CN105824131A - 一种非晶合金眼镜架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非晶合金眼镜架，所述眼镜架主体包括鼻梁结构、镜圈和桩头，其主体为一体成型，镜架两侧及桩头为非闭合结构，由上部和下部构成，所述上部和下部可在外力作用下发生弹性形变，镜圈内侧设有可与眼镜片相适配的凹槽。本发明中的眼镜架采用高性能的非晶合金制成，同时采用适用非晶合金原料性能的制备方法，不仅大大简化了制备工艺，使制备成本降低，同时制得的镜架外观优良、牢固耐用。

Description

一种非晶合金眼镜架及其制备方法

技术领域

本发明涉及非晶态合金的应用，具体涉及一种由非晶合金制成的眼镜架及制备方法。

背景技术

眼镜架是眼镜的重要组成部分，主要起到支撑眼镜片的作用。目前市面上眼镜架材质多种多样，主要有金属、塑料、树脂、碳纤维等材质。随着人们审美观念的改变及提升，具有现代科技感的金属材质的眼镜架受到了消费者的广泛青睐。

金属眼镜架相比起传统的塑胶镜架虽然具备许多优良的性能，如外观时尚、具备更高的强度、更坚硬耐用、更耐摔耐冲击、更耐环境腐蚀等。然而金属眼镜架由于其原材料和加工工艺的限制导致成本居高不下，存在的主要问题如下：

1、金属眼镜架的选材问题。眼镜架是日常与人体紧密接触的物品，在长期的使用过程中不可避免的会接触汗水以及暴露于潮湿的环境中，所以眼镜架在不能导致佩戴的个体过敏的情况下还需要有强的抗环境腐蚀能力。现有技术中选用的不锈钢、合金钢等常用材料往往容易致敏，而且耐环境腐蚀能力差，易腐蚀生锈。

2、金属眼镜架的整体加工问题。金属眼镜架加工较为复杂，故现有技术中的金属眼镜架多采用鼻梁结构、镜圈和桩头等各部件分开加工，然后焊接在一起的方式制得，这样的方式不仅有碍外观，而且不牢固，容易导致焊接部在受到外力冲击或者摔打时裂开，无法修复。

3、金属眼镜架中镜圈内侧凹槽加工的问题。由于后续还需要在镜圈内嵌入镜片，故镜圈内侧需预留凹槽与镜片适配。在实际的金属镜架的加工过程中，由于镜圈内侧所需凹槽又浅又细，初次成型后的镜圈需要利用机械（如CNC）进行二次加工，使镜圈内的凹槽符合镜片的装配要求，非常费时费力，同时成本居高不下。

发明内容

本发明从选材出发，提供了一种由非晶合金制备而成的眼镜架及该眼镜架的制备方法。本发明中的眼镜架采用高性能的非晶合金制成，同时采用适用于非晶合金原料性能的制备方法，不仅大大简化了制备工艺，使制备成本降低，同时制得的镜架外观优良、牢固耐用。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的非晶合金眼镜架包括鼻梁结构、镜圈和桩头，其主体为一体成型，镜架两侧及桩头为非闭合结构，由上部和下部构成，所述上部和下部可在外力作用下发生弹性形变，镜圈内侧设有可与眼镜片相适配的凹槽。

一般说来，眼镜架还需包括镜腿、镜腿脚套、鼻托、鼻托支架等部分，就本发明的发明目的说来，这些部分的制备工艺选用与现有技术一致、材料与眼镜架主体一致即可，无需采用更为繁复的工艺，故在本发明的描述中对上述部件不加赘述。例如，鼻托部分采用与本发明中的镜架本体一体成型或者单独成型后焊接至本体上皆可，都不影响本发明想要达到的技术效果。

进一步地，所述镜架桩头上下部设有铰链结构，再进一步优选铰链结构与眼镜架主体为一体成型，更节省制备工艺的步骤。铰链结构是现有技术中眼镜架中常用的用于连接镜圈和镜腿的结构，本发明中采用该结构还可以用于后续对嵌入镜片后的框架的锁紧。

本发明中的非晶合金眼镜架原料可选用锆基非晶合金、铜基非晶合金、铁基非晶合金、镁基非晶合金、钛基非晶合金中的一种。本发明的发明人在实施过程中发现，选用锆基非晶合金、铜基非晶合金和钛基非晶合金最佳，尤其选用锆元素质量百分数大于55%的锆基非晶合金，制成的产品成型性最好。

本发明中的非晶合金眼镜架采用一体成型的方式，如压铸等加工工艺，因非晶合金眼镜架薄且长，所以制备所述非晶合金眼镜架的非晶合金的非晶形成能力不宜小于2mm，否则会影响非晶合金眼镜架的成型。

