非真空條件下非晶合金快速成形的方法
【專利說明】
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技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明屬于非晶合金材料加工成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非真空條件下非晶合金快 速成形的方法。
[0002]
【背景技術(shù)】： 非晶合金由于具有高強(qiáng)度、高硬度、耐蝕耐磨性良好、磁學(xué)性能和抗輻射性良好等優(yōu)異 性能，在精密儀器、航空航天、微電子、微型機(jī)械、汽車、體育器材等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前 景。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾十種塊體非晶合金體系中，鋯銅基（ZrCu)非晶合金具有良好的非晶 形成能力、寬廣的非晶形成成分區(qū)間、高的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的機(jī)械性能、不含貴金屬和有毒 元素并且制備工藝簡單等特點(diǎn)，在材料性能、制備工藝、成本、無毒等方面展現(xiàn)出全面的優(yōu) 勢(shì)，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 非晶合金具有室溫脆性、高強(qiáng)度、高硬度的特點(diǎn)，導(dǎo)致這類材料屬于典型的難加工 材料，通常的車、磨、洗、刨、鉆等機(jī)械加工手段均難以實(shí)現(xiàn)非晶合金材料的加工成形。
[0004] 因此，為了減少非晶合金后續(xù)加工工序，目前非晶合金材料的零部件的成形通常 采用近凈成形方法，近凈成形方法主要包括鑄造成形和過冷液相區(qū)超塑性成形兩種，其中， 鑄造成形是指非晶合金在熔融液態(tài)的情況下澆進(jìn)模具中成形的加工方式。由于非晶合金的 亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和充型能力和快速冷卻之間的矛盾，鑄造成形只能制備形狀較為簡單的制品， 對(duì)于形狀復(fù)雜和薄壁輕巧的制品則難以實(shí)現(xiàn)。
[0005] 非晶合金的超塑性成形是利用非晶合金在過冷液相區(qū)D7；，即玻璃轉(zhuǎn)化溫度7；與 晶化開始溫度r x之間存在的一個(gè)溫度區(qū)間，大塊非晶合金具有非常好的超塑性性能，呈現(xiàn) 大延伸、易成形及低應(yīng)力等特性來制備非晶制件的方法。相比于鑄造成形法，超塑性成形溫 度低，易于實(shí)現(xiàn)制件加工成形。現(xiàn)有的超塑性成形方法包括擠壓成形、壓縮成形、吹塑成形 和微加工成形等多種方法。這些方法大多采用熱傳導(dǎo)或熱輻射的方式升溫材料，為了消除 材料內(nèi)部與表層間溫度差異，通常需要對(duì)材料進(jìn)行保溫操作，這往往導(dǎo)致非晶合金易發(fā)生 晶化。此外，為了避免較長的升溫和成形時(shí)間極易造成的非晶合金氧化，現(xiàn)有的超塑性成形 通常是在真空或氣體保護(hù)的條件下進(jìn)行，實(shí)施起來工序繁瑣，操作復(fù)雜，成本高。
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【發(fā)明內(nèi)容】
： 綜上所述，為了克服現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，本發(fā)明提供了一種非真空條件下非晶合金 快速成形的方法，它是在非真空且無氣體保護(hù)的條件下，通過電流加熱非晶合金，非晶合金 快速升溫到過冷液相區(qū)，然后再對(duì)非晶合金施加機(jī)械力，在機(jī)械力與模具3的作用下，使非 晶合金成形為所需的零部件的形狀，從而實(shí)現(xiàn)非晶合金在非真空條件下的快速成形。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種非真空條件下非晶合金快速成形的方法，其中：在非真空且無氣體保護(hù)的條件下， 通過電流加熱非晶合金，非晶合金快速升溫到過冷液相區(qū)，然后再對(duì)非晶合金施加機(jī)械力， 在機(jī)械力與模具的作用下，使非晶合金成形為所需的零部件的形狀，所述的非晶合金是以 鋯和銅為主要成份，其組成用如下公式表示：（Zr 47Cu44Al9) 1TO_XMX，其中，元素M為Si或?yàn)镹b， 0彡X彡5〇
