CN102896423A - 一种激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：对非晶合金薄板及晶态金属薄板进行切割和清洗，将非晶合金薄板固定在焊接平台上，并将晶态金属薄板左端与非晶合金薄板左端对齐并压紧在实验平台上，右端绕在放料滚筒上，将辊子放在非晶合金薄板及晶态金属薄板左端并对齐，打开激光器，调整激光扫描速度为V2＝8~12m/min、保护气体流量为q=10~20L/min，激光束沿着非晶合金薄板及晶态金属薄板宽度方向快速来回扫描，同时调整辊子的直线运动速度V1=V2/2W*0.0002m/min，以将非晶合金薄板与晶态金属薄板的熔化部分压实，形成非晶合金和晶态金属复合结构。本发明能够解决现有方法中存在的非晶合金材料脆性大、抗剪切能力差、材料应用价值受限的问题。

Description

一种激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法
技术领域
本发明属于激光焊接领域，更具体地，涉及一种激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法。
背景技术
非晶合金是是一种新型的工程材料，其内部原子呈长程无序短程有序的三维拓扑结构，原子间以金属键结合，没有位错和晶界等缺陷。这种独特的结构使非晶合金材料具有许多优异的性能，如高强度、高硬度、耐磨、超强耐蚀性、过冷液相区内良好的超塑性等，被广泛地应用于精密机械、航空航天器件、信息、国防工业、体育器材、输电材料等领域。非晶合金是极具前途的新结构与功能材料，不仅有着很好的科学研究价值、而且还有巨大的市场前景。
然而，现有非晶合金材料存在以下问题：其在室温下具有较大的脆性，抗剪切能力差，且其作为新型工程材料的应用价值被大大限制。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法，旨在解决现有方法中存在的非晶合金材料脆性大、抗剪切能力差、材料应用价值受限的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对非晶合金薄板及晶态金属薄板进行切割和清洗，
（2）将非晶合金薄板固定在焊接平台上，并将晶态金属薄板左端与非晶合金薄板左端对齐并压紧在实验平台上，右端绕在放料滚筒上，将辊子放在非晶合金薄板及晶态金属薄板左端并对齐；
（3）打开激光器，调整激光扫描速度为V2=8～12m/min、保护气体流量为q=10~20L/min，激光束沿着非晶合金薄板及晶态金属薄板宽度方向快速来回扫描，同时调整辊子的直线运动速度V1=V2/2W*0.0002m/min，以将非晶合金薄板与晶态金属薄板的熔化部分压实，形成非晶合金和晶态金属复合结构。
步骤（1）包括以下子步骤：
（1-1）采用切片机分别切割非晶合金薄板及晶态金属薄板，非晶合金薄板及晶态金属薄板的宽度同为W=0.2m；
（1-2）先后用细颗粒砂纸和金相砂纸磨平非晶合金薄板及晶态金属薄板的待焊接表面并抛光，以去除表面氧化层；
（1-3）将非晶合金薄板及晶态金属薄板放在丙酮中进行超声波清洗，以去掉表面油脂杂质；
（1-4）将非晶合金薄板及晶态金属薄板放在无水乙醇中进行第二次超声波清洗，并在清洗干净后放在干净的无水乙醇中保存。
非晶合金包括Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5和Zr55Cu30Al10Ni5，晶态金属为锆。
激光器的光斑直径为d=0.4mm，激光输出功率为P=1000～1500W。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
1、本发明的复合结构可阻断非晶合金材料在剪切过程中剪切带的延伸，从而避免了纯非晶合金材料脆性大的问题，增强了抗剪切能力：
2、本发明采用激光的能量密度大，能在极短的时间内熔化薄板，形成良好的焊接区；
3、本发明通过调整激光焊接速度-功率之间的配合，获得合适的冷却速率，能够使焊接后的非晶材料继续保持非晶特性，材料结构和性能不仅没有破坏，材料的抗剪切性能还得到很大的提高，韧性增强，焊接后薄板表面质量高、连接可靠；
4、本发明可实现多种材料、多种厚度等不同形式的多层复合材料的制备，实现材料性能的优化，扩大材料在工程上的应用范围，提高材料的应用价值；
5、本发明操作简单，制造成本及性能方面均有明显优势，适用范围广，便于推广使用。
附图说明
图1是本发明激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法包括以下步骤：
（1）对非晶合金薄板及晶态金属薄板进行切割和清洗，在本实施方式中，非晶合金材料包括Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5和Zr55Cu30Al10Ni5，晶态金属材料为锆，本步骤具体包括以下子步骤：
（1-1）采用切片机分别切割非晶合金薄板及晶态金属薄板，非晶合金薄板及晶态金属薄板的宽度同为W=0.2m；
（1-2）先后用细颗粒砂纸和金相砂纸磨平非晶合金薄板及晶态金属薄板的待焊接表面并抛光，以去除表面氧化层；
（1-3）将非晶合金薄板及晶态金属薄板放在丙酮中进行超声波清洗，以去掉表面油脂杂质；
（1-4）将非晶合金薄板及晶态金属薄板放在无水乙醇中进行第二次超声波清洗，并在清洗干净后放在干净的无水乙醇中保存；（2）将非晶合金薄板固定在焊接平台上，并将晶态金属薄板左端与非晶合金薄板左端对齐并压紧在实验平台上，右端绕在放料滚筒上，将辊子放在非晶合金薄板及晶态金属薄板左端并对齐；
（3）打开激光器，调整激光器的光斑直径为d=0.4mm、激光输出功率为P=1000~1500W、激光扫描速度为V2=8～12m/min、保护气体流量为q=10~20L/min，激光束沿着非晶合金薄板及晶态金属薄板宽度方向快速来回扫描，同时调整辊子的直线运动速度V1=V2/2W*0.0002m/min，以将非晶合金薄板与晶态金属薄板的熔化部分压实，形成非晶合金和晶态金属复合结构。
实施例1
