專利名稱：一種鋯基非晶塊體材料的電阻焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶合金材料焊接技術(shù)，具體地說是一種鋯基非晶塊體材料的電阻焊接方法。
非晶合金由于其特殊的結(jié)構(gòu)特征，而具有優(yōu)異的物理和力學性能。獲得塊體的非晶材料幾十年來一直是科學家們追求的目標。近幾年，該領(lǐng)域出現(xiàn)突破性的進展?，F(xiàn)在人們已經(jīng)可以制備出多種鋯基非晶塊體材料。這些非晶合金具有很多獨特的性能，如很高的彈性極限(2000MPa)和較高的Young’s模量(100GPa)以及較高的強度和韌性，耐腐蝕，耐磨損等，因此它們具有很大的研究和應(yīng)用價值。然而，任何一種材料在應(yīng)用時，焊接都是一個難以回避的問題，目前，一般的焊接方法如儲能焊、摩擦焊或電阻焊接卻不宜用來焊接非晶材料，因為在其焊接過程中非晶合金會發(fā)生晶化，將導(dǎo)致該類材料的特性散失。
本發(fā)明的目的在于提供一種鋯基非晶塊體材料的電阻焊接方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用脈沖電流焊接該類材料，其脈沖電流的周期為50～500μs，最大峰值電流密度為1～5kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間為50～5000μs；脈沖電流的較佳參數(shù)為脈沖電流的周期為100～200μs，電流密度為2～4kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間500～1500μs。
本發(fā)明具有如下特點
1.解決常規(guī)焊接解決不了的難題。采用本發(fā)明焊接非晶合金材料，可以避免非晶合金發(fā)生晶化，保持該類材料的特性，因此最大的優(yōu)越性是解決了常規(guī)焊接方法不宜應(yīng)用的非晶材料焊接問題。
2.焊接時間短、效率高。一般電阻焊電流半個周波的時間就在8000μs以上，整個焊接時間在秒的量級或者更長?？梢姳景l(fā)明與一般電阻焊相比時間更短，電流密度更大，而且是數(shù)量級的差異。由于焊接時間很短，因此可以避免發(fā)生晶化，從而保證焊接質(zhì)量，并且能提高工作效率。


圖1為本發(fā)明焊接過程的裝置示意圖。
圖2為本發(fā)明一個實施例的脈沖電流的波形圖。
圖3為本發(fā)明一個實施例試樣焊接后接合部份的形貌。
圖4為本發(fā)明一個實施例原始試樣及焊接后的試樣，以及原始試樣在700℃保溫1h后的X射線衍射圖。
圖5為本發(fā)明另一個實施例試樣焊接后接合部份的形貌。
圖6為本發(fā)明另一個實施例焊接后的試樣的X射線衍射圖。
圖7為本發(fā)明第三個實施例試樣焊接后接合部份的形貌。
圖8為本發(fā)明第三個實施例焊接后的試樣的X射線衍射圖。
下面通過實施例詳述本發(fā)明。
實施例1所用材料是直徑為4mm的Zr55Al10Ni5Cu30(At％)非晶圓棒。把材料切成長度為5mm的小圓柱，圓平面為兩個試樣對接的接合面，該面用砂紙磨平，焊接時接合面間未加任何其它物質(zhì)。圖1為本發(fā)明焊接過程的裝置示意圖。其中1為Cu電極，2為試樣，3為Cu保護墊片，脈沖電流發(fā)生器由電容器組合而成，脈沖電流由10臺MWF15-36電容器放電產(chǎn)生。脈沖電流的波形和基本參數(shù)由TDS3012型示波器測定。焊接時通過電極向試樣施加一個大小約為200MPa的壓應(yīng)力σ。
