專利名稱：非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法及制備模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法及其專用模具。
背景技術(shù)：
非晶合金由于其特殊的長程無序、短程有序的原子結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出比傳統(tǒng)晶態(tài)合金更加優(yōu)異的性能，比如高強(qiáng)度、高硬度、高耐蝕性、優(yōu)異的磁學(xué)性能和一定溫度范圍內(nèi)的超塑性等，在航空航天器件、精密機(jī)械和信息等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。但由于非晶合金室溫塑性差，臨界尺寸小，使得非晶合金的廣泛應(yīng)用受到較大限制。利用擴(kuò)散連接方法將非晶合金與金屬復(fù)合在一起，一方面可以充分發(fā)揮兩者的互補(bǔ)優(yōu)勢，另一方面妥善解決非晶合金尺寸限制問題。擴(kuò)散連接方法是一種精密連接方法，其連接溫度低，排除了由于母材熔化、焊縫結(jié)晶可能帶來的種種冶金缺陷對接頭性能的影響；連接件不發(fā)生宏觀塑性變形，尺 寸精度高；擴(kuò)散連接過程可與材料的熱處理和超塑性成型過程同時(shí)進(jìn)行，提高了生產(chǎn)效率。法國學(xué)者研究了非晶合金的擴(kuò)散連接[S. Gravier, J. J. Blandin, M. Suery,Mechanical properties of a co-extruded MetallicGlass/Alloy(MeGA)rod-Effectof the metallicglass volume fraction，Materials Science and Engineering A, 2010(527) :4197-4201,]，通過擠壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 Zr基非晶和Al的成型，該技術(shù)能夠制備非晶-金屬層狀材料，但其界面明顯存在孔洞等缺陷且僅適用于低熔點(diǎn)如純Al等材料。目前國內(nèi)外研究中非晶合金與金屬擴(kuò)散連接多采用共擠或共壓的方式實(shí)現(xiàn)，這兩種方法共同的缺點(diǎn)是試樣變形量較大，連接界面氧化膜去除不充分，另外，采用共擠方法制備的棒材，芯部材料沿縱向分布不均勻。美國專利[Brentff. madsen, Bonding of metallic glass to crystallinemetal, patent No. :4568014],發(fā)明者提出了一種通過先加熱,后擠壓制備層狀非晶-金屬層狀材料的方法，該方法能夠制備具有較好結(jié)合界面的非晶-金屬層狀材料，但由于其方法的限制，很難制備形狀復(fù)雜的樣品·美國專利[Masaki Oheara, Takanori Igarashi, etal,Metallic glass laminates,production methods and applications thereof,patentNo. :US7906219B2]，發(fā)明者提供了一種制備非晶-金屬層狀材料的方法，通過在金屬上直接沉積非晶合金制備層狀材料，該方法的優(yōu)勢是能夠沉積大體積樣品，但其復(fù)合界面明顯存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的或者試樣變形量較大，連接界面氧化膜去除不充分，復(fù)合界面明顯存在缺陷，或者芯部材料沿縱向分布不均勻的不足，本發(fā)明提出了一種非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法及制備模具。