首先对Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板及锆薄板进行切割和清洗，其后将Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板固定在焊接平台上，并将锆薄板左端与Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板左端对齐并压紧在实验平台上，右端绕在放料滚筒上，将辊子放在Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板及锆薄板左端并对齐，然后打开激光器，调整激光器的光斑直径为d=0.4mm、激光输出功率为P=1000W、激光扫描速度为V2=8m/min、保护气体流量为q=10L/min，激光束沿着Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板及锆薄板宽度方向快速来回扫描，同时调整辊子的直线运动速度V1=0.04m/min，以将Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板及锆薄板的熔化部分压实，形成非晶合金和晶态金属复合结构。
实施例2
首先对Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板及锆薄板进行切割和清洗，其后将Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板固定在焊接平台上，并将锆薄板左端与Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板左端对齐并压紧在实验平台上，右端绕在放料滚筒上，将辊子放在Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板及锆薄板左端并对齐，然后打开激光器，调整激光器的光斑直径为d=0.4mm、激光输出功率为P=1000W、激光扫描速度为V2=12m/min、保护气体流量为q=20L/min，激光束沿着Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板及锆薄板宽度方向快速来回扫描，同时调整辊子的直线运动速度V1=0.06m/min，以将Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5薄板及锆薄板的熔化部分压实，形成非晶合金和晶态金属复合结构。
实施例3
首先对Zr55Cu30Al10Ni5薄板及锆薄板进行切割和清洗，其后将Zr55Cu30Al10Ni5薄板固定在焊接平台上，并将锆薄板左端与Zr55Cu30Al10Ni5薄板左端对齐并压紧在实验平台上，右端绕在放料滚筒上，将辊子放在Zr55Cu30Al10Ni5薄板及锆薄板左端并对齐，然后打开激光器，调整激光器的光斑直径为d=0.4mm、激光输出功率为P=1500W、激光扫描速度为V2=8m/min、保护气体流量为q=10L/min，激光束沿着Zr55Cu30Al10Ni5薄板及锆薄板宽度方向快速来回扫描，同时调整辊子的直线运动速度V1＝0.04m/min，以将Zr55Cu30Al10Ni5薄板及锆薄板的熔化部分压实，形成非晶合金和晶态金属复合结构。
实施例4
首先对Zr55Cu30Al10Ni5薄板及锆薄板进行切割和清洗，其后将Zr55Cu30Al10Ni5薄板固定在焊接平台上，并将锆薄板左端与Zr55Cu30Al10Ni5薄板左端对齐并压紧在实验平台上，右端绕在放料滚筒上，将辊子放在Zr55Cu30Al10Ni5薄板及锆薄板左端并对齐，然后打开激光器，调整激光器的光斑直径为d=0.4mm、激光输出功率为P=1500W、激光扫描速度为V2=12m/min、保护气体流量为q=20L/min，激光束沿着Zr55Cu30Al10Ni5薄板及锆薄板宽度方向快速来回扫描，同时调整辊子的直线运动速度V1=0.06m/min，以将Zr55Cu30Al10Ni5薄板及锆薄板的熔化部分压实，形成非晶合金和晶态金属复合结构。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对非晶合金薄板及晶态金属薄板进行切割和清洗，
（2）将非晶合金薄板固定在焊接平台上，并将晶态金属薄板左端与非晶合金薄板左端对齐并压紧在实验平台上，右端绕在放料滚筒上，将辊子放在非晶合金薄板及晶态金属薄板左端并对齐；
（3）打开激光器，调整激光扫描速度为V2=8~12m/min、保护气体流量为q=10~20L/min，激光束沿着非晶合金薄板及晶态金属薄板宽度方向快速来回扫描，同时调整辊子的直线运动速度V1=V2/2W*0.0002m/min，以将非晶合金薄板与晶态金属薄板的熔化部分压实，形成非晶合金和晶态金属复合结构。
2.根据权利要求1所述的激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（1）包括以下子步骤：
（1-1）采用切片机分别切割非晶合金薄板及晶态金属薄板，非晶合金薄板及晶态金属薄板的宽度同为W=0.2m；
（1-2）先后用细颗粒砂纸和金相砂纸磨平非晶合金薄板及晶态金属薄板的待焊接表面并抛光，以去除表面氧化层；
（1-3）将非晶合金薄板及晶态金属薄板放在丙酮中进行超声波清洗，以去掉表面油脂杂质；
（1-4）将非晶合金薄板及晶态金属薄板放在无水乙醇中进行第二次超声波清洗，并在清洗干净后放在干净的无水乙醇中保存。
3.根据权利要求1所述的激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法，其特征在于，非晶合金包括Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5和Zr55Cu30Al10Ni5，晶态金属为锆。
4.根据权利要求1所述的激光快扫制备非晶合金和晶态金属复合结构的方法，其特征在于，激光器的光斑直径为d＝0.4mm，激光输出功率为P=1000~1500W。
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