金屬玻璃也稱為非(fēi)晶材料。它是一種液態熔融金屬,快速冷卻,不通過結晶形成。它的原子排列類(lèi)似(sì)於液體物質,因此不產生金屬晶界,其性質(zhì)也不像玻璃。酥脆,具有高強度,高硬度,高彈性,高耐腐蝕性和高軟(ruǎn)磁性能,目前研發應用包括高爾夫球(qiú)杆,手機外殼,手術刀,穿甲,精密齒輪和光學器件。連接器等是新興材料最重要的研究領域之一。
由於(yú)金屬玻璃溫(wēn)度升高或(huò)液體冷卻的過程,通常會產生晶體並使結構(gòu)結晶,特別是當(dāng)溫度保持在金屬玻璃的轉變溫度附近時,晶體結構加速。結晶現象更為嚴重,進而導(dǎo)致金屬玻璃(lí)材料的優良性能(néng)喪失。因此,在保持(chí)原始母材(cái)的非晶區域而不在金屬玻璃焊件的接縫區域出現晶體的前提下,焊接或連接(jiē)金屬玻(bō)璃是一項非常艱巨的任(rèn)務(wù)。
在當今塊狀金屬玻璃(塊指厚度或直徑(jìng)大於1毫米)的基礎(chǔ)上(shàng)開發一種新(xīn)的合金體係,該玻璃具有足夠的玻璃成型(xíng)能力(GFA)和穩定而(ér)寬的過冷液區。因此在相對(duì)緩慢的冷卻速率下,溫度範圍仍能保留非晶結構(gòu)特性,這無形(xíng)中增加了塊狀金屬玻璃接合(hé)或成型的可能性。
目前,塊(kuài)狀金屬玻(bō)璃(lí)的焊(hàn)接技術一般采用高能量密度的選擇,如激(jī)光焊接(jiē)和能量束焊接,但這種方法的缺點是這種必要的精密設備昂貴,如果合金體(tǐ)係的玻璃形成能力(GFA)不穩定(dìng),仍然(rán)會發生結晶(jīng)相(xiàng)。
如(rú)果兩個(gè)連接端界麵被局部加熱和熔化,則對兩個連接基體的外端施加強壓應力以連接它們,例如摩擦焊接或兩(liǎng)端的瞬時大電流放電。主要(yào)關鍵點是,當(dāng)形成接頭(tóu)界麵的局部(bù)軟化區時,結晶端區結(jié)晶的部分被大的壓應力推出,流向接頭端外側形(xíng)成凸毛刺,然後用車床去除外凸毛刺。為了保持整個焊件的完整性。但是,目(mù)前,能夠以這種方式成功連接的金屬玻璃材(cái)料必須具有較高的玻璃成型能力和(hé)穩定的過冷液體特性,並且還必須承受相當大的應力,因此,除了特定的鈀基(Pd-)或鋯基(jī)(Zr-)金屬玻璃材料外,還不適用於脆(cuì)性或易結晶的塊狀金屬玻璃材料, 並受柱狀形狀的限製(zhì)。
塊狀(zhuàng)金屬玻璃的(de)接合(hé)是工程(chéng)中不可缺少的一部分,但由於加工不當,很容易在接合區引起結晶,衍(yǎn)生物接縫斷裂。因此,業界正熱切期待學術界對實際工業應用的持續研究。
本文的(de)目的是提供一種散裝金屬玻璃的擴散,該玻璃在加入本體金屬玻璃後保持像基板(賤金屬)一樣的(de)非晶結構,並且(qiě)具有與基(jī)材相同的機械性能。加入方法。
本文的塊(kuài)狀金屬玻璃的擴散粘結方法是製備兩塊銅鋯基(jī)塊狀金屬玻璃(lí),每塊玻璃結構形(xíng)成能力參數γm不小於0.68,或玻(bō)璃結構形成能力參數γm不小於0.74的銅鋯銅。塊狀金屬玻璃要與塊狀金屬(shǔ)玻璃連接,並且每個金屬金屬玻璃(lí)具有具有預定界麵粗糙曲率的接(jiē)合麵;然後確認待接合的兩塊狀金(jīn)屬玻璃具有共同的過冷(lěng)液區溫度(dù)範圍;最後,在兩個要連接的接合金屬玻璃在氣體氣(qì)氛中相互相鄰後,施加12 MPa至15 MPa的固(gù)定外部壓應力並保持在公共過冷液體區的溫度範圍內在公共過(guò)冷液體區加熱預(yù)定時間, 並保持兩塊(kuài)待連接金屬玻璃的應變率(lǜ)不大於10-5/秒。
