專利名稱：一種真空擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于擴(kuò)散焊接領(lǐng)域，更具體地，涉及一種真空擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的方法。
背景技術(shù)：
非晶合金是20世紀(jì)材料領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)，材料內(nèi)部原子排列呈長程無序短程有序結(jié)構(gòu)，沒有位錯(cuò)和晶界等缺陷。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使非晶合金材料具有許多優(yōu)異的性能，如高強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性、優(yōu)異的軟磁性等，在軍事、微/納制造、體育器材、光通訊、光集成、激光、新型太陽能電池、高效磁性和輸電材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。尤其非晶合金在過冷液相區(qū)具有超塑性性能，在一定的溫度和壓力下，能夠很好的復(fù)制模具上的各種形狀。因此非晶合金零件成形及應(yīng)用引起廣發(fā)的關(guān)注，未來具有非常廣泛的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有技術(shù)制備多層非晶合金微小零件有一定的困難。微納尺度的金屬模具很難加工，且成形后的脫模也是一個(gè)難題。而利用刻蝕的方法雖然能夠加工微納尺度的硅模具。但加工大深寬比的硅模具也比較困難，且大深寬比的微納零件成形時(shí)需要較大的壓力，容易導(dǎo)致硅模具破碎。此外，非晶合金很難完全填充大深寬比的模具型腔。因此，非晶合金在多層微納零件的應(yīng)用上受到很大限制，很難完全發(fā)揮作為新型工程材料具有的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種真空擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的方法，旨在解決現(xiàn)有方法中多層非晶合金微小零件成形困難的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種真空擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的方法，包括以下步驟(I)對(duì)非晶合金材料進(jìn)行熱壓成形，以得到非晶合金微小零件；(2)將成形后的非晶合金微小零件研磨去除飛邊；(3)對(duì)非晶合金微小零件及硅模具進(jìn)行清洗，具體包括以下子步驟(3-1)將非晶合金微小零件及硅模具放在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，以去掉表面油脂雜質(zhì)；(3-2)將非晶合金微小零件及硅模具放在無水乙醇中進(jìn)行第二次超聲波清洗；(3-3)在清洗干凈后將非晶合金微小零件及硅模具放在干凈的無水乙醇中保存；(4)對(duì)非晶合金微小零件及硅模具進(jìn)行組裝固定，具體包括以下子步驟(4-1)將硅模具保護(hù)套套在多層的非晶合金微小零件及硅模具上；(4-2)在WC硬質(zhì)合金下壓頭上依次放置套好硅模具保護(hù)套的多層非晶合金微小零件及硅模具，以及WC硬質(zhì)合金上壓頭，并套上組合模具套，以形成固定后的工件；(5)將固定后的工件放進(jìn)真空擴(kuò)散爐中，進(jìn)行焊接；(6)將焊接后的工件與硅模具整體放入裝有KOH溶液的容器中，將容器放入熱水中水浴加熱，零件從硅模具中脫落，從而得到多層非晶合金微小零件。步驟(I)包括以下子步驟( 1-1)采用切片機(jī)對(duì)非晶合金材料切割為非晶合金塊體；(1-2)設(shè)置壓力成型機(jī)的成形參數(shù)，將切割好的非晶合金塊體放在硅模具上，并整體放入成形機(jī)中熱壓成形為非晶合金微小零件；在本實(shí)施方式中，成形參數(shù)包括溫度、壓力以及保壓時(shí)間。