进一步地，本发明中的非晶合金眼镜架断裂强度为1800-3200MPa，弹性极限为0.021-0.030，维氏硬度为550-700。

本发明还提供一种制备上述非晶合金眼镜架的方法，包括如下步骤：

步骤一，将金属撑片置于压铸用模具中；

步骤二，利用置入金属撑片的模具进行非晶合金眼镜架的压铸，压铸过程为真空压铸，真空度小于50Pa，保持进料温度为920-980℃、压铸机储能压力为100-120MPa、射料速度为0.6-1.2m/s、成型时间为2-4s、冷却速度为10⁵-10⁶℃/s，完全冷却后得到非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体；

步骤三，利用外力取出金属撑片，即得完整的非晶合金眼镜架。

进一步地，所述金属撑片为眼镜片的仿形，且金属撑片四周设有凸起部。

本发明的发明人考虑到现有技术中存在的金属镜架的镜圈内侧凹槽需要二次加工的问题，采用将具有凸起部的金属撑片事先内置于铸造用的模具中，然后进行非晶合金眼镜架的铸造成型，得到非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体，由于本发明中的非晶合金眼镜架两侧及桩头为非闭合结构，所以利用外力掰开其上部和下部，使其发生弹性形变即可容易的取出金属撑片，从而获得具有凹槽镜圈的镜架。

本发明中能够采用上述方法获得所需非晶合金眼镜架的基础是利用了非晶合金原料的优异性能。非晶合金由于其微观上原子排列的短程有序长程无序的特点，没有传统晶体材料的晶界、位错和孪晶等缺陷，具备比一般金属材料优异的弹性和硬度。同时，非晶合金由于其非晶态的特点与晶态的金属撑片材料的表面张力上差异大，而且硬度更高，加上良好的弹性，所以在成型后只需要较小的外力略微将桩头上下部分开，在其弹性形变范围内即可取出金属撑片，避免发生塑性形变。本发明中选用金属撑片材质为不锈钢、耐热钢和高温合金中的一种。进一步地，为防止非晶合金镜架形变过大，金属撑片四周的凸起部高度为0.2-1.5mm为宜，低于0.2mm无法有效取出金属撑片，高于1.5mm则会增加发生塑性形变的危险。

本发明的发明人在实践中尝试过不采用非晶合金材料，而是采用常见的不锈钢材料和铝合金材料进行眼镜架的铸造，除原料不同以外，眼镜架的外形与本发明中提供的方案一致，铸造的工艺随原材料不同而有适应性的变化。发明人发现，采用不锈钢材料时，由于在铸造的过程中温度要求高，金属撑片选择的余地小，采用不锈钢、耐热钢或者部分高温合金时难以避免使金属撑片发生形变，模具冷却后，眼镜架与金属撑片难以分离，有些甚至发生熔合。而采用铝合金材料时，尽管可以轻易与金属撑片分开，但是铝合金材料过软，极易发生塑性形变，成品合格率极低，没有实用价值。

本发明中的非晶合金眼镜架的铸造过程的工艺参数即针对金属撑片的性质和非晶合金材料的特性而设定，进料温度控制为920-980℃内，即可使非晶材料保持良好的流动性，又不至于过热而影响金属撑片的形状。控制压铸机的储能压力与射料速度，既能够使充型完整又可使成型时间、减少提升效率。同时，非晶合金眼镜架成型冷却的速度不宜低于10⁵℃/s，否则会影响非晶态金属的形成。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明中采用非晶合金作为眼镜架的原材料，制备出的眼镜架机械性能好，耐摔、耐环境腐蚀能力强，接触皮肤不会导致过敏。

2、本发明中的非晶合金眼镜架为一体化成型，大大简化了制备工艺，降低了生产成本。

3、本发明中提供的非晶合金眼镜架的制备方法中采用预先置入金属撑片的方法，不仅取消了现有技术中需要对镜架镜框内侧凹槽二次加工的步骤，简化生产流程，使一次性即可完成镜架成型和镜框内侧的凹槽加工，而且预先置入的金属撑片可重复利用，进一步降低生产成本。