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括以下工藝步驟： (1) 將非晶合金加工成所需尺寸大小的坯件； (2) 將坯件的將與電流加熱裝置的電極接觸的表面研磨平整光滑； (3) 將坯件放入電流加熱裝置中進(jìn)行升溫加熱，直至坯件升溫至過冷液相區(qū)； (4) 向加熱后的坯件施加機(jī)械力，使坯件在模具中成形，至此完成非晶合金零件的成 形。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的：所述的加熱非晶合金用的電流為直流 電。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的：所述的機(jī)械力為擠壓力。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的：所述的電流加熱裝置包括底座、下電極、 模具、上電極及壓座，下電極設(shè)置在底座上，模具設(shè)置在下電極上，上電極與下電極分別與 電源的正負(fù)極連通，坯件連通上電極與下電極。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的：第（2)步驟中在研磨坯件的與電極接觸 的表面時(shí)，采用500目、1000目、1200目的水砂紙對(duì)坯件的與電極接觸的表面進(jìn)行三次逐級(jí) 打磨，使坯件與電極接觸的表面平整光滑。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的：所述的坯件為直徑3-10毫米的棒狀非 晶合金坯件時(shí)，在第（3)步驟中通入電流的電壓為2-10伏特、電流強(qiáng)度為100-300安培，通 電時(shí)間1 _9秒。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實(shí)現(xiàn)的：所述的坯件為直徑3-10毫米的棒狀非 晶合金坯件時(shí)，在第（4)步驟中施加的機(jī)械力的大小為200-1000牛頓。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為： 1、本發(fā)明是在非真空且無氣體保護(hù)的條件下，通過電流加熱非晶合金，非晶合金快速 升溫到過冷液相區(qū)，然后再對(duì)非晶合金施加機(jī)械力，在機(jī)械力與模具的作用下，使非晶合金 成形為所需的零部件的形狀，從而實(shí)現(xiàn)非晶合金在非真空條件下的快速成形。
[0016] 2、本發(fā)明通過電流加熱的方式將非晶合金材料升溫到過冷液相區(qū)，由于電流加熱 是利用材料自身的電阻使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，升溫速度快并且材料受熱均勻?br>[0017] 3、本發(fā)明的在非真空條件下就可以實(shí)施，也不需要特別的氣體保護(hù)，大大降低了 非晶合金成形所需的外在條件，操作簡單方便，成本低。
[0018] 4、本發(fā)明的通過電流加熱的方式使非晶合金材料升溫，升溫快速，所需時(shí)間短，加 熱效率尚，并且廣品不易被氧化。
[0019] 5、本發(fā)明的非晶合金的成形方法簡單實(shí)用、實(shí)施方便、效率高，能夠有效的提高非 晶合金產(chǎn)品的成形效率，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的電流加熱裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明的材料成份為（Zr47Cu44Al9) 98Si2的鼓狀非晶合金零件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明圖2中的非晶合金零件的X射線衍射曲線圖； 圖4為本發(fā)明的材料成份為（Zr47Cu44Al9) 98Nbd^多邊形非晶合金零件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明圖4中的非晶合金零件的X射線衍射曲線圖。
[0021]
【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022] 實(shí)施例一： 如圖1、圖2、圖3所示，一種非真空條件下非晶合金快速成形的方法，在非真空且無氣 體保護(hù)的條件下，通過電流加熱非晶合金，非晶合金快速升溫到過冷液相區(qū)，然后再對(duì)非晶 合金施加機(jī)械力，在機(jī)械力與模具3的作用下，使非晶合金成形為所需的零部件的形狀。所 述的非晶合金是以鋯和銅為主要成分，其組成用如下公式表示=(Zr 47Cu4