适于在预定溶液内溶解的异质体放入模具。

首先，提供具有预定形状且适于在预定溶液内溶解的异质体。为此，可以根据需要制备的非晶合金制品的特定结构，通过反向工程制备所述非晶合金制品的反向结构的异质体。

关于异质体的材质，需要理解的是，当异质体相对非晶合金材料具有良好的化学活性且在特定溶液中具有良好的溶解性时，有利于在形成毛坯后的去异质体工序的实施。基于此，本发明中优选所述异质体在所述预定溶解液中的溶解速率是所述非晶合金在所述预定溶解液中的溶解速率的100倍以上。

此外，当异质体具有高温稳定性，在制备非晶合金毛坯时，不会产生熔融破坏或严重的形变，故而优选具有较高的高温稳定性的材质形成该异质体，如熔点较高的金属材料或导热系数较低的塑料。为此，从高温稳定性、成本、加工难易度等观点出发，本发明中所述异质体的材质优选为塑料、铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、黑色金属中的至少一种。其中，当使用金属制备异质体时，优选使用熔点高于400℃的金属。当使用塑料制备异质体时，优选塑料的导热系数低于1w/m.k。。

其中，当使用塑料的熔点虽然低(通常在120℃～270℃)，但是导热系数非常的小(塑料通常为0.1～10w/m.k，金属的导热系数为10～100w/m.k)，也就是非晶合金在接触塑料的过程中会导致表面极小部分的熔融，而不至于导致塑料的整体熔融和严重变形。非晶合金熔体的热量主要被金属模具所带走。因此，在对于非晶合金制品的反向结构的精度或反向结构的表面精度要求较高时，优选金属作为异质体材料；而当要求控制成本、且对反向结构的精度或反向结构的表面精度要求较低时，优选塑料作为异质体材料。

关于异质体的形状没有特殊的要求。考虑到具有负拔模角的非晶体制品难以通过金属模铸造方法来制备，因此优选所述异质体(如图2a所示中标记1所示)为燕尾形，以便形成具有负拔模角的非晶合金制品(如图2b所示，即图2a中标记2所示的非晶合金部分经过去除异质体得到的)。此外，考虑到非晶合金的硬度和强度较大，难以通过加工形成螺纹孔结构，因此本发明的异质体优选为螺钉(如图3)以便形成具有螺纹孔的非晶合金制品。

此外，关于形成具有预定形状的异质体的方法没有特殊的限制，可以根据异质体的具体形状和材质采用已知的方法来制备。

b)将非晶合金熔体铸入模具内以便所述非晶合金与所述异质体结合形成毛坯，其中所述异质体的一部分露出所述毛坯的表面。

接着，形成非晶合金与异质体的毛坯。

具体操作可以为：将所述异质体放入模具并定位，然后选择合适材料的非晶合金材料熔融，铸入定位有所述异质体的模具腔内。

所述非晶合金材料的铸入方法没有特殊限制，例如采用普通压铸设备即可完成铸入操作，在铸入过程中使所述异质体的一部分从所述非晶合金内露出。

由此，便可完成非晶合金毛坯的制作，因为非晶合金流动性好并具有优异的复写性，熔融的非晶熔体可以很好的将所述异质体包裹并形成所述异质体的反向结构。

c)将所述毛坯从模具中取出并放入所述预定溶液中以溶解所述异质体。

当所述异质体的材质为塑料时，可以在形成毛坯后采用有机溶剂来溶解除去。例如，可以采用ABS塑料来制备异质体，而由于醋酸乙酯可以溶解ABS塑料，在获得毛坯后可以通过醋酸乙酯来溶解除去由ABS塑料制得的异质体。

当所述异质体的材质为铜合金、镁合金、锌合金、黑色金属中的至少一种时，可以在形成毛坯后采用强酸(例如浓硝酸、浓硫酸、王水等)溶液来溶解除去。

当所述异质体的材质为铝合金时，由于其既可以溶解于强酸也可以溶解于强碱(例如氢氧化钠、氢氧化钾等)，因此可以在形成毛坯后采用强酸溶液或强碱溶液来溶解除去。

关于所述预定溶解液的浓度没有特殊限制，只要能达到溶解所述异质体的效果即可。

d)最后，从所述预定溶液中取出所述异质体已被溶解的毛坯，得到非晶合金制品。

由此，便可制得所需结构的非晶合金制品。

下面通过具体实施例描述本发明。

实施例1

本实施例中，选择材质为C3604的铜合金作为异质体的制备材料，选用浓度为7mol/L的HNO₃溶液作为预定溶解液，选择合金成分为Zr₅₂Al₁₀Cu₃₀Ni₇的非晶合金材料。

首先，将铜合金加工成合适规格的铜合金螺钉10(如图3所示)，然后将铜合金螺钉10放入模具中并定位。

此后，将成分为Zr₅₂Al₁₀Cu₃₀Ni₇的非晶合金材料进行熔融，并采用压铸设备铸入定位有铜合金螺钉1的模具腔内，待成型后，如图3所示，得到由作为异质体的铜合金螺钉10和非晶合金20形成的毛坯。

接着，将非晶合金制品毛坯从模具中取出，放入浓度为7mol/L的HNO₃溶液中溶解30分钟，待铜合金螺钉10溶解之后，将非晶合金制品清洗取出，便可得到具有螺纹孔的非晶合金制品。

