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真空擴散焊金屬(shǔ)玻璃
Release date:2023-02-06

金屬玻璃也稱為非晶材料。它是一種液態熔(róng)融金(jīn)屬,快速冷卻,不通過結晶(jīng)形(xíng)成。它的原子排列類似(sì)於液體物質(zhì),因此不產生金屬晶界,其性質也不像玻璃。酥脆,具有高強度(dù),高硬度,高彈性,高耐腐蝕性和高軟磁性能,目前研發(fā)應用包括高爾夫(fū)球杆,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(cái)料最重要的研究領域之一。

由於金屬玻璃溫度升(shēng)高或液體冷(lěng)卻的(de)過程,通常會產生晶體並使結構結晶,特別是當(dāng)溫度保持在金屬玻璃的(de)轉變溫度(dù)附近時,晶體結構加速(sù)。結晶現象更為(wéi)嚴重,進而導致金屬玻璃材料的優良性能喪失。因此,在保持原始母材的非晶區域而不(bú)在金屬玻璃焊件的接縫區域出現晶體的前提下,焊接或連接金屬玻(bō)璃是(shì)一項非常艱巨的任務。

在當今塊(kuài)狀金屬玻璃(塊指厚度或直徑大於1毫米)的(de)基礎上開發(fā)一種新的合金體係,該(gāi)玻璃具有足夠(gòu)的玻璃成型能力(GFA)和穩定而寬的過冷液區。因此在相對(duì)緩慢的冷(lěng)卻速率下,溫度範圍仍能保留非晶(jīng)結構特性,這無(wú)形中增加了(le)塊狀(zhuàng)金屬玻璃接合或成型的可能性。

目前,塊(kuài)狀金屬玻璃的焊接技術一般采用高能量密度的選擇,如激光焊接和能量束焊接(jiē),但這種方法的缺點是(shì)這種必要的精密設備昂貴(guì),如果合金體係的(de)玻璃形成能力(GFA)不穩定,仍然會發生結晶相。

如果兩個連接端界麵被局部加熱和熔化,則(zé)對兩個連接(jiē)基體的外端施加強壓應力以連接它們,例如摩擦焊接或(huò)兩端的瞬時大電流(liú)放電。主要關鍵點是,當(dāng)形成接頭界麵的局(jú)部(bù)軟化區時,結(jié)晶端區結晶的部分被大的壓應力推出,流向接頭端外(wài)側形成凸毛刺,然(rán)後用車床去除(chú)外(wài)凸毛(máo)刺(cì)。為了保持整(zhěng)個焊件的(de)完整(zhěng)性。但是,目前,能夠以(yǐ)這(zhè)種方式成功連接的金屬玻璃材料必須具有較高的玻璃(lí)成型能力和穩定(dìng)的過冷液體特性,並且還必須承受相(xiàng)當大的(de)應力,因此,除了特定的鈀基(Pd-)或鋯基(Zr-)金屬玻璃材料外,還不適用於脆性或易結晶的塊狀金屬玻璃材料, 並受(shòu)柱狀(zhuàng)形狀的限製。

塊狀金屬玻璃的接合是工程中(zhōng)不可缺少的一部分,但由(yóu)於加工不(bú)當,很容易在接合區引起結晶(jīng),衍生物接縫斷裂。因此,業界正熱切期待學術界對實(shí)際工業應用的持續研究。

本文的目的是提供一種散(sàn)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(bǎn)(賤金屬(shǔ))一樣的非晶結構,並(bìng)且具有與基材相同的機(jī)械(xiè)性能。加入方法。

本文的塊狀金屬玻璃(lí)的擴散粘結方法是製備兩塊銅鋯基塊(kuài)狀金屬玻璃(lí),每塊(kuài)玻璃結(jié)構形成能力參數γm不小於0.68,或(huò)玻璃(lí)結構形成能力參數γm不小於0.74的銅鋯銅。塊狀金屬玻(bō)璃(lí)要與(yǔ)塊狀金屬玻璃連(lián)接,並且每個(gè)金屬金(jīn)屬玻璃具有(yǒu)具有預定(dìng)界麵粗糙曲率的(de)接合麵;然後(hòu)確認待接合的兩塊狀金屬玻璃具有(yǒu)共(gòng)同的過冷液區溫度範圍;最後(hòu),在兩個要連接的接合金屬玻璃在(zài)氣體氣氛中相互(hù)相鄰後,施加12 MPa至15 MPa的固(gù)定外部壓應力並保(bǎo)持在公(gōng)共(gòng)過冷液(yè)體區的溫度範圍內在公共過冷液體區加熱預(yù)定時(shí)間, 並保持兩塊待連接金屬(shǔ)玻璃的應變率不大於10-5/秒。

