CN102925952A - 不锈钢与非晶合金的复合体及其制作方法 - Google Patents

不锈钢与非晶合金的复合体及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种不锈钢与非晶合金的复合体，其包括不锈钢基体及注射结合于不锈钢基体表面的非晶合金体，该不锈钢基体通过电化学蚀刻处理使其由表面形成有若干纳米孔，所述非晶合金体结合于所述不锈钢基体形成有所述若干纳米孔的表面。所述不锈钢基体与非晶合金体结合强度高。本发明还提供一种不锈钢与非晶合金的复合体的制备方法。

Description

不锈钢与非晶合金的复合体及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢与非晶合金的复合体及其制作方法。
背景技术
非晶合金具有高强度，高耐磨及高耐腐蚀性，其在高端3C产品上应用具有很大潜力。不锈钢常被作为3C产品的外壳或零组件，其与其它材料的连接方法通常为焊接或粘接。将不锈钢与非晶合金连接于一体的方法，目前有焊接或粘接两种方式。然而使用焊接法时，焊接的热效应会让非晶合金晶化，焊缝严重脆化。使用粘接方法制备不锈钢与非晶合金的复合体，不仅要求不锈钢表面具有一定的粗糙度和清洁度，且面具有一定的化学或物理反应活性，同时还需依赖中间的界面材料粘胶。粘接虽然可以实现不锈钢与非晶合金件间的连接，但目前粘接方式仍有以下缺点：(1)粘结强度不高，仅达0.5Mpa；(2)产品工作温度受胶粘剂性能影响，一般只能在-50～100℃的温度范围内正常工作；(3)在环境光﹑热﹑湿气等因素下，胶粘剂会产生老化断裂等现象；(4)大部分胶粘剂有毒，会散发有刺激性的气体，危害人体健康。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种结合力强、且可克服上述缺陷的不锈钢与非晶合金的复合体。
另外，还有必要提供一种上述不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法。
一种不锈钢与非晶合金的复合体，其包括不锈钢基体及注射结合于不锈钢基体表面的非晶合金体，该不锈钢基体通过电化学蚀刻处理使其表面形成有若干纳米孔，所述非晶合金体结合于所述不锈钢基体形成有所述若干纳米孔的表面。
一种不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法，其包括如下步骤：
提供不锈钢基体；
对上述不锈钢基体进行电化学蚀刻处理，使该不锈钢基体表面形成若干纳米孔；
对不锈钢基体进行预热；
将经预热后的不锈钢基体置于一注射成型模具中，将非晶合金材料注射于不锈钢基体表面形成非晶合金体，制得所述复合体，所述非晶合金材料的温度介于非晶合金的玻璃转化温度+5℃与非晶合金的晶化温度－10℃之间。
本发明所述复合体的制备方法，先对不锈钢基体进行电化学蚀刻，使其表面形成纳米多孔结构，然后将非晶合金材料注射到不锈钢基体表面，由于超塑性状态的非晶合金完全进入密集分布的纳米孔内，从而与不锈钢基体牢固结合，同时由于纳米效应，结合强度高。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的不锈钢与非晶合金的复合体的剖视示意图；
图2是本发明较佳实施方式的不锈钢基体经电化学蚀刻处理后的扫描电镜图；
图3是本发明较佳实施方式的注射非晶合金结合于不锈钢基体表面的示意图。
主要元件符号说明
复合体 100
不锈钢基体 11
非晶合金体 13
纳米孔 111
注射成型模具 20
下模 21
第二模穴 211
上模 23
浇口 231
第一模穴 233
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施方式的不锈钢与非晶合金的复合体100包括不锈钢基体11、及形成于不锈钢基体11表面的若干非晶合金体13。
请参阅图2，所述不锈钢基体11的表面形成有若干纳米孔111，该若干纳米孔111的平均孔径为30~60nm。从图2可以看到，所述若干纳米孔111在不锈钢基体11表面的分布较均匀。该若干纳米孔111的存在可使得注射所述非晶合金体13的部分非晶合金嵌入到该若干纳米孔111中，从而增强了非晶合金体13与不锈钢基体11的结合力。
所述若干非晶合金体13以模内注射的方式结合于不锈钢基体11形成有所述若干纳米孔111的表面。所述非晶合金体13为镁基非晶合金、锆基非晶合金或铜基非晶合金，且所述镁基非晶合金、锆基非晶合金及铜基非晶合金的玻璃转化温度(Tg)大于其晶化温度(Tx)，且两者之差(Tg－Tx)超过20℃。
本发明一较佳实施方式的制作上述不锈钢与非晶合金的复合体100的方法包括如下步骤：
(1)提供不锈钢基体11。