非晶合金材料是非晶合金薄板或棒料。步驟(2)具體為，將非晶合金微小零件及硅模具固定好，用粒度為800 #、1000 #、1200 #的砂紙及拋光布研磨飛邊端面并拋光，以完全去除飛邊和表面氧化層，并得到待焊 接面，若非晶合金微小零件需要雙面焊接，則采用相同的方法，研磨去除非晶合金微小零件另一端的硅，直到露出非晶合金的另一端面為止。步驟(4)中，非晶合金微小零件及硅模具的層數(shù)為兩層以上。步驟(5)包括以下子步驟(5-1)將固定后的工件置于真空擴(kuò)散焊設(shè)備的下壓頭上，調(diào)整真空擴(kuò)散焊設(shè)備的上壓頭，以產(chǎn)生5MPa的預(yù)緊力。(5-2)關(guān)閉真空擴(kuò)散焊設(shè)備的真空室門，打開真空擴(kuò)散焊設(shè)備開始抽真空；(5-3)當(dāng)真空度在I X KT3Pa 8X KT3Pa時(shí)，開始加熱，加熱速率為5 10°C /min ；(5-4)加熱至370°C 430°C時(shí),施加軸向壓力，并保溫40min 70min ；(5-5 )保溫過程結(jié)束后，卸載軸向壓力，工件隨爐冷卻至室溫，焊接完成。步驟(6)中KOH溶液的濃度為40%，熱水溫度為80°C，水浴加熱時(shí)間為5小時(shí)。通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果I、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)一次鍵合多層非晶合金微小零件，連接精密可靠，零件復(fù)雜程度范圍廣；2、本發(fā)明采用真空擴(kuò)散焊接多層非晶合金微小零件，形成良好的焊接區(qū)；3、本發(fā)明通過在合適的保溫壓力下調(diào)整焊接溫度與焊接時(shí)間的配合，能夠使焊接后的非晶材料繼續(xù)保持非晶特性，材料結(jié)構(gòu)和性能沒有破壞；4、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)多種非晶合金材料、多層、多形狀等不同形式的非晶合金多微納零件制備，擴(kuò)大材料在工程上的應(yīng)用范圍，提高材料的應(yīng)用價(jià)值；5、本發(fā)明操作簡單，適用范圍廣，便于推廣使用。


圖I是本發(fā)明真空擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的方法流程圖。圖2是本發(fā)明方法制備多層非晶合金微小零件的示意圖。其中I.真空擴(kuò)散焊設(shè)備上壓頭；2. WC硬質(zhì)合金上壓頭；3.硅模具；4.組合模具套；5.非晶合金零件；6.硅模具保護(hù)套；7. WC硬質(zhì)合金下壓頭；8.真空擴(kuò)散焊設(shè)備下壓頭。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明真空擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的方法包括以下步驟(I)對(duì)非晶合金材料進(jìn)行熱壓成形，以得到非晶合金微小零件；本步驟具體包括以下子步驟(1-1)采用切片機(jī)對(duì)非晶合金材料切割為非晶合金塊體；在本實(shí)施方式中，非晶合金材料是非晶合金薄板或棒料，切割成尺寸分別為4X4Xlmm或者Φ3Χ1πιπι左右的塊體；
(1-2)設(shè)置壓力成型機(jī)的成形參數(shù)，將切割好的非晶合金塊體放在硅模具上，并整體放入成形機(jī)中熱壓成形為非晶合金微小零件；在本實(shí)施方式中，成形參數(shù)包括溫度、壓力以及保壓時(shí)間；(2)將成形后的非晶合金微小零件研磨去除飛邊；具體而言，將非晶合金微小零件及硅模具固定好，用粒度為800 #>1000 #>1200 #的砂紙及拋光布研磨飛邊端面并拋光，以完全去除飛邊和表面氧化層，并得到待焊接面，若非晶合金微小零件需要雙面焊接，則采用相同的方法，研磨去除非晶合金微小零件另一端的硅，直到露出非晶合金的另一端面為止;(3)對(duì)非晶合金微小零件及硅模具進(jìn)行清洗，本步驟具體包括以下子步驟(3-1)將非晶合金微小零件及硅模具放在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，以去掉表面油脂雜質(zhì)；(3-2)將非晶合金微小零件及硅模具放在無水乙醇中進(jìn)行第二次超聲波清洗；(3-3)在清洗干凈后將非晶合金微小零件及硅模具放在干凈的無水乙醇中保存；(4)對(duì)非晶合金微小零件及硅模具進(jìn)行組裝固定，如圖2所示，本步驟具體包括以下子步驟(4-1)將硅模具保護(hù)套6套在多層的非晶合金微小零件5及硅模具3上；在本實(shí)施方式中，非晶合金微小零件5及硅模具3的層數(shù)為兩層以上；(4-2)在WC硬質(zhì)合金下壓頭7上依次放置套好硅模具保護(hù)套6的多層非晶合金微小零件5及硅模具3，以及WC硬質(zhì)合金上壓頭2，并套上組合模具套4，以形成固定后的工件；(5)將固定后的工件放進(jìn)真空擴(kuò)散爐中，進(jìn)行焊接，如圖2所示，本步驟具體包括以下子步驟(5-1)將固定后的工件置于真空擴(kuò)散焊設(shè)備的下壓頭8上，調(diào)整真空擴(kuò)散焊設(shè)備的上壓頭1，以產(chǎn)生5MPa的預(yù)緊力。(5-2)關(guān)閉真空擴(kuò)散焊設(shè)備的真空室門，打開真空擴(kuò)散焊設(shè)備開始抽真空；(5-3)當(dāng)真空度在I X KT3Pa 8X KT3Pa時(shí)，開始加熱，加熱速率為5 10°C /min ；(5-4)加熱至370°C 430°C時(shí)，施加25MPa左右的軸向壓力，并保溫40min 70min ；
(5-5)保溫過程結(jié)束后，卸載軸向壓力，工件隨爐冷卻至室溫，焊接完成；(6)將焊接后的工件與硅模具整體放入裝有40%濃度的KOH溶液的容器中，將容器放入80°C的熱水中水浴加熱5小時(shí)，零件從硅模具中脫落，從而得到多層非晶合金微小零件。實(shí)施例I :將Zr41Ti 14Cu12.5Ni 1QBe22.5薄板切割成尺寸為4 X 4 X Imm塊體，設(shè)置好壓力成型機(jī)的成形參數(shù)，將切割后的板材放置在硅模具上，然后整體放入壓力成型機(jī)中熱壓成形為非晶合金微小零件。將成形后的非晶合金微小零件及硅模具整體固定，在研磨機(jī)上用粒度為800#>1000 #>1200 #的砂紙及拋光布研磨飛邊端面并拋光，直到完全去除飛邊和表面氧化 層，得到帶焊接面。接著將去除飛邊后的零件與硅模具浸泡在丙酮中超聲波清洗15min 30min，取出后放入裝有無水乙醇的容器中進(jìn)行第二次超聲波清洗15min，清洗干凈后的零件及硅模具放在干凈的無水乙醇中保存。焊接時(shí)使用硅模具保護(hù)套對(duì)零件及硅模具進(jìn)行固定和保護(hù)，防止硅模具受力不均勻而破碎。在WC硬質(zhì)合金下壓頭上依次放置套好硅模具保護(hù)套的多層非晶合金零件與硅模具及WC硬質(zhì)合金上壓頭，套上組合模具套，形成固定后的工件。將固定后的工件放進(jìn)真空擴(kuò)散爐下壓頭上，調(diào)整真空擴(kuò)散焊接設(shè)備上壓頭，施加5MPa的預(yù)緊力。關(guān)閉真空室門，打開真空擴(kuò)散焊設(shè)備開始抽真空。當(dāng)真空度在lX10_3Pa 8X 10 范圍內(nèi)時(shí)，以10°C /min的加熱速率加熱至350°C，再以5°C /min加熱至370°C時(shí)開始保溫，并施加25MPa的軸向壓力。保溫70min后，卸載軸向壓力，工件隨爐冷卻至室溫。將焊接后的零件于硅模具整體放入裝有40%濃度的KOH溶液的容器中，將容器放入80°C的熱水中水浴加熱5小時(shí)，零件從硅模具中脫落，得到多層非晶合金微小零件。實(shí)施例2 將Zr41Ti14Cu12.5Ni1QBe22.5薄板切割成尺寸為4X4X Imm塊體，設(shè)置好壓力成型機(jī)的成形參數(shù)，將切割后的板材放置在硅模具上，然后整體放入壓力成型機(jī)中熱壓成形非晶合金微小零件。將成形后的零件及硅模具整體固定，在研磨機(jī)上用粒度為800 #、1000 #、1200 #的砂紙及拋光布研磨飛邊端面并拋光，直到完全去除飛邊和表面氧化層，得到帶焊接面。