[發(fā)明專利]非晶合金-銅層狀復合材料的制備方法及制備模具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210381074.5
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102848073A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設計）人: 李金山;寇宏超;王軍;胡銳;常輝;薛祥義;鐘宏;張鐵邦;唐斌
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: B23K20/14
• 分類號: B23K20/14;B23K20/233;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復合材料制備技術(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，比如高強度、高硬度、高耐蝕性、優(yōu)異的磁學性能和一定溫度范圍內(nèi)的超塑性等，在航空航天器件、精密機械和信息等領(lǐng)域顯示出巨大的應用價值。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用受到較大限制。利用擴散連接方法將非晶合金與金屬復合在一起，一方面可以充分發(fā)揮兩者的互補優(yōu)勢，另一方面妥善解決非晶合金尺寸限制問題。擴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；擴散連接過程可與材料的熱處理和超塑性成型過程同時進行，提高了生產(chǎn)效率。

法國學者研究了非晶合金的擴散連接[S.Gravier，J.J.Blandin，M.Suéry，Mechanical?properties?of?a?co-extruded?MetallicGlass/Alloy(MeGA)rod-Effect?of?the?metallicglass?volume?fraction，Materials?Science?and?Engineering：A,2010(527)：4197-4201，]，通過擠壓技術(shù)實現(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如純Al等材料。目前國內(nèi)外研究中非晶合金與金屬擴散連接多采用共擠或共壓的方式實現(xiàn)，這兩種方法共同的缺點是試樣變形量較大，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[Brent?W.madsen，Bonding?of?metallic?glass?to?crystalline?metal，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，很難制備形狀復雜的樣品.美國專利[Masaki?Oheara，Takanori?Igarashi，et?al，Metallic?glass?laminates，production?methods?and?applications?thereof，patent?No.：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Zr_41.25Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5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，真空預壓入：將裝有非晶合金棒和銅管的模具置于真空擴散焊機中。對真空擴散焊機抽真空至8.0×10^-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0.1～1.0mm/s。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，真空擴散連接：對得到的干涉配合的非晶合金棒和銅管實施擴散連接。真空擴散連接中保持上壓頭的壓力。以10～30℃/min的升溫速率將真空擴散焊機升溫至380℃～400℃并保溫20～40min。得到由非晶合金棒和銅管組成的擴散連接件。

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-紫銅的層狀復合材料。