CN113798499A - 一种块体非晶合金的制造方法和块体非晶合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非晶合金连接技术领域，特别是涉及一种块体非晶合金的制造方法和块体非晶合金，该制造方法包括以下步骤，S1、采用待焊接的第一非晶合金和第二非晶合金，分别对第一非晶合金和第二非晶合金二者的待连接界面进行表面处理；S2、将第一非晶合金与第二非晶合金拼接在一起，且在第一非晶合金与第二非晶合金的连接界面处填充非晶合金粉末；S3、在气氛的环境下，分别对第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面进行控温，将第一非晶合金与第二非晶合金相互压合；S4、重复S1～S3步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金板，该块体非晶合金的制造方法能提高非晶连接质量，且该制造方法具有容易操作的优点。
Description
技术领域
本发明涉及非晶合金连接技术领域，特别是涉及一种块体非晶合金的制造方法和块体非晶合金。
背景技术
非晶合金具有短程有序长程无序的结构特点，特殊的结构特点使其兼具金属和非晶、固体和液体的特性，是极具应用前景的一类工程材料，可运用于航天航空、3C消费电子、医疗器械等领域。但非晶合金的成型能力有限，利用传统真空压铸的方法很难实现大尺寸非晶合金的一次性成型，严重制约了其在各领域的运用。
当前常采用焊接的方法进行大尺寸非晶合金的制备。专利CN201911228983.3公开了一种非晶合金的真空焊接装置和方法，该方法采用真空激光焊接技术在真空环境下对非晶合金进行焊接，有效地解决接头氧化的问题，同时利于增加熔深，且减小焊缝宽度和减少气孔及咬边等缺陷的出现几率，获得良好的焊缝表面，但受限于激光特性的原因，该方法更适用于大幅面的焊接，无法实现厚度尺寸的大范围突破。专利CN201410501089.X公开了一种非晶合金的超声波焊接方法，利用超声波工具产生左右振动，并带动所述非晶合金或者所述焊接工件左右振动，非晶合金和焊接工件的触接面相互摩擦，从而形成焊接，该焊接方法具有生产效率高，节能环保的优点，而且使得非晶合金产品的质量好，但该方法本质上是利用超声振动提供的线性摩擦焊接，具有摩擦焊接的例如散热不均等缺点。
目前，当非晶合金处于其过冷液相区状态时，其塑性及成型能力大大提高，通过将非晶合金加热到过冷液相区，可以提高非晶合金的塑性以及成型能力，此时通过加压可以使得不同非晶合金材料相互挤压流动实现连接，且此时非晶合金不会晶化。然而，传统借助过冷液相区来连接非晶合金的方式仍存在不足之处：由于非晶合金连接界面处油污、空气等的存在以及非晶合金表面的非绝对光滑等原因，连接所得大块非晶合金的连接界面处会存在裂纹或者空洞等缺陷，这些缺陷会成为内应力集中释放的位置，极大的削弱所制备大块非晶合金的强度，而上述问题随着连接尺寸的增大愈发严重。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种块体非晶合金的制造方法，该制造方法能填补非晶合金界面连接处的裂纹与缺陷，提高非晶连接质量，且该制造方法具有容易操作的优点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种块体非晶合金的制造方法，包括以下步骤，
S1、采用待焊接的第一非晶合金和第二非晶合金，分别对第一非晶合金和第二非晶合金二者的待连接界面进行表面处理；
S2、将第一非晶合金与第二非晶合金拼接在一起，且在第一非晶合金与第二非晶合金的连接界面处填充非晶合金粉末；
S3、在气氛的环境下，分别对第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面进行控温，将第一非晶合金与第二非晶合金相互压合，直至第一非晶合金与第二非晶合金成型连接；
S4、采用S3成型连接的非晶合金，将其重复S1～S3步骤，获得厚度增加的块体非晶合金，继续重复S1～S3步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金板。
上述步骤的工作原理：在非晶合金的连接界面填充非晶合金粉末，当温度升至非晶合金的交叉过冷液相区时，第一非晶合金与第二非晶合金连接界面都发生塑性流动并且在相互挤压作用下发生连接，该温度也使非晶合金粉末达到过冷液相区，晶合金粉末在压力作用下也发生塑性流动，其中非晶合金粉末大的比表面积有利于第一非晶合金和第二非晶合金的接触连接，并且晶合金粉末体积小，其还有利于在第一非晶合金和第二非晶合金的连接界面移动，填满裂纹与缺陷，提高非晶连接质量。
此外，仅对非晶合金的连接界面进行温升处理，使得被加热的非晶合金部分的热量能向没被加热的非晶合金部分扩散，提高降温速度，降低晶化概率；并且，仅对非晶合金的连接界面进行温升处理，能避免对整块非晶合金进行加热导致材料性质变化的可能性，同时也减少能耗。