本實用新型的優點是,待接合的塊狀(zhuàng)金屬玻璃的普通過冷液體區域需要確認,即相同(tóng)材(cái)料或不同材料的塊(kuài)狀(zhuàng)金屬玻璃接(jiē)頭(tóu)可以相對(duì)於摩擦焊接(jiē)方法的接合應力較低,設備成本低。並且連接焊件(jiàn)接(jiē)頭仍能保持與母材(母材)相同的非晶(jīng)結構和機械性能,直接生產(chǎn)出機械性能均勻的焊件,無需在接頭或熱處理後進行後續車(chē)削,簡(jiǎn)化了工藝成本節約效果,增加了塊狀金屬玻璃用於組裝(或包裝)焊點必不可(kě)少的元件或組件的工業使(shǐ)用價值。
本文的上述和其它(tā)技術內容、特征和優點將從(cóng)以下優選實施例的詳細描述(shù)中顯而易見。
任何類型的金屬玻璃材料都有其過冷液(yè)體區溫度(dù)範圍,並(bìng)且當將兩塊待連接的塊狀金屬玻璃放(fàng)置在一個共同較小的共冷液區(Tx-Tg)中時,保(bǎo)持溫度適當的時間,同時施加固定的外部壓應力(以便將(jiāng)要連接的兩塊(kuài)金屬玻璃相互相對放(fàng)置(zhì)且不小於(yú)金屬玻(bō)璃的應變率不是通過壓力增加來維持的)壓力),當接合麵界(jiè)麵粗糙度產生的表麵自由能差是驅動力時,待接合的塊狀金屬玻璃的(de)表麵原子是過(guò)冷液體(牛頓流)行為擴散(sàn)的牛頓流體, 逐漸減小表麵積,減小界麵粗糙曲率,形成完整的接合麵。當溫度(dù)保持適當的時間並且未達到要連接的金屬玻璃的結構鬆弛時間(即在特定溫度下開始結晶所需的時間)時,金屬玻璃的粘度降低,這有助於粘合。兩塊金屬玻璃相互連接。在接縫處粘合成品(pǐn)晶體結構不僅可(kě)以保持非晶結構,而且不會發生接縫,從(cóng)而使接縫區域的力學性能與基材相同,從(cóng)而獲得材料(liào)在結構應(yīng)用中預期的均勻機械性能焊件。
參照圖(tú)1,本文的塊狀金屬玻(bō)璃(lí)擴散粘接方法的一個優選實施例是在連接過程中保持接合區域為非晶結構的兩塊待連接金屬玻璃。在相互連接(jiē)時,成品焊件接合區域的機械性能與要連接的原始金屬玻璃基板(母材)的機械性能相同。
首(shǒu)先,進行步驟11製備(bèi)兩塊待接接的塊狀金屬玻璃,它們分別(bié)是銅鋯基塊狀金屬玻璃,其玻璃(lí)結構形成能力參數γm不小於0.68,或玻璃結構形成(chéng)能力參數γm不小於0.74。鋯銅基塊(kuài)狀金屬玻璃,並加工要粘結(jié)的兩種金(jīn)屬玻璃的接合麵,使其具有Ra和1μm之間的粗糙界麵曲率;這裏,銅鋯基塊狀金屬玻璃合金的成分為Cu3Zr60Ti30,鋯銅(tóng)塊狀金屬玻璃的成分為(wéi)Zr10.52Cu5.17Ni9.14Al6Ti10。
接下來,執行(háng)步驟12以確(què)認待(dài)連接的兩塊金屬玻璃具有共同的過冷液(yè)區溫(wēn)度範圍。
最後,在步驟13中,在真空度不超過10-5托(或惰性氣(qì)體氣(qì)氛)的環境中,將要連接的兩塊接合狀金屬玻璃相互相鄰,同(tóng)時固定12MPa至15MPa的外(wài)部壓(yā)應力,並將溫度保持在公共過(guò)冷液體區域的溫度(dù)範圍內適當的(de)時間(實際時間(jiān)取決於(yú)塊狀金屬玻璃(lí)的接合麵尺寸(cùn))、組成等,請參考詳細描述的詳細實驗),並保持待接(jiē)合的(de)兩塊金屬玻(bō)璃的應變率不超過10-5/秒,讓待接合的兩(liǎng)塊金屬玻璃相互接合, 連接焊(hàn)材(cái)在接合麵及其相鄰區域仍處於非(fēi)晶原子結構狀態。
本文的上述優選實施例中,在實驗實例中,選取Cu60Zr30Ti10Zr52.5和Cu17.9Ni14.6Al10Ti5進行接頭擴散焊(即Cu60Zr30Ti10Zr52.5和Cu60Zr30Ti10Zr52.5,或Cu17.9Ni14.6Al10Ti5和Cu17.9Ni14.6Al10Ti5相(xiàng)鍵合)和/或異種材料鍵合(Cu60Zr30Ti10Zr52.5鍵合到Cu17.9Ni14.6Al10Ti5)是通過保持外部壓應力在約12 MPa並保(bǎo)持溫度在710 K1小時來(lái)完成的。
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