附图说明

图1为本发明中的非晶合金眼镜架的示意图；

图2为图1中虚线处放大示意图；

图3为本发明中的金属撑片示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

（1）实施例1：锆基非晶合金眼镜架的制备

锆基非晶合金眼镜架的制备方法步骤如下：

步骤一，将金属撑片置于铸造用模具中。

选用不锈钢304作为金属撑片的材料，不锈钢撑片四周设有凸起部，凸起部高度设为与后续嵌入的镜片相适配的0.4mm；

步骤二，利用置入金属撑片的模具进行非晶合金眼镜架的压铸。压铸过程为真空压铸，真空度为10Pa，保持进料温度为980℃、压铸机储能压力为120MPa、射料速度为0.8m/s、成型时间为3s、冷却速度为10⁶℃/s，完全冷却后得到非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体。

本实施例中采用的非晶合金组成为Zr60.9Al19.5Cu16Nb3.6，该成分的非晶合金形成能力可达到10mm，利用真空压铸的方式制得眼镜架，得到锆基非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体。

步骤三，利用外力将取出金属撑片，即得完整的非晶合金眼镜架。

实施例1中的锆基非晶合金眼镜架如附图1-3所示，包括鼻梁结构1、镜圈2和镜架桩头3，不锈钢撑片4在铸造之后嵌于镜圈中，待模具的水冷模块将铸造系统降温后，得到眼镜架与金属撑片的复合体，利用人工或者机械手将桩头3的上部31和下部32掰开，即可取出不锈钢撑片4，或者完整的锆基非晶合金眼镜架。在取出不锈钢撑片的过程中，锆基非晶合金眼镜架发生弹性形变，撑片取出后不影响镜架形状。

如附图所示，实施例中镜架桩头上下部还设有铰链结构，且与镜架主体在模具中一体成型，进一步节省制备工艺步骤。与镜架配套的眼镜腿可单独成型后再与镜架主体进行组装，在此不加赘述。

实施例1中制得的锆基非晶合金眼镜架断裂强度为3200MPa，弹性极限为0.029，维氏硬度（HV5）为650。

本发明的发明人在实践中尝试过将镜架两侧及桩头设为闭合结构，改为在镜圈的上部或下部断开一处，用以取出金属撑片，这种方案虽然实际可行，但是从应用上来讲，这样的方案不仅增加了需要将断开的镜圈紧固在一起的附加结构，使得镜架整体外观变得非常臃肿难看，而且比起在侧边取出金属撑片的镜架主体形变量要大，增加了镜架发生塑性形变的可能性，所以在本发明中不取用该方案，而采用更为合理的本发明中的方案。

本实施例中采用金属撑片为眼镜片的仿形，在实践中，发明人发现金属撑片的形状也可不受限制，只要凸起部与眼镜片相符即可。

（2）实施例2：铜基非晶合金眼镜架的制备

采用与实施例1中相同的制备方法制备铜基非晶合金眼镜架：

步骤一，将金属撑片置于铸造用模具中。

选用高温合金GH2036作为金属撑片的材料，不锈钢撑片四周设有凸起部，凸起部高度设为与后续嵌入的镜片相适配的1.5mm；

步骤二，利用置入金属撑片的模具进行非晶合金眼镜架的铸造。压铸过程为真空压铸，真空度为10Pa，保持进料温度为960℃、压铸机储能压力为100MPa、射料速度为1.2m/s、成型时间为3s、冷却速度为10⁶℃/s，完全冷却后得到非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体。

本实施例中采用的非晶合金组成为Cu62Hf25Ti10Zr3，该成分的分晶合金形成能力可达到12mm，利用真空压铸的方式制得眼镜架，得到铜基非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体。

步骤三，利用外力将取出金属撑片，即得完整的非晶合金眼镜架。

实施例2中制得的铜基非晶合金眼镜架断裂强度为2050MPa，弹性极限为0.026，维氏硬度（HV5）为550。

（3）实施例3：钛基非晶合金眼镜架的制备

采用与实施例1中相同的制备方法制备钛基非晶合金眼镜架：

步骤一，将金属撑片置于铸造用模具中。

选用耐热钢ZG40Cr9Si2作为金属撑片的材料，不锈钢撑片四周设有凸起部，凸起部高度设为与后续嵌入的镜片相适配的0.8mm；

步骤二，利用置入金属撑片的模具进行非晶合金眼镜架的铸造。压铸过程为真空压铸，真空度为5Pa，保持进料温度为980℃、压铸机储能压力为110MPa、射料速度为1.0m/s、成型时间为4s、冷却速度为3.25×10⁵℃/s，完全冷却后得到非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体

本实施例中采用的非晶合金组成为Ti50Nb10Cu25Zr10Sn5，该成分的分晶合金形成能力可达到10mm，利用真空压铸的方式制得眼镜架，得到钛基非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体。

