專利名稱：一種非晶合金制品的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于非晶合成材料技術領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種非晶合金制品的制造方法。
背景技術：
非晶合金材料也被稱作金屬玻璃，由于組成合金的原子無序的獨特排列結(jié)構(gòu)，而具有不同于普通結(jié)晶態(tài)金屬材料的優(yōu)異的物理、化學性質(zhì)，例如高屈服強度、高硬度、超彈性(高彈性極限)、高耐磨損性、高耐腐蝕性等，而被人們廣泛認為具有前景的新一代結(jié)構(gòu)材料及功能材料而得到發(fā)展。非晶合金尤其大塊非晶合金由于具有玻璃態(tài)的屬性和大的過冷液相區(qū)，因此而具有優(yōu)異的流動性和成形性。但是，非晶合金一旦成型，由于其高的硬度和亞穩(wěn)態(tài)的微觀組織結(jié)構(gòu)，便很難進行二次成型和二次加工，其中鋯基非晶合金和銅基非晶合金硬度可達到維氏硬度5GPa以上，對于鐵基非晶合金或鎳基非晶合金硬度更高達8GPa，因此非晶合金的物理化學屬性為制造更為復雜的非晶零部件增加了困難，也為非晶合金設計和應用的靈活性制造了麻煩。同時，為了適應非晶合金優(yōu)異的流動性和相對較大的冷卻速率的要求，因此通常采用金屬模進行成型，金屬膜成型要求有合適的脫模結(jié)構(gòu)以利于生產(chǎn)。對于復雜的結(jié)構(gòu)由于難以進行脫模設計，需要采用后續(xù)機加工的處理方法，從而增加了制造成本，對于高硬度的非晶合金其加工成本則更加高昂。雖然失蠟鑄造是制造復雜零部件是較好的方法，但加工精度相對金屬膜成型較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種非晶合金制品的制造方法，該方法至少具有下列優(yōu)點之一方法簡單、效率高、成本低。根據(jù)本發(fā)明實施例的非晶合金制品的制造方法，包括將具有預定結(jié)構(gòu)和形狀且適于在預定溶液內(nèi)溶解的異質(zhì)體放入模具；將非晶合金熔體鑄入模具內(nèi)以便所述非晶合金與所述異質(zhì)體結(jié)合形成毛坯，其中所述異質(zhì)體的一部分從所述非晶合金內(nèi)露出；將所述毛坯從模具中取出并放入所述預定溶液中以溶解所述異質(zhì)體；和從所述預定溶液中取出所述異質(zhì)體已被溶解的毛坯，得到非晶合金制品。根據(jù)本發(fā)明實施例的非晶合金制品的制造方法，通過非晶制品的特定結(jié)構(gòu)的反向工程制備具有反向結(jié)構(gòu)的易于加工或成型的異質(zhì)體，并通過鑄造將異質(zhì)體植入到非晶合金體中，最后通過將異質(zhì)體溶解，由此可以制備通過常規(guī)金屬模鑄造成型難以得到的復雜結(jié)構(gòu)的非晶合金制品。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的非晶合金制品的制造方法流程示意圖；圖加是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的非晶合金制品的制造方法制得的非晶合金與異質(zhì)體的毛坯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b是由圖加所示的毛坯得到的非晶合金制品的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的非晶合金制品的制造方法中制得的非晶合金與異質(zhì)體的毛坯的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。首先，參考圖1描述本發(fā)明所涉及的非晶合金制品的制造方法的流程。本發(fā)明所涉及的非晶合金制品的制造方法概括而言主要包括提供具有預定結(jié)構(gòu)的異質(zhì)體、成型非晶合金與所述異質(zhì)體結(jié)合形成的毛坯、以及溶解所述毛坯中的異質(zhì)體以得到非晶合金制品。需要理解的是，本發(fā)明所涉及的非晶合金制品的制造方法適用于制備任意非晶合金材料的制品，尤其適用于耐腐蝕性強或在預定溶液中具有鈍化特性的非晶合金。其中，鋯基非晶合金由于具有形成能力強、耐酸堿性強、且具有鈍化特性，故而優(yōu)選，尤其優(yōu)選化學組成為21^0^1。附具(其中11表示選自！^、(0、1111、0、11、!^、13、恥、(及稀土元素中的至少一種，a、b、c、d和e分別表示各元素的原子百分數(shù)，40 ^ a ^ 70,15 ^ b ^ 35, 5 ^ c ^ 15, 5彡d彡15，0彡e彡5，且a+b+c+d+e = 100)的鋯基非晶合金。