本發(fā)明所述的非晶合金為用Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni1QBe22.5制成的非晶合金棒材，所述的銅為紫銅管和黃銅管。所述棒材的外徑與所述銅管的內(nèi)徑相同。其具體過程為
步驟1，表面處理將非晶合金棒表面打磨，將銅管內(nèi)壁打磨并去除銅管表面的氧化膜。將銅管放置在模具型腔內(nèi)，將非晶合金棒置于銅管的端口處，使非晶合金棒和銅管的中心線均與模芯的中心線重合。步驟2，真空預(yù)壓入將裝有非晶合金棒和銅管的模具置于真空擴(kuò)散焊機(jī)中。對真空擴(kuò)散焊機(jī)抽真空至8. O X 10_3Pa，在室溫下通過壓塊和上壓頭將非晶合金棒壓入銅管內(nèi)并保壓。非晶合金棒壓入銅管的速度為O. I I. Omm/So非晶合金棒與銅管之間干涉配合。在將非晶合金棒壓入銅管的過程中，非晶合金棒與銅管之間的摩擦阻力去除銅管表面氧化膜，得到干涉配合的非晶合金棒和銅管。步驟3，真空擴(kuò)散連接對得到的干涉配合的非晶合金棒和銅管實(shí)施擴(kuò)散連接。真空擴(kuò)散連接中保持上壓頭的壓力。以10 30°C /min的升溫速率將真空擴(kuò)散焊機(jī)升溫至380°C 400°C并保溫20 40min。得到由非晶合金棒和銅管組成的擴(kuò)散連接件。步驟4，冷卻將得到由非晶合金棒和銅管組成的擴(kuò)散連接件隨爐冷卻至室溫。冷卻中上壓頭保持壓力。獲得非晶合金-紫銅的層狀復(fù)合材料。本發(fā)明還提出了一種制備非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的模具，所述的模具包括壓塊、上壓頭、模芯、整體外模套和底座。并且模芯嵌裝在位于底座上表面中心的凹槽內(nèi)，整體外模套套裝在模芯的外圓表面上。上壓頭裝入整體外模套上端的內(nèi)孔中，并使位于該上壓頭下表面中心處的壓桿裝入模芯內(nèi)孔的上端。壓塊置于上壓頭上表面。整體外模套、模芯、上壓頭三者的中心線均與底座中心孔的中心線同軸。所述模芯是由兩個(gè)對稱的半圓模芯組合而成。所述模芯一端的外圓周為等徑段，該等徑段的外徑與底座上表面中心凹槽的直徑相同，該等徑段的長度與底座上表面中心凹槽的深度相同。所述模芯的等徑段與該模芯另一端之間的外圓表面為錐形。所述模芯外圓表面的錐度為10°。該模芯的內(nèi)孔為階梯孔。該模芯內(nèi)孔中大直徑孔的孔徑與銅管的外徑相同，并且當(dāng)銅管裝入模芯內(nèi)孔后，兩者之間間隙配合。該模芯內(nèi)孔中小直徑孔的孔徑與非晶合金棒的外徑相同，并且當(dāng)非晶合金棒裝入模芯內(nèi)孔后，兩者之間間隙配合。整體外模套與模芯的外圓表面配合的內(nèi)孔為錐形孔，并且所述整體外模套的錐形內(nèi)孔的錐度與模芯外圓表面的錐度相同；所述整體外模套與上壓頭配合端的孔徑略大于上壓頭的最大外徑。底座上表面中心有凹槽，該凹槽的的中心有沿底座軸向分布的通孔。該通孔的孔徑小于銅管的內(nèi)徑。本發(fā)明的目的在于提供一種非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的擴(kuò)散連接制備方法及其專用模具，解決連接界面氧化膜去除不充分、連接件沿縱向分布不均勻等問題。