(2)对该不锈钢基体11进行常规的脱脂除油处理。
(3)对该不锈钢基体11进行电化学蚀刻，使不锈钢基体11表面被纳米孔111覆盖，纳米孔111的孔径为30~60nm。电化学蚀刻使用的反应溶液含有质量浓度为10~12wt%的氯化铁(FeCl3)，1.8~2.2wt%的氯化铵(NH4Cl)，4~7wt%的盐酸(HCl)溶液，反应温度为40~60℃，电流密度为2~2.5A/dm2，电化学蚀刻时间为8~14min。
(4)对不锈钢基体11进行预热，使不锈钢基体11温度达到所需注射的非晶合金材料的玻璃转化温度Tg，其中镁基非晶合金的Tg为100~200℃，锆基非晶合金与铜基非晶合金为400~500℃。预热使非晶合金能较好地流入不锈钢基体11的纳米孔111内，并能去除吸附在不锈钢基体11的纳米孔111内的水，使不锈钢基体11与非晶合金结合更好。该预热步骤可在烤箱中进行。
(5)请参阅图3，提供一注射成型模具20，该注射成型模具20包括上模23及下模21，上模23设置有若干浇口231、及若干与所述非晶合金体13相对应的第一模穴233，下模21形成有可容置所述不锈钢基体11的第二模穴211。将所述经预热后的不锈钢基体11置于该第二模穴211中，上模23及下模21合模，向注射成型模具20内通入氩气，然后将加热呈流动状态的镁基非晶合金、锆基非晶合金或铜基非晶合金材料经由若干浇口231注射填充于若干第一模穴233中形成若干非晶合金体13，制得所述复合体100。所述流动状态的非晶合金的温度介于非晶合金的玻璃转化温度(Tg)+5℃与非晶合金的晶化温度(Tx)－10℃之间。注射时控制注射成型模具20的温度在(Tg+5)℃~(Tx－5)℃之间。
由于非晶合金在过冷液相区间(材料的玻璃转化温度(Tg)与晶化温度(Tx)之间的温度区间)流动时对氧气气氛比较敏感，流动时流体的表面容易氧化形成陶瓷膜，因此注射过程中注射成型模具20中需通入氩气作为保护气体。加热至过冷液相区间的非晶合金在成型模具20中仍保持优良的流动性，能进入不锈钢基体11表面的纳米孔111内，从而与不锈钢基体11牢固连接于一体。与不锈钢基体11结合的非晶合金的晶化温度(Tx)低于500℃，以保证不锈钢基体11的力学性能不受损。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
电化学蚀刻：使用的反应溶液含有质量浓度为10%的FeCl3， 2.2%的NH4Cl，7%的HCl溶液，反应溶液温度为40℃，电流密度为2A/dm2，电化学蚀刻时间为8min。
预热：将不锈钢基体11预热至温度为157°C。
注射以形成复合体100：所述非晶合金的组份为含有铜和镝的镁基非晶合金，其中铜的原子百分含量为30%，镝的原子百分含量为11.5%，剩余的为镁，将加热至温度为170℃的所述非晶合金材料注射于所述不锈钢基体11上。
实施例2
电化学蚀刻：使用的反应溶液含有质量浓度为12%的FeCl3， 2%的NH4Cl，7%的HCl溶液，反应溶液温度为60℃，电流密度为2.5A/dm2，电化学蚀刻时间为14min。
预热：将不锈钢基体11预热至温度为412°C。
注射以形成复合体100：所述非晶合金的组份为含有铜、铝和镍的锆基非晶合金，其中铜的原子百分含量为30%，铝的原子百分含量为10%，镍的原子百分含量为5%，剩余的为镁，将加热至温度为430℃的所述非晶合金材料注射于所述不锈钢基体11上。
实施例3
电化学蚀刻：使用的反应溶液含有质量浓度为10%的FeCl3， 2.1%的NH4Cl，5%的HCl溶液，反应溶液温度为50℃，电流密度为2.3A/dm2，电化学蚀刻时间为12min。
预热：将不锈钢基体11预热至温度为433°C。
注射以形成复合体100：所述非晶合金的组份为含有锆和钛的铜基非晶合金，其中锆的原子百分含量为30%，钛的原子百分含量为10%，剩余的为铜，将加热至温度为445℃的所述非晶合金材料注射于所述不锈钢基体11上。
性能测试：
对实施例1、2和3所制得的复合体100分别进行剪切力试验，其中实施例1的剪切强度可达70Mpa，实施例2的剪切强度可达110Mpa，实施例3的剪切强度可达120MPa，说明非晶合金体13与不锈钢基体11结合强度高。
对实施例1、2和3所制得的复合体100分别进行温湿度存储试验(72小时，85℃，85%相对湿度)及冷热冲击试验(48小时，-40℃-+85℃，4小时/cycle，12cycles)后发现，该复合体100的剪切强度均无明显减小。
本发明所述复合体100的制备方法，先对不锈钢基体11进行电化学蚀刻，使其表面形成纳米多孔结构，然后将加热至过冷液相区间的非晶合金材料注射到不锈钢基体11表面，由于超塑性状态的非晶合金完全进入密集分布的纳米孔内，从而与不锈钢基体11牢固结合，同时由于纳米效应，结合强度高。