在上述鋯基非晶合金中可以含有雜質(zhì)元素，其中以原子百分數(shù)計，所述雜質(zhì)元素的含量不高于2%。具體而言，本發(fā)明所涉及的非晶合金制品的制造方法包括以下步驟a)將具有預定形狀且適于在預定溶液內(nèi)溶解的異質(zhì)體放入模具。首先，提供具有預定形狀且適于在預定溶液內(nèi)溶解的異質(zhì)體。為此，可以根據(jù)需要制備的非晶合金制品的特定結(jié)構(gòu)，通過反向工程制備所述非晶合金制品的反向結(jié)構(gòu)的異質(zhì)體。關于異質(zhì)體的材質(zhì)，需要理解的是，當異質(zhì)體相對非晶合金材料具有良好的化學活性且在特定溶液中具有良好的溶解性時，有利于在形成毛坯后的去異質(zhì)體工序的實施。 基于此，本發(fā)明中優(yōu)選所述異質(zhì)體在所述預定溶解液中的溶解速率是所述非晶合金在所述預定溶解液中的溶解速率的100倍以上。此外，當異質(zhì)體具有高溫穩(wěn)定性，在制備非晶合金毛坯時，不會產(chǎn)生熔融破壞或嚴重的形變，故而優(yōu)選具有較高的高溫穩(wěn)定性的材質(zhì)形成該異質(zhì)體，如熔點較高的金屬材料或?qū)嵯禂?shù)較低的塑料。為此，從高溫穩(wěn)定性、成本、加工難易度等觀點出發(fā)，本發(fā)明中所述異質(zhì)體的材質(zhì)優(yōu)選為塑料、鋁合金、銅合金、鎂合金、鋅合金、黑色金屬中的至少一種。其中， 當使用金屬制備異質(zhì)體時，優(yōu)選使用熔點高于400°C的金屬。當使用塑料制備異質(zhì)體時，優(yōu)選塑料的導熱系數(shù)低于lw/m. k。。其中，當使用塑料的熔點雖然低(通常在120°C 270°C)，但是導熱系數(shù)非常的小 (塑料通常為0. 1 lOw/m. k，金屬的導熱系數(shù)為10 lOOw/m. k)，也就是非晶合金在接觸塑料的過程中會導致表面極小部分的熔融，而不至于導致塑料的整體熔融和嚴重變形。非晶合金熔體的熱量主要被金屬模具所帶走。因此，在對于非晶合金制品的反向結(jié)構(gòu)的精度或反向結(jié)構(gòu)的表面精度要求較高時，優(yōu)選金屬作為異質(zhì)體材料；而當要求控制成本、且對反向結(jié)構(gòu)的精度或反向結(jié)構(gòu)的表面精度要求較低時，優(yōu)選塑料作為異質(zhì)體材料。關于異質(zhì)體的形狀沒有特殊的要求。考慮到具有負拔模角的非晶體制品難以通過金屬模鑄造方法來制備，因此優(yōu)選所述異質(zhì)體(如圖加所示中標記1所示)為燕尾形，以便形成具有負拔模角的非晶合金制品(如圖2b所示，即圖加中標記2所示的非晶合金部分經(jīng)過去除異質(zhì)體得到的)。此外，考慮到非晶合金的硬度和強度較大，難以通過加工形成螺紋孔結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明的異質(zhì)體優(yōu)選為螺釘(如圖幻以便形成具有螺紋孔的非晶合金制
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ΡΠ O此外，關于形成具有預定形狀的異質(zhì)體的方法沒有特殊的限制，可以根據(jù)異質(zhì)體的具體形狀和材質(zhì)采用已知的方法來制備。b)將非晶合金熔體鑄入模具內(nèi)以便所述非晶合金與所述異質(zhì)體結(jié)合形成毛坯，其中所述異質(zhì)體的一部分露出所述毛坯的表面。接著，形成非晶合金與異質(zhì)體的毛坯。具體操作可以為將所述異質(zhì)體放入模具并定位，然后選擇合適材料的非晶合金材料熔融，鑄入定位有所述異質(zhì)體的模具腔內(nèi)。所述非晶合金材料的鑄入方法沒有特殊限制，例如采用普通壓鑄設備即可完成鑄入操作，在鑄入過程中使所述異質(zhì)體的一部分從所述非晶合金內(nèi)露出。由此，便可完成非晶合金毛坯的制作，因為非晶合金流動性好并具有優(yōu)異的復寫性，熔融的非晶熔體可以很好的將所述異質(zhì)體包裹并形成所述異質(zhì)體的反向結(jié)構(gòu)。
