CN113477922A - 非晶合金粉末高致密热塑成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶合金粉末高致密热塑成型方法，包括以下步骤：S1、称取一定量的非晶合金粉末；S2、将非晶合金粉末放入预成型模具中；S3、采用放电等离子烧结技术将非晶合金粉末烧结成型，获得非晶合金坯料；S4、将非晶合金坯料放入成型模具的加热腔中进行快速加热，待非晶合金坯料加热至非晶热塑性区温度时，对非晶合金坯料进行挤压，使非晶合金坯料进入成型模具的成型腔中，待近终型产品成型后，进行冷却。本发明能够对非晶合金粉末进行适当称取，避免浪费，能够根据最终产品的形状，先将非晶合金粉末预成型为特定的非晶合金坯料，提高了近终型产品的成型效果，适合于成型精细尺寸的非晶合金产品，利用非晶热塑成型技术，有利于提高产品的致密度。
Description
技术领域
本发明属于非晶合金技术领域，具体涉及一种非晶合金粉末高致密热塑成型方法。
背景技术
非晶合金由于具有优异的力学、电磁和耐腐蚀等性能，受到广泛关注和应用。为了获得非晶组织结构，至少需要在103K/s以上的冷却速率下进行非晶合金的凝固成型。传统制备工艺条件下，由于冷却速率的限制，无法实现块体非晶合金产品批量性生产，目前仅能实现非晶丝、非晶带材等产品工业规模化生产。
粉末冶金工艺是以粉末为原料，通过成型、烧结以及后续处理得到产品的一种零部件冶金成型技术。为了制备块体非晶合金产品，人们通过球磨等工艺技术制备非晶合金粉末，然后利用粉末冶金技术来制备块体非晶合金，主要包括热压法、等离子烧结法、爆炸成型法、电脉冲烧结法以及微波烧结法等。但粉末冶金成型工艺成型的产品，在致密度(88％-96％)和微观组织方面存在不足，性能远远低于熔炼凝固成型工艺制品。另外，由于粉末的流动性有限，传统粉末成型工艺制造出的零部件形状都比较简单，产品尺寸精度较低，无法制造形状复杂的近终型零部件，无法满足3C等行业越来越精细，结构越来越复杂的零部件产品需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种非晶合金粉末高致密热塑成型方法，该非晶合金粉末高致密热塑成型方法具有始于加工精细尺寸产品，且成型的产品致密度较高的优点。
根据本发明实施例的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，包括以下步骤：S1、称取一定量的非晶合金粉末；S2、将非晶合金粉末放入预成型模具中；S3、采用放电等离子烧结技术将非晶合金粉末烧结成型，获得非晶合金坯料；S4、将非晶合金坯料放入成型模具的加热腔中进行快速加热，待非晶合金坯料加热至非晶热塑性区温度时，对非晶合金坯料进行挤压，使非晶合金坯料进入成型模具的成型腔中，待近终型产品成型后，进行冷却。
本发明的有益效果是，本发明先将非晶合金粉末进行预成型，形成非晶合金坯料后，利用非晶合金在过冷液相区的超塑性变形能力对非晶合金坯料进行热压，成型为近终型产品。本发明利用了粉末冶金工艺预成型和非晶超塑性成型优势，克服了粉末成型的致密度和尺寸精度较差的问题，易于实现块体非晶合金产品的工业批量化生产，值得推广和应用。
根据本发明一个实施例，所述S1中，非晶合金粉末的粒径为10～50μm，△T≥50℃。
根据本发明一个实施例，所述S3中，在进行放电等离子烧结前，需要将非晶合金粉末以10-150℃/s的升温速度加热至300-500℃，在进行放电等离子烧结的同时，需要施加100-300MPa的预成型压力。
根据本发明一个实施例，所述S3中，预成型过程需要在真空状态或氩气气氛保护状态下进行。
根据本发明一个实施例，所述S4中，加热腔与成型腔通过流道相连通。
根据本发明一个实施例，所述S4中，加热腔的一端设有第一电极，且加热腔的一端与流道相连通，加热腔的另一端设有第二电极，非晶合金坯料位于第一电极与第二电极之间，通过驱动第二电极靠近第一电极，以将非晶合金坯料从加热腔通过流道压入成型腔。
根据本发明一个实施例，快速加热的方法为：通过第一电极和第二电极，采用电容放电或直流电通电的方式进行快速加热。
根据本发明一个实施例，快速加热的加热速度为200～800℃/s，非晶热塑性区的温度为300～500℃。
根据本发明一个实施例，所述S4中，挤压的压力为200-500MPa。