本發(fā)明在室溫真空環(huán)境下，利用非晶合金與銅的摩擦作用去除兩者表面的氧化膜，然后在真空中升溫至非晶合金過冷液相區(qū)溫度范圍內(nèi)保溫一段時(shí)間，使兩者發(fā)生原子擴(kuò)散，從而制備出非晶合金-銅層狀復(fù)合材料。本發(fā)明中提出的模具中的模芯根據(jù)實(shí)際更換不同孔徑尺寸的模芯；模具底座底部開有小孔，以方便金屬管內(nèi)氣體的排出。在真空環(huán)境下，由上壓頭將非晶合金棒壓入金屬管中，然后升溫至指定溫度保溫一段時(shí)間，實(shí)現(xiàn)兩者之間的擴(kuò)散連接。試驗(yàn)結(jié)束后，將分半內(nèi)模芯展開，即可取出連接件，取模方便。由于采取的上述技術(shù)方案，使本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
I)試驗(yàn)采用真空氣氛，有利于連接件表面氧化膜的去除，避免了外界氣氛對擴(kuò)散連接接頭性能的影響；2)試驗(yàn)在真空擴(kuò)散連接設(shè)備上進(jìn)行，該設(shè)備具有較寬的均溫區(qū)范圍，且可實(shí)現(xiàn)精確的位移控制，確保了試驗(yàn)的精確度；3)試驗(yàn)采用真空預(yù)壓入方式，通過連接件表面的摩擦作用有效去除表面的氧化膜，造成連接件新鮮表面的緊密接觸，促進(jìn)擴(kuò)散連接過程的進(jìn)行；4)試驗(yàn)?zāi)＞吣Ｐ境叽缈烧{(diào)，適用于多種尺寸的非晶合金棒材與金屬管材的擴(kuò)散連接。5)在擴(kuò)散連接過程中，非晶合金的熱膨脹系數(shù)小于純銅的熱膨脹系數(shù)，使純銅的膨脹量大于非晶合金的膨脹量，純銅外部受到模具約束，向內(nèi)膨脹形成擴(kuò)散連接所需徑向壓力，有利于形成界面結(jié)合良好，擴(kuò)散均勻的復(fù)合材料，結(jié)合附圖6可以看到采用本發(fā)明方法，形成的非晶合金-銅層狀材料的非晶合金和銅具有緊密的連接界面，界面平直且沒有孔洞等擴(kuò)散連接缺陷。


圖I是本發(fā)明提供的非晶合金-金屬層狀復(fù)合材料專用模具示意圖；圖2是上壓頭2的示意圖；圖3是底座7的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是外模套3的意圖，其中圖4a是主視圖，圖4b是俯視圖；圖5是模芯4的不意圖，其中圖5a是主視圖，圖5b是俯視圖；圖6是實(shí)施例中Zr41.25Ti13.75CUl2.5Ni1(lBe22.5非晶合金和銅擴(kuò)散連接后界面的放大圖；圖7是本發(fā)明流程圖。附圖中I.壓塊2.上壓頭3.整體外模套4.模芯5.非晶合金棒6.銅管7.底座
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例是一種非晶合金-銅的層狀復(fù)合材料的制備方法，所述的非晶合金為用Zr4i. Ji13.75Cu12.5Ni1(lBe22.5制成的直徑為C>5mm的棒材；所述的銅采用C>6mmXlmm的T2紫銅管。本實(shí)施例的具體過程為步驟1，表面處理將非晶合金棒通過車床車至Φ4. 2_，非晶合金棒外表面和T2紫銅管內(nèi)壁依次經(jīng)過240#、400#、800#、1000#、1500#、2000#砂紙打磨至表面光亮無劃痕。