步骤三，利用外力将取出金属撑片，即得完整的非晶合金眼镜架。

实施例3中制得的钛基非晶合金眼镜架断裂强度为2050MPa，弹性极限为0.030，维氏硬度（HV5）为575。

（4）实施例4：锆基抗菌非晶合金眼镜架的制备

采用与实施例1中相同的制备方法制备本实施例中的抗菌锆基非晶合金眼镜架：

步骤一，将金属撑片置于铸造用模具中。

选用不锈钢304作为金属撑片的材料，不锈钢撑片四周设有凸起部，凸起部高度设为与后续嵌入的镜片相适配的0.2mm；

步骤二，利用置入金属撑片的模具进行非晶合金眼镜架的铸造。压铸过程为真空压铸，真空度为20Pa，保持进料温度为980℃、压铸机储能压力为120MPa、射料速度为0.6m/s、成型时间为3s、冷却速度为10⁶℃/s，完全冷却后得到非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体。

本实施例中采用的非晶合金组成为Zr55.9Cu28.2Ag0.3Ni5Al10Y0.6，该成分的分晶合金形成能力可达到15mm，利用真空压铸的方式制得眼镜架，得到锆基非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体。

步骤三，利用外力将取出金属撑片，即得完整的非晶合金眼镜架。

实施例4中制得的锆基非晶合金眼镜架断裂强度为2950MPa，弹性极限为0.028，维氏硬度（HV5）为632。

在本实施例中，选用含有抗菌成分的金属原料Ag、Y元素制成眼镜架，能够有效杀灭细菌，经验证，该眼镜架对大肠杆菌的杀灭率可达到99.9%。

本发明的发明人在实践中分别还使用了非晶合金组成为Zr55Cu30Ag1Ni5Al8.2Y0.8、Zr58Cu24Ag1.6Ni4.7Al10.2Y1.5、Zr55.7Cu28.6Ag2.2Ni3.2Al9.6Y0.7、Zr56.2Cu25.4Ag1.2Ni3.7Al10Y3.5的锆基非晶合金按照实施例4中的步骤方法制成眼镜架，都能够得到抗菌的非晶合金眼镜架。

由上述实施例可以看出，在针对制成眼镜架的非晶合金原料上进行改进，则可获得具备更多功能的眼镜架，如实施例4中使非晶原料具备抗菌功能，则眼镜架也具备同样的功能。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种非晶合金眼镜架，其特征在于：所述眼镜架主体包括鼻梁结构、镜圈和桩头，其主体为一体成型，镜架两侧及桩头为非闭合结构，由上部和下部构成，所述上部和下部可在外力作用下发生弹性形变，镜圈内侧设有可与眼镜片相适配的凹槽。

2.如权利要求1所述非晶合金眼镜架，其特征在于：所述镜架桩头上下部设有铰链结构，且铰链结构与眼镜架主体为一体成型。

3.如权利要求1所述非晶合金眼镜架，其特征在于：所述非晶合金眼镜架原料为锆基非晶合金、铜基非晶合金、铁基非晶合金、镁基非晶合金、钛基非晶合金中的一种。

4.如权利要求3所述非晶合金眼镜架，其特征在于：所述非晶合金眼镜架原料为锆基非晶合金，且原料中锆元素质量百分数大于55%。

5.如权利要求4所述非晶合金眼镜架，其特征在于：制备所述非晶合金眼镜架的非晶合金的非晶形成能力不小于2mm。

6.如权利要求1所述非晶合金眼镜架，其特征在于：所述眼镜架断裂强度为1800-3200MPa，弹性极限为0.021-0.030，维氏硬度为550-700。

7.一种制备如权利要求1-6任一所述非晶合金眼镜架的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，将金属撑片置于压铸用模具中；

步骤二，利用置入金属撑片的模具进行非晶合金眼镜架的压铸，压铸过程为真空压铸，真空度小于50Pa，保持进料温度为920-980℃、压铸机储能压力为100-120MPa、射料速度为0.6-1.2m/s、成型时间为2-4s、冷却速度为10⁵-10⁶℃/s，完全冷却后得到非晶合金眼镜架与金属撑片的复合体；

步骤三，利用外力取出金属撑片，即得完整的非晶合金眼镜架。

8.如权利要求7所述非晶合金眼镜架的制备方法，其特征在于：所述金属撑片为眼镜片的仿形，且金属撑片四周设有凸起部。

9.如权利要求8所述非晶合金眼镜架的制备方法，其特征在于：所述金属撑片材质为不锈钢、耐热钢和高温合金中的一种。

10.如权利要求8所述非晶合金眼镜架的制备方法，其特征在于：所述金属撑片四周的凸起部高度为0.2-1.5mm。