根据本发明一个实施例，所述S3中，非晶合金坯料的截面均匀，且非晶合金坯料的外轮廓与加热腔相匹配。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面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。
下面具体描述本发明实施例的非晶合金粉末高致密热塑成型方法。
根据本发明实施例的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，包括以下步骤：S1、称取一定量的非晶合金粉末；S2、将非晶合金粉末放入预成型模具中；S3、采用放电等离子烧结技术将非晶合金粉末烧结成型，获得非晶合金坯料；S4、将非晶合金坯料放入成型模具的加热腔中进行快速加热，待非晶合金坯料加热至非晶热塑性区温度时，对非晶合金坯料进行挤压，使非晶合金坯料进入成型模具的成型腔中，待近终型产品成型后，进行冷却。
本发明先将非晶合金粉末进行预成型，形成非晶合金坯料后，对非晶合金坯料进行二次成型，一方面能够对非晶合金粉末进行适当称取，避免浪费，另一方面，能够根据最终产品的形状，先将非晶合金粉末预成型为特定的非晶合金坯料，提高了最终产品的成型效果，适合于成型大尺寸的非晶合金产品，利用非晶热塑成型技术，有利于提高产品的致密度。
进一步地，S1中，非晶合金粉末的粒径为10～50μm，△T≥50℃，粒径控制在10～50μm 之间有利于对非晶合金坯料的致密度进行控制，△T≥50℃时，非晶成型的性能越好，在非晶合金粉末加热过程中就越不容易晶化，使得非晶合金坯料的非晶组织更加稳定。
更进一步地，非晶合金主要是至Zr基非晶合金、Ti基非晶合金或Fe基非晶合金。
根据本发明一个实施例，S3中，在进行放电等离子烧结前，需要将非晶合金粉末以10-150℃/s的升温速度加热至300-500℃，在进行放电等离子烧结的同时，需要施加 100-300MPa的预成型压力，控制升温速度和升温温度可以避免温度过高造成晶化，升温的同时施加压力，确保形成的非晶合金坯料均匀一致，金相组织稳定。
优选地，预成型过程需要在真空状态或氩气气氛保护状态下进行，这样可以避免非晶粉末晶化。
更为优选地，非晶合金坯料的截面均匀，优选为非晶合金棒材坯料，且非晶合金坯料的外轮廓与加热腔相匹配。
根据本发明一个实施例，S4中，加热腔与成型腔通过流道相连通。加热腔的一端设有第一电极，且加热腔的一端与流道相连通，加热腔的另一端设有第二电极，非晶合金坯料位于第一电极与第二电极之间，通过驱动第二电极靠近第一电极，以将非晶合金坯料从加热腔通过流道压入成型腔。
进一步地，快速加热的方法为：通过第一电极和第二电极，采用电容放电或直流电通电的方式进行快速加热。
更进一步地，快速加热的加热速度为200～800℃/s，非晶热塑性区的温度为300～500℃。非晶合金坯料迅速加热到非晶热塑性温度区间(Tg(玻璃化温度)-Tx(晶化温度))，然后迅速成型，可以避免发生晶化。
根据本发明一个实施例，S4中，挤压的压力为200-500MPa，可以使非晶合金坯料快速顺利得充满成型腔，在成型过程中，若压力较小则导致产品充填不满。
实施例1
步骤一
称取粒径为25μm的锆基非晶合金粉末13g，装入内腔为φ10mm的预成型模具中，然后将装有非晶合金粉末的模具放入放电等离子烧结装置中，将粉末以100℃/s的加热速率，加热至400℃，然后在预成型模具中施加150MPa单轴向压力，获得φ10mm，长度为25mm的非晶合金坯料。
步骤二
将步骤一获得的非晶合金坯料放入成型模具的加热腔内，非晶合金坯料的一端与第一电极连接，通过驱动第二电极，使第二电极头部与非晶合金坯料的另一端端面顶紧接触，顶紧压力为3MPa；通过连接第一电极和第二电极的直流脉冲电源对非晶合金坯料进行加热，将非晶合金坯料以400℃/s的速度瞬间加热至400℃，同时，通过伺服电机驱动第二电极挤压非晶合金坯料，挤压压力为400MPa，使非晶合金坯料沿流道进入成型腔并成型为近终型产品。
实施例1获得的近终型产品组织为非晶组织，没有发现明显孔隙缺陷，相对密度为98.2％，成型精度为±0.05mm。
实施例2
步骤一
称取粒径为25μm的锆基非晶合金粉末13g，装入内腔为φ10mm的预成型模具中，然后将装有非晶合金粉末的模具放入放电等离子烧结装置中，将粉末以80℃/s的加热速率，加热至450℃，然后在预成型模具中施加280MPa单轴向压力，获得φ10mm，长度为25mm的非晶合金坯料。
步骤二