采用濃度為5%的鹽酸酒精處理，去除T2紫銅管表面的氧化膜。將經(jīng)過表面處理的非晶合金棒和T2紫銅管采用常規(guī)方法用丙酮超聲波清洗后置于模具中。步驟2，真空預(yù)壓入將組裝好的模具置于真空擴(kuò)散焊機(jī)中。將T2紫銅管放置在模具型腔內(nèi)。將非晶合金棒置于T2紫銅管的端口處，所述的非晶合金棒、T2紫銅管與模芯4的中心線重合。對真空擴(kuò)散焊機(jī)抽真空至8. OX 10_3Pa，在室溫下通過壓塊I和上壓頭2將非晶合金棒5壓入T2紫銅管內(nèi)并保壓，所述的壓塊I和上壓頭2的壓力以能夠?qū)⒎蔷Ш辖鸢?壓入T2紫銅管內(nèi)為宜；非晶合金棒5壓入Τ2紫銅管的速度為O. I l.Omm/s，本實(shí)施例中非晶合金棒5壓入T2紫銅管的速度為O. lmm/So非晶合金棒5與T2紫銅管之間干涉配合。所述Zr基非晶合金棒壓入T2紫銅管的長度與模具的長度一致，得到干涉配合的非晶合金棒5和T2紫銅管。在將非晶合金棒壓入T2紫銅管的過程中，利用兩者之間的摩擦阻力將T2紫銅管表面氧化膜去除，實(shí)現(xiàn)兩者的緊密結(jié)合。步驟3，真空擴(kuò)散連接對得到的干涉配合的非晶合金棒5和T2紫銅管實(shí)施擴(kuò)散連接。真空擴(kuò)散連接中保持上壓頭的壓力。以10 30°C /min的升溫速率將試樣升溫至380 400°C并保溫20 40min，本實(shí)施例中，真空擴(kuò)散焊機(jī)的升溫速率為10°C /min，真空擴(kuò)散焊機(jī)的溫度為380°C，保溫時(shí)間為40min。使非晶合金棒和T2紫銅管產(chǎn)生熱膨脹，并利用非晶合金棒和T2紫銅管兩者之間膨脹率的差別和模具的限制作用，形成擴(kuò)散連接壓力，從而實(shí)現(xiàn)非晶合金棒與T2紫銅管的擴(kuò)散連接，得到由非晶合金棒5和T2紫銅管組成的擴(kuò)散連接件。
步驟4，冷卻將得到由非晶合金棒5和T2紫銅管組成的擴(kuò)散連接件隨爐冷卻至室溫。冷卻中上壓頭2保持壓力。獲得非晶合金-紫銅的層狀復(fù)合材料。本實(shí)施例制備的非晶合金-銅的層狀復(fù)合材料界面結(jié)合良好，剪切強(qiáng)度達(dá)到T2紫銅的剪切強(qiáng)度，并且復(fù)合材料的壓縮塑性明顯高于非晶合金本身的壓縮塑性值。本發(fā)明提供的方法適用于多種不同尺寸的非晶合金-金屬層狀復(fù)合材料的制備。實(shí)施例二本實(shí)施例是一種非晶合金-銅的層狀復(fù)合材料的制備方法，所述的非晶合金為用Zr4i. Ji13.75Cu12.5Ni1(lBe22.5制成的直徑為C>5mm的棒材；所述的銅采用C>6mmXlmm的T2紫銅管。本實(shí)施例的具體過程為步驟1，表面處理將非晶合金棒通過車床車至Φ4. 2mm，非晶合金棒外表面和T2紫銅管內(nèi)壁依次經(jīng)過240#、400#、800#、1000#、1500#,2000#砂紙打磨至表面光亮無劃痕。
采用濃度為5%的鹽酸酒精處理，去除T2紫銅管表面的氧化膜。將經(jīng)過表面處理的非晶合金棒和T2紫銅管采用常規(guī)方法用丙酮超聲波清洗后置于模具中。步驟2，真空預(yù)壓入將組裝好的模具置于真空擴(kuò)散焊機(jī)中。將T2紫銅管放置在模具型腔內(nèi)。將非晶合金棒置于T2紫銅管的端口處，所述的非晶合金棒、T2紫銅管與模芯4的中心線重合。對真空擴(kuò)散焊機(jī)抽真空至8. OX 10_3Pa，在室溫下通過壓塊I和上壓頭2將非晶合金棒5壓入T2紫銅管內(nèi)并保壓，所述的壓塊I和上壓頭2的壓力以能夠?qū)⒎蔷Ш辖鸢?壓入T2紫銅管內(nèi)為宜；非晶合金棒5壓入T2紫銅管的速度為O. I l.Omm/s，本實(shí)施例中非晶合金棒5壓入T2紫銅管的速度為O. 5mm/s。非晶合金棒5與T2紫銅管之間干涉配合。所述Zr基非晶合金棒壓入T2紫銅管的長度與模具的長度一致，得到干涉配合的非晶合金棒5和T2紫銅管。