进一步地，所述S3中，还包括超声振动第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面。超声振动可以有效促进温度的均匀分布以及促进非晶合金粉末运动从而提高填充效果。
进一步地，所述表面处理包括磨削、抛光、粗糙化或微结构的表面处理。增加粗糙度的表面处理，能提高连接效果，以及便于稳定非晶合金粉末。
进一步地，所述微结构的表面处理的步骤包括分别在第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面开设出若干啮齿，所述第一非晶合金与所述第二非晶合金通过所述啮齿来相互啮合，且在相邻啮齿之间填充所述非晶合金粉末。啮齿能较好地锁合非晶合金，并且锁住非晶合金粉末。
进一步地，所述第一非晶合金和所述第二非晶合金均在工作腔内成型连接，所述工作腔提供所述气氛。
进一步地，所述气氛包括真空、惰性气氛、空气气氛或纯氧气氛。
进一步地，所述S3中，采用电磁加热放电等离子体加热、气氛加热中的一种分别对所述对第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面进行控温。优选地，电磁加热能较好地针对第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面进行加热。
进一步地，所述非晶合金粉末具有与第一非晶合金和第二非晶合金之间交叉的过冷液相区，这样能便于非晶合金粉末较好地连接在第一非晶合金和第二非晶合金上。
进一步地，所述非晶合金粉末的粒径不大于300μm。
本发明的一种块体非晶合金的制造方法的有益效果：
(1)在非晶合金的连接界面填充非晶合金粉末，当温度升至非晶合金的交叉过冷液相区时，第一非晶合金与第二非晶合金连接界面都发生塑性流动并且在相互挤压作用下发生连接，此时非晶合金粉末温度也达到过冷液相区，晶合金粉末在压力作用下也发生塑性流动，其中非晶合金粉末大的比表面积有助于与第一非晶合金和第二非晶合金的接触连接，并且晶合金粉末体积小，其还有助于在第一非晶合金和第二非晶合金的连接界面移动，填满裂纹与缺陷，提高非晶连接质量。
(2)仅对非晶合金的连接界面进行温升处理，使得被加热的非晶合金部分的热量能向没被加热的非晶合金部分扩散，提高降温速度，降低晶化概率；并且，仅对非晶合金的连接界面进行温升处理，能避免对整块非晶合金进行加热导致材料性质的变化，同时也减少能耗。
还提一种块体非晶合金，其采用上述的块体非晶合金的制造方法制成。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是实施例1的非晶合金排布的结构示意图。
图2是实施例2的非晶合金排布排布的结构示意图。
图3是实施例3的非晶合金排布的结构示意图。
附图标记：
第一非晶合11；第二非晶合金12；非晶合金粉末13；工作腔2；压力3；超声振动4；加热5；微结构6；抛光面7；粗糙面8。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例公开的一种块体非晶合金的制造方法，第一非晶合金11和第一非晶合金12的组分均为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5，Tg为623K，Tx为700K，在第一非晶合金11和第一非晶合金12待连接界面加工出相对啮合的微结构6，将其安装在工作腔2中，工作腔2内保持真空。
如图1所示，调整好其相对位置，并在连接界面中间位置进行粉末介质填充，选用非晶合金粉末13，非晶合金粉末13的材质为与第一非晶合金11和第一非晶合金12相同的材质，非晶合金粉末13粒径为70μm，对第一非晶合金11和第一非晶合金12施加压力3，该压力3为100MPa，对第一非晶合金11和第一非晶合金12之间的连接界面进行加热5控温，升温速度为10K/s直至650K，超声处理第一非晶合金11的连接界面和第一非晶合金12的连接界面，超声振动4频率为25kHz，超声振幅为2μm，超声功率为2kW，直至第一非晶合金11和第一非晶合金12的成型连接。
重复上述步骤，获得厚度增加的块体非晶合金，继续重复上述步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金。
实施例2
本实施例公开的一种块体非晶合金的制造方法，第一非晶合金11组分为Zr44Ti11Cu10Ni10Be25，Tg为624K，Tx为745K，第一非晶合金12的组分为Zr58.5Nb2.8Cu15.6Ni12.8Al10.3，Tg为674K，Tx为754K。对第一非晶合金11和第一非晶合金12 待连接界面进行抛光处理以获得抛光面7，将其安装在工作腔2中，工作腔2内充入氮气。
