CN105710334A - 一种非晶态合金构件成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非晶态合金构件成形方法，属于非晶态合金技术领域。该方法是在非晶态合金熔体凝固过程中的温度区间，即液相线(Tl)到玻璃转变(Tg)温度范围内，对非晶态合金进行低压力精密成形。该技术充分利用了合金熔体凝固形成的光滑自由表面、良好的变形特性和低凝固收缩系数等特点，所获得非晶合金构件尺寸精度高、表面光洁度好、构件内部致密、无缩孔、缩松等缺陷。本发明中所涉及的技术方法工艺流程短、生产效率高、节约成本、产品质量好。

Description

一种非晶态合金构件成形方法
技术领域
本发明涉及非晶合金技术领域，具体涉及一种非晶态合金构件成形方法。
背景技术
非晶复合材料由于其独特结构特征，使其具有特殊的性能，如高比强度、高耐磨性、高耐腐蚀性、独特的变形特性等。在航天材料、国防工业、消费电子等领域具有广阔应用前景。目前，非晶态合金构件的制备技术主要包括两种，一种是真空压铸成形技术，通过将合金熔体在一定压力下充入型腔内，然后实现冷却，即在液相线温度实现充型和成形。该方法能够获得结构复杂的零件，并且快速高效、成型性好，但该方法的缺点就是产品表面容易形成气孔，分布不规则、大小不一，产品芯部也容易产生气孔。此外，该方法实现高真空条件很难，无法获得高品质的产品。第二种制备方法是过冷液态区成形技术，将获得的非晶态合金加热到玻璃转变温度(Tg)和初始晶化温度(Tx)之间，在一定压力、一定速度下实现成形，即在较窄的温度范围内对非晶态合金进行变形成形。该方法首先要获得非晶态母材，因而制备工艺复杂，效率低下，温度控制和变形时间要求较苛刻，否则产品容易产生晶化，最终性能恶化，无法满足产品的使用要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种非晶态合金构件成形方法，该方法是在非晶态合金熔体凝固过程中的温度区间对其进行低压力精密成形，该方法工艺流程短、生产效率高、节约成本、产品质量好。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种非晶态合金构件成形方法，该方法是将所需成分及重量的母合金置于熔化平台上，在真空条件下将母合金加热熔化后，停止加热，自由冷却，当合金熔体冷却到玻璃转变温度和液相线温度之间的成形温度时，采用成形模具对该状态的合金进行压制成形，同时对状态合金进行快速冷却，获得所述非晶态合金构件。
所选择的母合金具有非晶形成能力，只要满足成分均匀即可；母合金采用熔炼或浇铸方式制备；母合金的形状为棒状、板状、片状和/或球状规则形状；母合金的重量依据所需制备的非晶构件的形状和尺寸确定。
所述真空条件是指真空度为1×10-1～1×10-6Pa。
所述熔化平台的材质要保证不与母合金反应，不影响母合金的加热熔化行为和随后的凝固成形过程。
对母合金的加热方式为电弧加热、感应加热、电阻加热、激光加热、等离子体加热、红外加热或微波加热。
所述快速冷却的冷却速率为10-2～102K/min，通过低温的成形模具和/或具有致冷功能的熔化平台实现，使合金实现快速冷却，获得纯非晶结构。
本发明成形方法适用于所有非晶合金体系构件的制备，如：Zr基非晶合金、Ti基非晶合金、Fe基非晶合金、Ni基非晶合金、Al基非晶合金、Mg基非晶合金、Pd基非晶合金、Ag基非晶合金、Au基非晶合金、Hf基非晶合金、Ca基非晶合金、Pt基非晶合金、Cu基非晶合金、Co基非晶合金和稀土基非晶合金。
本发明具有以下优点：
1、本发明是将母合金熔化后，再在非晶态合金熔体凝固过程中的温度区间，即液相线(Tl)到玻璃转变(Tg)温度范围内，对该状态下合金进行低压力精密成形。该技术充分利用了该成形温度区间合金熔体凝固形成的光滑自由表面、良好的变形特性和低凝固收缩系数等特点，所获得非晶合金构件尺寸精度高、表面光洁度好、构件内部致密、无缩孔等缺陷。
2、本发明工艺流程短、生产效率高、节约成本、产品质量好。
附图说明
图1为非晶态合金构件精密成形方法装置示意图。
图中：1-熔化平台；2-真空腔室；3-母合金；4-模具；5-加热体。
图2为实施例1中Ti基非晶合金构件。
图3为实施例2中Zr基非晶合金构件。
图4非晶合金构件XRD图谱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明中所涉及的技术方法进行详细描述，但是应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明方法是将所需成分和重量的母合金3置于熔化平台1上，将真空腔室2抽真空，然后在真空条件下通过加热体5将母合金3加热熔化，随后停止加热，自由冷却，待合金熔体冷却到玻璃转变温度(Tg)和液相线温度(Tl)之间的时候，采用成形模具4对该状态的合金进行压制成形，并对该状态合金进行快速冷却，进而实现非晶态合金构件的成形。
实施例1
本实施例成形过程具体如下：
1、母合金成分：Ti32.8Zr30.2Ni5.3Cu9Be22.7(原子百分比)。
2、母合金熔炼：按照设计成分配制合金，随后置于坩埚内，抽真空到5×10-1～5×10-3Pa(也可以充入惰性保护气体)，采用感应熔炼或电弧熔炼技术获得成分均匀的母合金，并浇铸成规则的母合金锭(如棒状、板状或片状等)。
3、母合金切割：依据非晶态合金构件的质量，采用切割设备将浇铸的合金锭切割成所要求的尺寸。
4、非晶态合金构件成形加工：将切割后的母合金置于熔化平台上，抽真空到1×10-1～1×10-3Pa(也可以充入惰性保护气体)，采用感应加热(也可以采用电弧加热或者激光加热等加热方式)将母合金熔化，停止加热，自由冷却使得合金熔体冷却到熔化温度以上20度(冷却至所选择合金的Tl到Tg温度区间的某一温度即可)，模具挤压该状态母合金进行压制成形，直到模具和熔化平台(也可以是专门的成形平台，即合金熔化完成后倒入成形平台)无法进一步接触，同时对合金实现强制快速冷却，本实施例通过具有致冷功能的熔化平台实现快速冷却，冷却速率为10-1K/min；获得纯非晶结构的构件，如图2所示。
实施例2
与实施例1不同之处在于：所选择的母合金成分为Zr54.73Cu29.75Ni4.97Al9.95Ag0.1Y0.5(原子百分比)，获得纯非晶结构的构件如图3所示。
由图2-3可以看出，本发明所制备的非晶合金构件表面光洁度良好、尺寸精度高，通过SEM观察分析，构件内部致密、无缩孔等缺陷(图4)。
本发明合金成分可以是所有的非晶合金体系，如Ti基非晶合金、Zr基非晶合金、Fe基非晶合金、Ni基非晶合金、Mg基非晶合金、Pd基非晶合金、Ag基非晶合金、Hf基非晶合金、Pt基非晶合金等其它体系的非晶态合金成分。