Claims (11)

1.一种不锈钢与非晶合金的复合体，其包括不锈钢基体及注射结合于不锈钢基体表面的非晶合金体，其特征在于：该不锈钢基体通过电化学蚀刻处理使其表面形成有若干纳米孔，所述非晶合金体结合于所述不锈钢基体形成有所述若干纳米孔的表面。
2.如权利要求1所述的不锈钢与非晶合金的复合体，其特征在于：所述若干纳米孔的平均孔径为30~60nm。
3.如权利要求1所述的不锈钢与非晶合金的复合体，其特征在于：所述非晶合金体为镁基非晶合金、锆基非晶合金或铜基非晶合金，且所述非晶合金的玻璃转化温度大于非晶合金的晶化温度，两者之差超过20℃。
4.如权利要求1所述的不锈钢与非晶合金的复合体，其特征在于：所述非晶合金体至少部分嵌入结合于所述不锈钢基体的若干纳米孔中。
5.一种不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法，其包括如下步骤：
提供不锈钢基体；
对上述不锈钢基体进行电化学蚀刻处理，使该不锈钢基体表面形成若干纳米孔；
对不锈钢基体进行预热；
将经预热后的不锈钢基体置于一注射成型模具中，将非晶合金材料注射于不锈钢基体表面形成非晶合金体，制得所述复合体，注射时所述非晶合金材料的温度介于非晶合金的玻璃转化温度+5℃与非晶合金的晶化温度－10℃之间。
6.如权利要求5所述的不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法，其特征在于：所述若干纳米孔的平均孔径为30~60nm。
7.如权利要求5所述的不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法，其特征在于：所述电化学蚀刻处理步骤使用一反应溶液，该反应溶液含有质量浓度为10~12%的氯化铁，1.8~2.2%的氯化铵，4~7%的盐酸溶液，反应温度为40~60℃，电流密度为2~2.5A/dm2，电化学蚀刻时间为8~14min。
8.如权利要求5所述的不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法，其特征在于：所述对不锈钢基体进行预热的步骤中，预热的温度为所述非晶合金材料的玻璃转化温度。
9.如权利要求5所述的不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法，其特征在于：所述非晶合金体为镁基非晶合金、锆基非晶合金或铜基非晶合金，且所述非晶合金的玻璃转化温度大于非晶合金的晶化温度，两者之差超过20℃。
10.如权利要求5所述的不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法，其特征在于：注射时通入氩气于注射成型模具内。
11.如权利要求5所述的不锈钢与非晶合金的复合体的制作方法，其特征在于：注射时注射成型模具的温度介于所述非晶合金材料的玻璃转化温度+5℃与非晶合金材料的晶化温度－5℃之间。
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