将步骤一获得的非晶合金坯料放入成型模具的加热腔内，非晶合金坯料的一端与第一电极连接，通过驱动第二电极，使第二电极头部与非晶合金坯料的另一端端面顶紧接触，顶紧压力为3MPa；通过连接第一电极和第二电极的直流脉冲电源对非晶合金坯料进行加热，将非晶合金坯料以600℃/s的速度瞬间加热至480℃，同时，通过伺服电机驱动第二电极挤压非晶合金坯料，挤压压力为500MPa，使非晶合金坯料沿流道进入成型腔并成型为近终型产品。
实施例2获得的最终成型产品组织为非晶组织，没有发现明显孔隙缺陷，相对密度为98.8％，成型精度为±0.05mm。
采用传统粉末成型工艺制作的产品，成型精度为±0.10mm，致密度为88％～96％。而本发明制备的产品，成型精度为±0.05mm，致密度≥98％，相较于现有技术有了很大提升，产品质量更好，致密度更高，且更稳定，成型精度得到较大提升，便于后续加工，适合制作精细化产品。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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 (10)
1.一种非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取一定量的非晶合金粉末；
S2、将非晶合金粉末放入预成型模具中；
S3、采用放电等离子烧结技术将非晶合金粉末烧结成型，获得非晶合金坯料；
S4、将非晶合金坯料放入成型模具的加热腔中进行快速加热，待非晶合金坯料加热至非晶热塑性区温度时，对非晶合金坯料进行挤压，使非晶合金坯料进入成型模具的成型腔中，待近终型产品成型后，进行冷却。
2.根据权利要求1所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，所述S1中，非晶合金粉末的粒径为10～50μm，△T≥50℃。
3.根据权利要求1所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，所述S3中，在进行放电等离子烧结前，需要将非晶合金粉末以10-150℃/s的升温速度加热至300-500℃，在进行放电等离子烧结的同时，需要施加100-300MPa的预成型压力。
4.根据权利要求3所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，所述S3中，预成型过程需要在真空状态或氩气气氛保护状态下进行。
5.根据权利要求1所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，所述S4中，加热腔与成型腔通过流道相连通。
6.根据权利要求5所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，所述S4中，加热腔的一端设有第一电极，且加热腔的一端与流道相连通，加热腔的另一端设有第二电极，非晶合金坯料位于第一电极与第二电极之间，通过驱动第二电极靠近第一电极，以将非晶合金坯料从加热腔通过流道压入成型腔。
7.根据权利要求6所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，快速加热的方法为：通过第一电极和第二电极，采用电容放电或直流电通电的方式进行快速加热。
8.根据权利要求7所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，快速加热的加热速度为200～800℃/s，非晶热塑性区的温度为300～500℃。
9.根据权利要求6所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，所述S4中，挤压的压力为200-500MPa。
10.根据权利要求1所述的非晶合金粉末高致密热塑成型方法，其特征在于，所述S3中，非晶合金坯料的截面均匀，且非晶合金坯料的外轮廓与加热腔相匹配。
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- 2021-06-07 CN CN202110630698.5A patent/CN113477922B/zh active Active
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