接著將去除飛邊后的零件與硅模具浸泡在丙酮中超聲波清洗15min 30min，取出后放入裝有無水乙醇的容器中進(jìn)行第二次超聲波清洗15min，清洗干凈后的零件及硅模具放在干凈的無水乙醇中保存。焊接時(shí)使用硅模具保護(hù)套對(duì)零件及硅模具進(jìn)行固定和保護(hù)，防止硅模具受力不均勻而破碎。在WC硬質(zhì)合金下壓頭7上依次放置套好硅模具保護(hù)套的多層非晶合金零件與硅模具及WC硬質(zhì)合金上壓頭，套上組合模具套，形成固定后的工件。將固定后的工件放進(jìn)真空擴(kuò)散爐下壓頭上，調(diào)整真空擴(kuò)散焊接設(shè)備上壓頭，施加5MPa的預(yù)緊力。關(guān)閉真空室門，打開真空擴(kuò)散焊設(shè)備開始抽真空。當(dāng)真空度在lX10_3Pa 8X10_3Pa范圍內(nèi)時(shí)，以10°C /min的加熱速率加熱至350°C，再以5°C /min加熱至430°C時(shí)開始保溫，并施加25MPa的軸向壓力。保溫40min后，卸載軸向壓力，工件隨爐冷卻至室溫。將焊接后的零件于硅模具整體放入裝有40%濃度的KOH溶液的容器中，將容器放入80°C的熱水中水浴加熱5小時(shí)，零件從硅模具中脫落，得到多層非晶合金微小零件。實(shí)施例3 將Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板切割成尺寸為4X4X Imm塊體，設(shè)置好壓力成型機(jī)的成形參數(shù)，將切割后的板材放置在硅模具上，然后整體放入壓力成型機(jī)中熱壓成形非晶合金微小零件。將成形后的零件及硅模具整體固定，在研磨機(jī)上用粒度為800 #,1000 #,1200 #的砂紙及拋光布研磨飛邊端面并拋光，直到完全去除飛邊和表面氧化層，得到帶焊接面。接著將去除飛邊后的零件與硅模具浸泡在丙酮中超聲波清洗15min 30min，取出后放入裝有無水乙醇的容器中進(jìn)行第二次超聲波清洗15min，清洗干凈后的零件及硅模具放在干凈的無水乙醇中保存。焊接時(shí)使用硅模具保護(hù)套對(duì)零件及硅模具進(jìn)行固定和保護(hù)，防止硅模具受力不均勻而破碎。在WC硬質(zhì)合金下壓頭7上依次放置套好硅模具保護(hù)套的多層非晶合金零件與硅模具及WC硬質(zhì)合金上壓頭，套上組合模具套，形成固定后的工件。將固定后的工件放進(jìn)真空擴(kuò)散爐下壓頭上，調(diào)整真空擴(kuò)散焊接設(shè)備上壓頭，施加5MPa的預(yù)緊力。關(guān)閉真空室門，打開真空擴(kuò)散焊設(shè)備開始抽真空。當(dāng)真空度在lX10_3Pa 8X10_3Pa范圍內(nèi)時(shí)，以10°C /min的加熱速率加熱至350°C，再以5°C /min加熱至430°C時(shí)開始保溫，并施加25MPa的軸向壓力。保溫50min后，卸載軸向壓力，工件隨爐冷卻至室溫。將焊接后的零件于硅模具整體放入裝有40%濃度的KOH溶液的容器中，將容器放入80°C的熱水中水浴加熱5小時(shí)，零件從硅模具中脫落，得到多層非晶合金微小零件。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種本發(fā)明真空擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)對(duì)非晶合金材料進(jìn)行熱壓成形，以得到非晶合金微小零件； (2)將成形后的非晶合金微小零件研磨去除飛邊； (3)對(duì)非晶合金微小零件及硅模具進(jìn)行清洗，具體包括以下子步驟 (3-1)將非晶合金微小零件及硅模具放在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，以去掉表面油脂雜質(zhì)； (3-2)將非晶合金微小零件及硅模具放在無水乙醇中進(jìn)行第二次超聲波清洗； (3-3)在清洗干凈后將非晶合金微小零件及硅模具放在干凈的無水乙醇中保存； (4)對(duì)非晶合金微小零件及硅模具進(jìn)行組裝固定，具體包括以下子步驟 (4-1)將硅模具保護(hù)套套在多層的非晶合金微小零件及硅模具上； (4-2)在WC硬質(zhì)合金下壓頭上依次放置套好硅模具保護(hù)套的多層非晶合金微小零件及硅模具，以及WC硬質(zhì)合金上壓頭，并套上組合模具套，以形成固定后的工件； (5)將固定后的工件放進(jìn)真空擴(kuò)散爐中，進(jìn)行焊接； (6)將焊接后的工件與硅模具整體放入裝有KOH溶液的容器中，將容器放入熱水中水浴加熱，零件從硅模具中脫落，從而得到多層非晶合金微小零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)包括以下子步驟 (1-1)采用切片機(jī)對(duì)非晶合金材料切割為非晶合金塊體； (1-2)設(shè)置壓力成型機(jī)的成形參數(shù)，將切割好的非晶合金塊體放在硅模具上，并整體放入成形機(jī)中熱壓成形為非晶合金微小零件；在本實(shí)施方式中，成形參數(shù)包括溫度、壓力以及保壓時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，非晶合金材料是非晶合金薄板或棒料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為，將非晶合金微小零件及硅模具固定好，用粒度為800 #,1000 #,1200 #的砂紙及拋光布研磨飛邊端面并拋光，以完全去除飛邊和表面氧化層，并得到待焊接面，若非晶合金微小零件需要雙面焊接，則采用相同的方法，研磨去除非晶合金微小零件另一端的硅，直到露出非晶合金的另一端面為止。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，非晶合金微小零件及硅模具的層數(shù)為兩層以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(5)包括以下子步驟 (5-1)將固定后的工件置于真空擴(kuò)散焊設(shè)備的下壓頭上，調(diào)整真空擴(kuò)散焊設(shè)備的上壓頭，以產(chǎn)生5MPa的預(yù)緊力。
(5-2)關(guān)閉真空擴(kuò)散焊設(shè)備的真空室門，打開真空擴(kuò)散焊設(shè)備開始抽真空； (5-3)當(dāng)真空度在I X KT3Pa 8X KT3Pa時(shí)，開始加熱，加熱速率為5 10°C /min ； (5-4)加熱至370°C 430°C時(shí)，施加軸向壓力，并保溫40min 70min ； (5-5 )保溫過程結(jié)束后，卸載軸向壓力，工件隨爐冷卻至室溫，焊接完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(6)中KOH溶液的濃度為40%，熱水溫度為80°C，水浴加熱時(shí)間為5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種真空擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的方法，包括以下步驟對(duì)非晶合金材料進(jìn)行熱壓成形，以得到非晶合金微小零件，將成形后的非晶合金微小零件研磨去除飛邊，對(duì)非晶合金微小零件及硅模具進(jìn)行清洗，對(duì)非晶合金微小零件及硅模具進(jìn)行組裝固定，將固定后的工件放進(jìn)真空擴(kuò)散爐中，進(jìn)行焊接，將焊接后的工件與硅模具整體放入裝有KOH溶液的容器中，將容器放入熱水中水浴加熱，零件從硅模具中脫落，從而得到多層非晶合金微小零件。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有方法中多層非晶合金微小零件成形困難的問題。
文檔編號(hào)B23P15/00GK102962639SQ20121044734
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月10日
發(fā)明者廖廣蘭, 陳彪, 史鐵林, 喻強(qiáng), 朱志靖, 楊璠, 張釗博 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)