圖2為本實施例的脈沖電流的波形圖，其中脈沖電流的周期tp＝130μs，最大峰值電流密度jm＝2.5kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間800μs。圖3是本實施例試樣焊接后接合部份的形貌，從圖中可看出試樣接合非常好，中間沒有任何縫隙。圖4是原始試樣(曲線a)，焊接后的試樣(曲線b)，以及原始試樣在700℃保溫1 h后(曲線c)的X射線衍射圖。其中曲線a和b是典型的非晶材料的X射線衍射圖，與晶化后的試樣的X射線衍射圖(曲線c)有著明顯的不同，曲線b說明試樣在脈沖電流焊接后仍然是非晶。非晶在發(fā)生晶化后硬度會發(fā)生變化，因此測量顯微硬度也可以判定試樣在焊接后是否仍然是非晶。顯微硬度的測量結(jié)果是原始試樣的顯微硬度HV＝510，退火試樣的顯微硬度HV＝644，焊接試樣基體的顯微硬度HV＝510，接合區(qū)的顯微硬度HV＝514。這一結(jié)果說明試樣焊接后基體部分沒有晶化，接合區(qū)的結(jié)構(gòu)也仍是非晶結(jié)構(gòu)。
實施例2所用材料是Zr48Nb8Cu14Ni12Be18(At％)非晶。操作過程同實施例1。脈沖電流的參數(shù)為周期tp＝100μs，最大峰值電流密度jm＝3.0kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間900μs時可以得到很好的焊接效果和保持材料原有的非晶結(jié)構(gòu)。圖5是本實施例試樣焊接后接合部份的形貌，從圖可看出試樣接合很好。圖6是本實施例焊接后的試樣的X射線衍射圖，可看出試樣仍然是非晶。顯微硬度的測量結(jié)果也表明試樣在焊接后仍是非晶。
實施例3所用材料Zr57Ti5Al10Cu20Ni8(At％)非晶。操作過程同實施例1。脈沖電流的參數(shù)為周期tp＝150μs，最大峰值電流密度jm＝2.7kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間1000μs時可以得到很好的焊接效果和保持材料原有的非晶結(jié)構(gòu)。圖7是本實施例試樣焊接后接合部份的形貌，從圖可看出試樣接合很好。圖8是本實施例焊接后的試樣的X射線衍射圖，可看出試樣仍然是非晶。顯微硬度的測量結(jié)果也表明試樣在焊接后仍是非晶。
實施例4所用材料Zr48Nb8Cu14Ni12Be18(At％)非晶。操作過程同實施例1。脈沖電流的參數(shù)為周期tp＝50μs，最大峰值電流密度jm＝5kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間50μs時也可以得到很好的焊接效果和保持材料原有的非晶結(jié)構(gòu)。
實施例5所用材料Zr57Ti5Al10Cu20Ni8(At％)非晶。操作過程同實施例1。脈沖電流的參數(shù)為周期tp＝500μs，最大峰值電流密度jm＝1kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間5000μs時也可以得到很好的焊接效果和保持材料原有的非晶結(jié)構(gòu)。
以上實施例說明本發(fā)明是焊接Zr基非晶塊體材料的一種非常好的技術(shù)。這種技術(shù)也可以用來焊接其它非晶材料。
權(quán)利要求
1.一種鋯基非晶塊體材料的電阻焊接方法，其特征在于用脈沖電流焊接該類材料，脈沖電流的周期為50～500μs，最大峰值電流密度為1～5kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間為50～5000μs。
2.按照權(quán)利要求1所述一種鋯基非晶塊體材料的電阻焊接方法，具特征在于脈沖電流的周期為100～200μs，電流密度為2～4kA/mm2，單個脈沖的持續(xù)時間為500～1500μs。
全文摘要
一種鋯基非晶塊體材料的電阻焊接方法,用脈沖電流焊接該類材料,脈沖電流的周期50～500μs,最大峰值電流密度1～5kA/mm
文檔編號B23K11/00GK1386605SQ0111398
公開日2002年12月25日 申請日期2001年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月23日
發(fā)明者周亦胄, 郭敬東, 王寶全, 何冠虎 申請人:中國科學院金屬研究所