如图2所示，调整好其相对位置，并在连接界面中间位置填充非晶合金粉末13，非晶合金粉末13的材质为Zr58.5Nb2.8Cu15.6Ni12.8Al10.3，非晶合金粉末13直径为30μm，对第一非晶合金11和第一非晶合金12施加压力3，该压力3为85MPa，对第一非晶合金11和第一非晶合金12之间的连接界面进行加热5控温，升温速度为10K/s直至700K，超声处理第一非晶合金11的连接界面和第一非晶合金12的连接界面，超声振动4频率为30kHz，超声振幅为2μm，超声功率为3kW，完成第一非晶合金11和第一非晶合金12的连接。
重复上述步骤，获得厚度增加的块体非晶合金，继续重复上述步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金。
实施例3
本实施例公开的一种块体非晶合金的制造方法，第一非晶合金11组分为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5，Tg为639K，Tx为693K，第一非晶合金12的组分为Pd47Ni10Cu30P13，Tg为628K，Tx为674K。利用200#砂纸对第一非晶合金11和第一非晶合金12待连接界面进行粗糙化处理以获得粗糙面8，将其安装在工作腔2中，工作腔2内充入氮气。
如图3所示，调整好其相对位置，并在连接界面处填充非晶合金粉末13，非晶合金粉末 13的材质是为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5，粉末直径为60μm，对第一非晶合金11和第一非晶合金12施加压力3，该压力3为85MPa，对第一非晶合金11和第一非晶合金12之间的连接界面进行加热5控温，升温速度为10K/s直至650K，完成第一非晶合金11和第一非晶合金 12的连接。
重复上述步骤，获得厚度增加的块体非晶合金，继续重复上述步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种块体非晶合金的制造方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、采用待焊接的第一非晶合金和第二非晶合金，分别对第一非晶合金和第二非晶合金二者的待连接界面进行表面处理；
S2、将第一非晶合金与第二非晶合金拼接在一起，且在第一非晶合金与第二非晶合金的连接界面处填充非晶合金粉末；
S3、在气氛的环境下，分别对第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面进行控温，将第一非晶合金与第二非晶合金相互压合，直至第一非晶合金与第二非晶合金成型连接；
S4、采用S3成型连接的非晶合金，将其重复S1～S3步骤，获得厚度增加的块体非晶合金，继续重复S1～S3步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金板。
2.根据权利要求1所述的块体非晶合金的制造方法，其特征在于：所述S3中，还包括超声振动第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面。
3.根据权利要求1所述的块体非晶合金的制造方法，其特征在于：所述表面处理包括磨削、抛光、粗糙化或微结构的表面处理。
4.根据权利要求3所述的块体非晶合金的制造方法，其特征在于：所述微结构的表面处理的步骤包括分别在第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面开设出若干啮齿，所述第一非晶合金与所述第二非晶合金通过所述啮齿来相互啮合，且在相邻啮齿之间填充所述非晶合金粉末。
5.根据权利要求1所述的块体非晶合金的制造方法，其特征在于：所述第一非晶合金和所述第二非晶合金均在工作腔内成型连接，所述工作腔提供所述气氛。
6.根据权利要求5所述的块体非晶合金的制造方法，其特征在于：所述气氛包括真空、惰性气氛、空气气氛或纯氧气氛。
7.根据权利要求1所述的块体非晶合金的制造方法，其特征在于：所述S3中，采用电磁加热放电等离子体加热、气氛加热中的一种分别对所述对第一非晶合金的连接界面和第二非晶合金的连接界面进行控温。
8.根据权利要求1所述的块体非晶合金的制造方法，其特征在于：所述非晶合金粉末是与第一非晶合金和第二非晶合金之间具有交叉过冷液相区的非晶合金粉末。
9.根据权利要求1所述的块体非晶合金的制造方法，其特征在于：所述非晶合金粉末的粒径不大于300μm。
10.一种块体非晶合金，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的块体非晶合金的制造方法制成。
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