本實用新型的優點是,待接合的塊狀金屬玻璃(lí)的普通過冷液體區域需(xū)要確認,即相同材料或不同材料的塊(kuài)狀金屬玻璃接頭可以相對於摩擦焊接方法的接合應力較低,設備成本低。並且連(lián)接焊件接頭仍能保持與母材(母材)相同的非晶結構(gòu)和機械性能,直接生(shēng)產出機械(xiè)性能均(jun1)勻(yún)的焊件,無需在接頭或(huò)熱處理後進行後續(xù)車(chē)削,簡化了工藝成本(běn)節(jiē)約效果(guǒ),增加了塊狀金(jīn)屬玻璃用於組裝(或包裝)焊點必不可少的元件或組件的工業使用價值。

本文的上(shàng)述和其它技術內容、特征和優點將從以下優選(xuǎn)實施例的詳細描述中顯而易見。

任何類型的(de)金屬玻璃材料都有其過冷(lěng)液體(tǐ)區溫(wēn)度範(fàn)圍,並且當將兩塊待連接的塊(kuài)狀金屬玻璃放置在一(yī)個共同較小的共冷液區(Tx-Tg)中時(shí),保持溫度適當的(de)時間,同時施加固定的外部壓應力(以便將要連接的兩塊金屬玻璃相互相對放置(zhì)且不小於金屬玻璃的應變率(lǜ)不是通過壓力(lì)增加來維持的)壓力),當接合麵界麵粗糙度產生的表麵自(zì)由能差是驅(qū)動力時,待接合的塊狀金屬玻璃的表麵原子是(shì)過冷液體(牛頓流)行(háng)為擴散的(de)牛頓流體, 逐漸減小表麵積,減小界麵粗糙曲率,形(xíng)成完整(zhěng)的接合麵。當溫度保持(chí)適當(dāng)的時間並且未達到要連接的金屬玻璃的(de)結構鬆弛時間(jiān)(即(jí)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(kuài)金屬玻璃相互連接(jiē)。在接縫處粘(zhān)合成品晶體結(jié)構不僅可以保持非(fēi)晶結構,而且不會發生接縫,從而使接(jiē)縫區域的力學性能與基材(cái)相同,從而獲得材料在結構應用(yòng)中預期(qī)的均勻機械性能焊件。

參照圖(tú)1,本文的塊狀金屬玻璃擴散粘(zhān)接方法的一個(gè)優選實施例是在連接過(guò)程(chéng)中保(bǎo)持接合區域為非晶結(jié)構(gòu)的兩塊待連接金(jīn)屬玻璃。在相互連接時,成品焊件接合區域(yù)的機械性能與要連接的原始金屬玻璃基板(bǎn)(母材(cái))的機械性能相同。

首(shǒu)先,進行步驟11製備(bèi)兩塊待接(jiē)接的塊狀金屬玻璃,它們分別是銅鋯基塊(kuài)狀金屬玻璃,其玻璃結構形成(chéng)能力參數(shù)γm不小於(yú)0.68,或玻璃結構形成能力參數γm不小於0.74。鋯銅基塊狀金屬玻璃(lí),並加工要粘結(jié)的兩種金屬玻璃的接合麵,使其(qí)具有(yǒu)Ra和1μm之間的粗糙界麵曲率;這裏,銅鋯基塊狀(zhuàng)金屬玻璃合金的成分(fèn)為Cu3Zr60Ti30,鋯銅塊狀金屬玻璃的成(chéng)分為Zr10.52Cu5.17Ni9.14Al6Ti10。

接下來,執行步驟12以確認待(dài)連接的兩塊金(jīn)屬玻璃具有共同的過冷液區溫度範圍(wéi)。

最後,在步驟13中,在真空度不超過10-5托(或惰性氣體氣氛)的環境中,將要連接(jiē)的兩塊接合狀(zhuàng)金屬玻璃相互相鄰,同時固定12MPa至15MPa的外部壓應力,並將溫度保持在公共過(guò)冷液體區域的溫度範圍(wéi)內適當的時間(實際(jì)時間取決於塊狀金屬玻璃的接合麵尺寸)、組成等,請參考詳細描述的詳細實驗(yàn)),並保持待接合的兩塊金屬玻璃的應變率不超過(guò)10-5/秒,讓待接合的兩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晶原子結構狀態。

本文的上述優(yōu)選實施(shī)例中,在(zài)實驗實(shí)例中,選取Cu60Zr30Ti10Zr52.5和Cu17.9Ni14.6Al10Ti5進行接頭擴(kuò)散焊(即Cu60Zr30Ti10Zr52.5和(hé)Cu60Zr30Ti10Zr52.5,或Cu17.9Ni14.6Al10Ti5和Cu17.9Ni14.6Al10Ti5相鍵合)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並保持溫度在(zài)710 K1小時來(lái)完成的。

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