c)將所述毛坯從模具中取出并放入所述預定溶液中以溶解所述異質(zhì)體。當所述異質(zhì)體的材質(zhì)為塑料時，可以在形成毛坯后采用有機溶劑來溶解除去。例如，可以采用ABS塑料來制備異質(zhì)體，而由于醋酸乙酯可以溶解ABS塑料，在獲得毛坯后可以通過醋酸乙酯來溶解除去由ABS塑料制得的異質(zhì)體。當所述異質(zhì)體的材質(zhì)為銅合金、鎂合金、鋅合金、黑色金屬中的至少一種時，可以在形成毛坯后采用強酸(例如濃硝酸、濃硫酸、王水等)溶液來溶解除去。當所述異質(zhì)體的材質(zhì)為鋁合金時，由于其既可以溶解于強酸也可以溶解于強堿 (例如氫氧化鈉、氫氧化鉀等)，因此可以在形成毛坯后采用強酸溶液或強堿溶液來溶解除去。關于所述預定溶解液的濃度沒有特殊限制，只要能達到溶解所述異質(zhì)體的效果即可。d)最后，從所述預定溶液中取出所述異質(zhì)體已被溶解的毛坯，得到非晶合金制品。由此，便可制得所需結(jié)構(gòu)的非晶合金制品。下面通過具體實施例描述本發(fā)明。實施例1本實施例中，選擇材質(zhì)為C3604的銅合金作為異質(zhì)體的制備材料，選用濃度為 7mol/L的HNO3溶液作為預定溶解液，選擇合金成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金材料。首先，將銅合金加工成合適規(guī)格的銅合金螺釘10(如圖3所示)，然后將銅合金螺釘10放入模具中并定位。此后，將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金材料進行熔融，并采用壓鑄設備鑄入定位有銅合金螺釘1的模具腔內(nèi)，待成型后，如圖3所示，得到由作為異質(zhì)體的銅合金螺釘10 和非晶合金20形成的毛坯。接著，將非晶合金制品毛坯從模具中取出，放入濃度為7mol/L的HNO3溶液中溶解 30分鐘，待銅合金螺釘10溶解之后，將非晶合金制品清洗取出，便可得到具有螺紋孔的非晶合金制品。根據(jù)本發(fā)明的實施例，螺紋結(jié)構(gòu)難于采用模具直接成型出來，且非晶合金的硬度高達5Gpa，強度高達2000Mpa，因此當非晶合金鑄造成型后再進行鉆孔和攻螺紋的機械加工是非常困難的，只能采用成本較高的硬質(zhì)刀具甚至鎢鋼刀方能進行加工，而且刀具壽命也會非常低，大大增加制備成本，且制備效率低。根據(jù)本發(fā)明的非晶合金制品的制造方法，首先制備易于加工成型的銅合金螺釘， 并通過反向工程將具有反向結(jié)構(gòu)的銅合金螺釘植入非晶合金材料中，使非晶合金材料形成螺紋孔結(jié)構(gòu)，再將銅合金螺釘取出或溶解，便可獲得具有螺紋孔的非晶合金制品。所述銅合金螺釘相對非晶合金具有較好的化學活性，在7mol/L的HNO3溶液中具有良好的溶解特性，銅合金螺釘?shù)娜芙馑俾蕿?186mm/a，而非晶合金在7mol/L的HNO3溶液中的溶解速率僅為0. 02mm/a,因此銅合金螺釘在硝酸溶液中很快溶解，而非晶合金由于具有優(yōu)異的耐腐蝕特性則并沒有發(fā)生明顯的溶解和腐蝕，保證了非晶合金制品的外觀和尺寸的穩(wěn)定；所述銅合金螺釘并且還具有高溫穩(wěn)定性，其熔點在1000攝氏度左右，在非晶合金的成型溫度在600攝氏度到700攝氏度區(qū)間，當非晶合金熔體鑄入模具時，銅合金螺釘不會產(chǎn)生熔融破壞或嚴重的形變，保證了銅合金螺釘在非晶合金鑄造成型過程中螺紋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。實施例2本實施例中，選擇材質(zhì)為ABS塑料作為異質(zhì)體的制備材料，選用醋酸乙酯溶液作為溶劑，選擇合金成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金材料。首先，將ABS塑料加工成合適規(guī)格的螺釘10 (如圖3所示)，然后將塑料螺釘10放入模具中并定位。此后，將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金材料進行熔融，并采用壓鑄設備鑄入定位有螺釘1的模具腔內(nèi)，待成型后，如圖3所示，得到由作為異質(zhì)體的ABS螺釘10和非晶合金20形成的毛坯。接著，將非晶合金制品毛坯從模具中取出，放入醋酸異質(zhì)溶液中溶解，溫度為60 攝氏度，待ABS塑料螺釘10溶解之后，將非晶合金制品清洗取出，便可得到具有螺紋孔的非晶合金制品。所述ABS塑料螺釘相對非晶合金在醋酸乙酯溶液中具有較好的溶解特性，因此塑料螺釘在醋酸乙酯溶液中很快溶解，而非晶合金由于具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性并不發(fā)生溶解和腐蝕，保證了非晶合金制品的外觀和尺寸的穩(wěn)定；所述塑料螺釘并且還具有低的導熱系數(shù)，其導熱系數(shù)比非晶合金低一個數(shù)量級，因此當非晶合金熔體鑄入模具時，螺釘不會產(chǎn)生熔融破壞，非晶熔體熱量主要被模具所吸收，保證了塑料螺釘在非晶合金鑄造成型過程中螺紋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。根據(jù)本發(fā)明上述實施例的非晶合金制品的制造方法，相對低成本的解決了非晶合金螺紋孔的成型問題，又保證了螺紋孔的足夠的精度和足夠的強度。由此可見采用本發(fā)明的技術，可以很好解決常規(guī)鑄造技術中負拔模角的產(chǎn)品，采用了低成本的解決方案獲得了更為復雜的產(chǎn)品，拓寬了非晶合金的應用領域。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種非晶合金制品的制造方法，其特征在于，包括將具有預定形狀且適于在預定溶液內(nèi)溶解的異質(zhì)體放入模具；將非晶合金熔體鑄入模具內(nèi)以便所述非晶合金與所述異質(zhì)體結(jié)合形成毛坯，其中所述異質(zhì)體的一部分露出所述毛坯的表面；將所述毛坯從模具中取出并放入所述預定溶液中以溶解所述異質(zhì)體；和從所述預定溶液中取出所述異質(zhì)體已被溶解的毛坯，得到非晶合金制品。