在將非晶合金棒壓入T2紫銅管的過程中，利用兩者之間的摩擦阻力將T2紫銅管表面氧化膜去除，實(shí)現(xiàn)兩者的緊密結(jié)合。步驟3，真空擴(kuò)散連接對得到的干涉配合的非晶合金棒5和T2紫銅管實(shí)施擴(kuò)散連接。真空擴(kuò)散連接中保持上壓頭的壓力。以10 30°C /min的升溫速率將試樣升溫至380 400°C并保溫20 40min，本實(shí)施例中，真空擴(kuò)散焊機(jī)的升溫速率為20°C /min，真空擴(kuò)散焊機(jī)的溫度為390°C，保溫時(shí)間為30min。使非晶合金棒和T2紫銅管產(chǎn)生熱膨脹，并利用非晶合金棒和T2紫銅管兩者之間膨脹率的差別和模具的限制作用，形成擴(kuò)散連接壓力，從而實(shí)現(xiàn)非晶合金棒與T2紫銅管的擴(kuò)散連接，得到由非晶合金棒5和T2紫銅管組成的擴(kuò)散連接件。步驟4，冷卻將得到由非晶合金棒5和T2紫銅管組成的擴(kuò)散連接件隨爐冷卻至室溫。冷卻中上壓頭2保持壓力。獲得非晶合金-紫銅的層狀復(fù)合材料。本實(shí)施例制備的非晶合金-銅的層狀復(fù)合材料界面結(jié)合良好，剪切強(qiáng)度達(dá)到T2紫銅的剪切強(qiáng)度，并且復(fù)合材料的壓縮塑性明顯高于非晶合金本身的壓縮塑性值。本發(fā)明提供的方法適用于多種不同尺寸的非晶合金-金屬層狀復(fù)合材料的制備。實(shí)施例三本實(shí)施例是一種非晶合金-銅的層狀復(fù)合材料的制備方法，所述的非晶合金為用Zr41.MTi13.75Cu12.5Ni1(lBe22.5制成的直徑為C>5mm的棒材；所述的銅采用C>6mmXlmm的 黃銅管。本實(shí)施例的具體過程為步驟I,表面處理將非晶合金棒通過車床車至Φ4. 2mm,非晶合金棒外表面和黃銅管內(nèi)壁依次經(jīng)過240#、400#、800#、1000#、1500#、2000#砂紙打磨至表面光亮無劃痕。采
用濃度為5%的鹽酸酒精處理，去除黃銅管表面的氧化膜。將經(jīng)過表面處理的非晶合金棒和黃銅管采用常規(guī)方法用丙酮超聲波清洗后置于模具中。步驟2，真空預(yù)壓入將組裝好的模具置于真空擴(kuò)散焊機(jī)中。將黃銅管放置在模具型腔內(nèi)。將非晶合金棒置于黃銅管的端口處，所述的非晶合金棒、黃銅管與模芯4的中心線重合。對真空擴(kuò)散焊機(jī)抽真空至8. OX 10_3Pa，在室溫下通過壓塊I和上壓頭2將非晶合金棒5壓入黃銅管內(nèi)并保壓；非晶合金棒5壓入黃銅管的速度為O. 5mm/so非晶合金棒5與黃銅管之間干涉配合。所述非晶合金棒壓入黃銅管的長度與模具的長度一致，得到干涉配合的非晶合金棒5和黃銅管。在將非晶合金棒壓入黃銅管的過程中，利用兩者之間的摩擦阻力將黃銅管表面氧化膜去除，實(shí)現(xiàn)兩者的緊密結(jié)合。步驟3，真空擴(kuò)散連接對得到的干涉配合的非晶合金棒5和黃銅管實(shí)施擴(kuò)散連接。真空擴(kuò)散連接中保持上壓頭的壓力。以30°C /min的升溫速率將試樣升溫至390°C并保溫30min，使非晶合金棒和黃銅管產(chǎn)生膨脹，并利用非晶合金棒和黃銅管兩者之間膨脹率的差別和模具的限制作用，形成擴(kuò)散連接壓力，從而實(shí)現(xiàn)非晶合金棒與黃銅管的擴(kuò)散連接，得到由非晶合金棒5和黃銅管組成的擴(kuò)散連接件。步驟4，冷卻將得到由非晶合金棒5和黃銅管組成的擴(kuò)散連接件隨爐冷卻至室溫。冷卻中上壓頭2保持壓力。獲得非晶合金-黃銅的層狀復(fù)合材料。