根据本发明的实施例，螺纹结构难于采用模具直接成型出来，且非晶合金的硬度高达5Gpa，强度高达2000Mpa，因此当非晶合金铸造成型后再进行钻孔和攻螺纹的机械加工是非常困难的，只能采用成本较高的硬质刀具甚至钨钢刀方能进行加工，而且刀具寿命也会非常低，大大增加制备成本，且制备效率低。

根据本发明的非晶合金制品的制造方法，首先制备易于加工成型的铜合金螺钉，并通过反向工程将具有反向结构的铜合金螺钉植入非晶合金材料中，使非晶合金材料形成螺纹孔结构，再将铜合金螺钉取出或溶解，便可获得具有螺纹孔的非晶合金制品。

所述铜合金螺钉相对非晶合金具有较好的化学活性，在7mol/L的HNO₃溶液中具有良好的溶解特性，铜合金螺钉的溶解速率为5186mm/a，而非晶合金在7mol/L的HNO₃溶液中的溶解速率仅为0.02mm/a，因此铜合金螺钉在硝酸溶液中很快溶解，而非晶合金由于具有优异的耐腐蚀特性则并没有发生明显的溶解和腐蚀，保证了非晶合金制品的外观和尺寸的稳定；所述铜合金螺钉并且还具有高温稳定性，其熔点在1000摄氏度左右，在非晶合金的成型温度在600摄氏度到700摄氏度区间，当非晶合金熔体铸入模具时，铜合金螺钉不会产生熔融破坏或严重的形变，保证了铜合金螺钉在非晶合金铸造成型过程中螺纹结构的稳定。

实施例2

本实施例中，选择材质为ABS塑料作为异质体的制备材料，选用醋酸乙酯溶液作为溶剂，选择合金成分为Zr₅₂Al₁₀Cu₃₀Ni₇的非晶合金材料。

首先，将ABS塑料加工成合适规格的螺钉10(如图3所示)，然后将塑料螺钉10放入模具中并定位。

此后，将成分为Zr₅₂Al₁₀Cu₃₀Ni₇的非晶合金材料进行熔融，并采用压铸设备铸入定位有螺钉1的模具腔内，待成型后，如图3所示，得到由作为异质体的ABS螺钉10和非晶合金20形成的毛坯。

接着，将非晶合金制品毛坯从模具中取出，放入醋酸异质溶液中溶解，温度为60摄氏度，待ABS塑料螺钉10溶解之后，将非晶合金制品清洗取出，便可得到具有螺纹孔的非晶合金制品。

所述ABS塑料螺钉相对非晶合金在醋酸乙酯溶液中具有较好的溶解特性，因此塑料螺钉在醋酸乙酯溶液中很快溶解，而非晶合金由于具有优异的化学稳定性并不发生溶解和腐蚀，保证了非晶合金制品的外观和尺寸的稳定；所述塑料螺钉并且还具有低的导热系数，其导热系数比非晶合金低一个数量级，因此当非晶合金熔体铸入模具时，螺钉不会产生熔融破坏，非晶熔体热量主要被模具所吸收，保证了塑料螺钉在非晶合金铸造成型过程中螺纹结构的稳定。

根据本发明上述实施例的非晶合金制品的制造方法，相对低成本的解决了非晶合金螺纹孔的成型问题，又保证了螺纹孔的足够的精度和足够的强度。由此可见采用本发明的技术，可以很好解决常规铸造技术中负拔模角的产品，采用了低成本的解决方案获得了更为复杂的产品，拓宽了非晶合金的应用领域。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种非晶合金制品的制造方法，其特征在于，包括：

将具有预定形状且适于在预定溶液内溶解的异质体放入模具；

将非晶合金熔体铸入模具内以便所述非晶合金与所述异质体结合形成毛坯，其中所述异质体的一部分露出所述毛坯的表面；

将所述毛坯从模具中取出并放入所述预定溶液中以溶解所述异质体；和

从所述预定溶液中取出所述异质体已被溶解的毛坯，得到非晶合金制品。

2.如权利要求1所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述非晶合金的化学组成为Zr_aCu_bAl_cNi_dM_e，其中M表示选自Fe、Co、Mn、Cr、Ti、Hf、Ta、Nb、C及稀土元素中的至少一种，a、b、c、d和e分别表示各元素的原子百分数，40≤a≤70，15≤b≤35，5≤c≤15，5≤d≤15，0≤e≤5，且a+b+c+d+e＝100。

3.如权利要求2所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述非晶合金中含有杂质元素，其中以原子百分数计，所述杂质元素的含量不高于2％。

4.如权利要求1所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述异质体在所述预定溶液中的溶解速率是所述非晶合金在所述预定溶液中的溶解速率的100倍以上。

5.如权利要求4所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述异质体的材质为选自塑料、铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、黑色金属中的至少一种。

6.如权利要求5所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述异质体的材质为导热系数优选低于1w/m.k的塑料且所述预定溶液为有机溶剂。

7.如权利要求6所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述异质体的材质为ABS塑料且所述预定溶液为醋酸乙酯。

8.如权利要求5所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述异质体的材质为铜合金、镁合金、锌合金、黑色金属中的至少一种且所述预定溶液为强酸溶液。

9.如权利要求5所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述异质体的材质为铝合金且所述预定溶液为强酸溶液或强碱溶液。

10.如权利要求1所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述异质体为燕尾形以便形成具有负拔模角的非晶合金制品。

11.如权利要求1所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述异质体为螺钉以便形成具有螺纹孔的非晶合金制品。