2.如權(quán)利要求1所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述非晶合金的化學組成為ZraCubAleNidMe,其中M表示選自 ^、(:ο、Μη、0、 、Η ·、 ^、ΝΙκ(及稀土元素中的至少一種，a、b、c、d和e分別表示各元素的原子百分數(shù)，40 ^ a ^ 70,15 ^ b ^ 35, 5 ^ c ^ 15, 5 彡 d 彡 15，0 彡 e 彡 5，且 a+b+c+d+e = 100。
3.如權(quán)利要求2所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述非晶合金中含有雜質(zhì)元素，其中以原子百分數(shù)計，所述雜質(zhì)元素的含量不高于2%。
4.如權(quán)利要求1所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述異質(zhì)體在所述預定溶液中的溶解速率是所述非晶合金在所述預定溶液中的溶解速率的100倍以上。
5.如權(quán)利要求4所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述異質(zhì)體的材質(zhì)為選自塑料、鋁合金、銅合金、鎂合金、鋅合金、黑色金屬中的至少一種。
6.如權(quán)利要求5所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述異質(zhì)體的材質(zhì)為導熱系數(shù)優(yōu)選低于lw/m. k的塑料且所述預定溶液為有機溶劑。
7.如權(quán)利要求6所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述異質(zhì)體的材質(zhì)為 ABS塑料且所述預定溶液為醋酸乙酯。
8.如權(quán)利要求5所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述異質(zhì)體的材質(zhì)為銅合金、鎂合金、鋅合金、黑色金屬中的至少一種且所述預定溶液為強酸溶液。
9.如權(quán)利要求5所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述異質(zhì)體的材質(zhì)為鋁合金且所述預定溶液為強酸溶液或強堿溶液。
10.如權(quán)利要求1所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述異質(zhì)體為燕尾形以便形成具有負拔模角的非晶合金制品。
11.如權(quán)利要求1所述的非晶合金制品的制造方法，其特征在于，所述異質(zhì)體為螺釘以便形成具有螺紋孔的非晶合金制品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非晶合金制品的制造方法，包括將具有預定結(jié)構(gòu)和形狀且適于在預定溶液內(nèi)溶解的異質(zhì)體放入模具；將非晶合金熔體鑄入模具內(nèi)以便所述非晶合金與所述異質(zhì)體結(jié)合形成毛坯，其中所述異質(zhì)體的一部分從所述非晶合金內(nèi)露出；將所述毛坯從模具中取出并放入所述預定溶液中以溶解所述異質(zhì)體；和從所述預定溶液中取出所述異質(zhì)體已被溶解的毛坯，得到非晶合金制品。根據(jù)本發(fā)明非晶合金制品的制造方法，通過非晶制品的特定結(jié)構(gòu)的反向工程，先制備具有反向結(jié)構(gòu)的易于加工或成型的異質(zhì)體，并通過鑄造將異質(zhì)體植入到非晶合金體中，然后將其取出或溶解，獲得常規(guī)金屬模鑄造成型難以得到的非晶合金產(chǎn)品復雜結(jié)構(gòu)。
文檔編號B22C9/04GK102433518SQ201110421219
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者唐炳忠, 宮清, 張法亮 申請人:比亞迪股份有限公司