本實(shí)施例制備的非晶合金-黃銅的層狀復(fù)合材料界面結(jié)合良好，剪切強(qiáng)度達(dá)到黃銅的剪切強(qiáng)度，并且復(fù)合材料的壓縮塑性明顯高于非晶合金本身的壓縮塑性值。本發(fā)明提供的方法適用于多種不同尺寸的非晶合金-金屬層狀復(fù)合材料的制備。實(shí)施例四本實(shí)施例是一種非晶合金-銅的層狀復(fù)合材料的制備方法，所述的非晶合金為用Zr4i. Ji13.75Cu12.5Ni1(lBe22.5制成的直徑為C>9mm的棒材；所述的銅采用Φ IOmmX Imm的T2紫銅管。本實(shí)施例的具體過程為步驟1，表面處理將非晶合金棒通過車床車至Φ8. 2_，非晶合金棒外表面和T2紫銅管內(nèi)壁依次經(jīng)過240#、400#、800#、1000#、1500#、2000#砂紙打磨至表面光亮無劃痕。采用濃度為5%的鹽酸酒精處理，去除T2紫銅管表面的氧化膜。將經(jīng)過表面處理的非晶合金棒和T2紫銅管采用常規(guī)方法用丙酮超聲波清洗后置于模具中。步驟2，真空預(yù)壓入將組裝好的模具置于真空擴(kuò)散焊機(jī)中。將Τ2紫銅管放置在模具型腔內(nèi)。將非晶合金棒置于Τ2紫銅管的端口處，所述的非晶合金棒、Τ2紫銅管與模芯4的中心線重合。對真空擴(kuò)散焊機(jī)抽真空至8. OX 10_3Pa，在室溫下通過壓塊I和上壓頭2將非晶合金棒5壓入T2紫銅管內(nèi)并保壓，所述的壓塊I和上壓頭2的壓力以能夠?qū)⒎蔷Ш辖鸢?壓入T2紫銅管內(nèi)為宜；非晶合金棒5壓入T2紫銅管的速度為O. I l.Omm/s，本實(shí)施例中非晶合金棒5壓入T2紫銅管的速度為lmm/s。非晶合金棒5與T2紫銅管之間干涉配合。所述Zr基非晶合金棒壓入T2紫銅管的長度與模具的長度一致，得到干涉配合的非晶合金棒5和T2紫銅管。在將非晶合金棒壓入T2紫銅管的過程中，利用兩者之間的摩擦阻力將T2紫銅管表面氧化膜去除，實(shí)現(xiàn)兩者的緊密結(jié)合。
步驟3，真空擴(kuò)散連接對得到的干涉配合的非晶合金棒5和T2紫銅管實(shí)施擴(kuò)散連接。真空擴(kuò)散連接中保持上壓頭的壓力。以10 30°C /min的升溫速率將試樣升溫至380 400°C并保溫20 40min，本實(shí)施例中，真空擴(kuò)散焊機(jī)的升溫速率為20°C /min，真空擴(kuò)散焊機(jī)的溫度為400°C，保溫時(shí)間為20min。使非晶合金棒和T2紫銅管產(chǎn)生熱膨脹，并利用非晶合金棒和T2紫銅管兩者之間膨脹率的差別和模具的限制作用，形成擴(kuò)散連接壓力，從而實(shí)現(xiàn)非晶合金棒與T2紫銅管的擴(kuò)散連接，得到由非晶合金棒5和T2紫銅管組成的擴(kuò)散連接件。步驟4，冷卻將得到由非晶合金棒5和T2紫銅管組成的擴(kuò)散連接件隨爐冷卻至室溫。冷卻中上壓頭2保持壓力。獲得非晶合金-紫銅的層狀復(fù)合材料。本實(shí)施例制備的非晶合金-銅的層狀復(fù)合材料界面結(jié)合良好，剪切強(qiáng)度達(dá)到T2紫銅的剪切強(qiáng)度，并且復(fù)合材料的壓縮塑性明顯高于非晶合金本身的壓縮塑性值。本發(fā)明提供的方法適用于多種不同尺寸的非晶合金-金屬層狀復(fù)合材料的制備。實(shí)施例五本實(shí)施例是一種用于非晶合金-銅的層狀復(fù)合材料制備的模具，包括壓塊I、上壓頭2、模芯4、整體外模套3和底座7。整體外模套3和模芯4均為中空回轉(zhuǎn)體。模芯4嵌裝在位于底座7上表面中心的凹槽內(nèi)，整體外模套3套裝在模芯4的外圓表面上。