Claims (8)

1.一种非晶态合金构件成形方法，其特征在于：将所需成分及重量的母合金置于熔化平台上，在真空条件下将母合金加热熔化后，停止加热，自由冷却，当合金熔体冷却到玻璃转变温度和液相线温度之间的成形温度时，采用成形模具对该状态的合金进行压制成形，同时对该状态合金进行快速冷却，获得所述非晶态合金构件。
2.根据权利要求1所述的非晶态合金构件成形方法，其特征在于：所选择的母合金具有非晶形成能力，只要满足成分均匀即可。
3.根据权利要求1或2所述的非晶态合金构件成形方法，其特征在于：所述母合金采用熔炼或浇铸方式制备；母合金的形状为棒状、板状、片状和/或球状规则形状；母合金的重量依据所需制备的非晶构件的形状和尺寸确定。
4.根据权利要求1所述的非晶态合金构件成形方法，其特征在于：所述真空条件是指真空度为1×10-1～1×10-6Pa。
5.根据权利要求1所述的非晶态合金构件成形方法，其特征在于：所述熔化平台的材质要保证不与母合金反应，不影响母合金的加热熔化行为和随后的凝固成形过程。
6.根据权利要求1所述的非晶态合金构件成形方法，其特征在于：对母合金的加热方式为电弧加热、感应加热、电阻加热、激光加热、等离子体加热、红外加热或微波加热。
7.根据权利要求1所述的非晶态合金构件成形方法，其特征在于：所述快速冷却的冷却速率为10-2～102K/min；通过低温的成形模具和/或具有致冷功能的熔化平台合金实现快速冷却，获得纯非晶结构。
8.根据权利要求1所述的非晶态合金构件成形方法，其特征在于：该成形方法适用于所有非晶合金体系。
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