上壓頭2裝入整體外模套3上端的內(nèi)孔中，并使位于該上壓頭2下表面中心處的壓桿裝入模芯4內(nèi)孔的上端。壓塊I置于上壓頭2上表面。整體外模套3、模芯4、上壓頭2三者的中心線均與底座7中心孔的中心線同軸。所述模芯4是由兩個(gè)對稱的半圓模芯組合而成，該模芯4 一端的外圓周為等徑段，該等徑段的外徑與底座7上表面中心凹槽的直徑相同，該等徑段的長度與底座7上表面中心凹槽的深度相同。所述模芯4另一端的外徑小于所述模芯4等徑段的外徑，使該模芯4的等徑段與該模芯另一端之間的外圓表面為錐形；所述模芯4外圓表面的錐度為10°。該模芯4的內(nèi)孔為階梯孔，并且大直徑內(nèi)孔位于模芯4大外徑一端。該模芯4內(nèi)孔中大直徑孔的孔徑與銅管的外徑相同，并且當(dāng)銅管裝入模芯4內(nèi)孔后，兩者之間間隙配合。該模芯4內(nèi)孔中小直徑孔的孔徑與非晶合金棒5的外徑相同，并且當(dāng)非晶合金棒5裝入模芯4內(nèi)孔后，兩者之間間隙配合。所述整體外模套3內(nèi)孔的一端與模芯4的外圓表面配合，另一端與上壓頭2配合。整體外模套3與模芯4的外圓表面配合的內(nèi)孔為錐形孔，并且所述整體外模套3的錐形內(nèi)孔的錐度與模芯4外圓表面的錐度相同，當(dāng)所述整體外模套套裝在模芯4上時(shí)，兩者之間間隙配合。所述整體外模套3與上壓頭2配合端的孔徑略大于上壓頭2的最大外徑，當(dāng)上壓頭2下表面中心處的壓桿裝入模芯4的內(nèi)孔后，上壓頭2與所述整體外模套3的內(nèi)孔間隙配合，使上壓頭2在壓塊的作用下，能夠在模芯4內(nèi)沿該模芯4軸向滑動(dòng)。底座7為圓盤狀，其外徑大于整體外模套3的外徑。在該底座7上表面中心有凹槽，該凹槽的的中心有沿底座7軸向分布的通孔，該通孔的孔徑小于銅管6的內(nèi)徑。壓塊I為回轉(zhuǎn)體，其外徑略小于上壓頭2的外徑。使用時(shí)，將銅管6嵌裝入模芯4的大直徑內(nèi)孔中；將非晶合金棒5嵌裝入模芯4的小直徑內(nèi)孔中，并且非晶合金棒5底端的倒角部分插入到銅管6中。將上壓頭2的壓桿裝入模芯4的小直徑內(nèi)孔中，并使上壓頭壓桿的端面與非晶合金棒的端面接觸。將裝有銅管6和非晶合金棒5的模具置于真空擴(kuò)散焊機(jī)中，對真空擴(kuò)散焊機(jī)抽真空后，在壓力的作用下，
將非晶合金棒壓入銅管內(nèi)，并且在壓入的過程中，利用兩者之間的摩擦阻力將銅管表面氧化膜去除，實(shí)現(xiàn)兩者的緊密結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的非晶合金為用Zr4i.25Tii3.TsCu12^Ni10Be22.5制成的非晶合金棒材,所述的銅為銅管；所述棒材的外徑與所述銅管的內(nèi)徑相同；其具體過程為 步驟1，表面處理將非晶合金棒表面打磨，將銅管內(nèi)壁打磨并去除銅管表面的氧化膜；將銅管放置在模具型腔內(nèi)，將非晶合金棒置于銅管的端ロ處，使非晶合金棒和銅管的中心線均與模芯的中心線重合； 步驟2，真空預(yù)壓入將裝有非晶合金棒和銅管的模具置于真空擴(kuò)散焊機(jī)中；對真空擴(kuò)散焊機(jī)抽真空至8. OX 10_3Pa，在室溫下通過壓塊和上壓頭將非晶合金棒壓入銅管內(nèi)并保壓；非晶合金棒壓入銅管的速度為0. I I. Omm/s ;非晶合金棒與銅管之間干涉配合；得到干渉配合的非晶合金棒和銅管； 步驟3，真空擴(kuò)散連接對得到的干渉配合的非晶合金棒和銅管實(shí)施擴(kuò)散連接；真空擴(kuò)散連接中保持上壓頭的壓カ；以10 30°C /min的升溫速率將真空擴(kuò)散焊機(jī)升溫至380°C 400°C并保溫20 40min ;得到由非晶合金棒和銅管組成的擴(kuò)散連接件； 步驟4，冷卻將得到由非晶合金棒和銅管組成的擴(kuò)散連接件隨爐冷卻至室溫；冷卻中上壓頭保持壓カ；獲得非晶合金-紫銅的層狀復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在將非晶合金棒壓入銅管的過程中，非晶合金棒與銅管之間的摩擦阻力去除銅管表面氧化膜。
3.如權(quán)利要求I所述非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的模具包括壓塊、上壓頭、模芯、整體外模套和底座；并且模芯嵌裝在位于底座上表面中心的凹槽內(nèi)，整體外模套套裝在模芯的外圓表面上；上壓頭裝入整體外模套上端的內(nèi)孔中，并使位于該上壓頭下表面中心處的壓桿裝入模芯內(nèi)孔的上端；壓塊置于上壓頭上表面；整體外模套、模芯、上壓頭三者的中心線均與底座中心孔的中心線同軸。
4.如權(quán)利要求3所述非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述模芯是由兩個(gè)對稱的半圓模芯組合而成；所述模芯一端的外圓周為等徑段，該等徑段的外徑與底座上表面中心凹槽的直徑相同，該等徑段的長度與底座上表面中心凹槽的深度相同；所述模芯的等徑段與該模芯另一端之間的外圓表面為錐形；所述模芯外圓表面的錐度為10° ;該模芯的內(nèi)孔為階梯孔；該模芯內(nèi)孔中大直徑孔的孔徑與銅管的外徑相同，并且當(dāng)銅管裝入模芯內(nèi)孔后，兩者之間間隙配合；該模芯內(nèi)孔中小直徑孔的孔徑與非晶合金棒的外徑相同，并且當(dāng)非晶合金棒裝入模芯內(nèi)孔后，兩者之間間隙配合。
5.如權(quán)利要求3所述非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，整體外模套與模芯的外圓表面配合的內(nèi)孔為錐形孔，并且所述整體外模套的錐形內(nèi)孔的錐度與模芯外圓表面的錐度相同；所述整體外模套與上壓頭配合端的孔徑略大于上壓頭的最大外徑。
6.如權(quán)利要求3所述非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，底座上表面中心有凹槽，該凹槽的的中心有沿底座軸向分布的通孔，該通孔的孔徑小于銅管的內(nèi)徑。
全文摘要
一種非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法及制備模具。所述的非晶合金為用Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5制成的非晶合金棒材，銅為紫銅管和黃銅管。所述棒材的外徑與所述銅管的內(nèi)徑相同。本發(fā)明在室溫真空環(huán)境下，利用非晶合金與銅的摩擦作用去除兩者表面的氧化膜，然后在真空中升溫至非晶合金過冷液相區(qū)溫度范圍內(nèi)保溫一段時(shí)間，使兩者發(fā)生原子擴(kuò)散，從而制備出非晶合金-銅層狀復(fù)合材料，形成的非晶合金-銅層狀材料的非晶合金和銅具有緊密的連接界面，界面平直且沒有孔洞等擴(kuò)散連接缺陷。
文檔編號B23K20/26GK102848073SQ20121038107
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者李金山, 寇宏超, 王軍, 胡銳, 常輝, 薛祥義, 鐘宏, 張鐵邦, 唐斌 申請人:西北工業(yè)大學(xué)