一種固-液態(tài)連接異種大塊非晶合金的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種連接異種大塊非晶合金的方法。
【背景技術】
[0002]大塊非晶合金是一種先進的金屬材料，獨特的短程有序、長程無序的類液態(tài)原子結構排布特征賦予其不同于傳統(tǒng)晶態(tài)金屬材料的優(yōu)異性能，如高強度、高耐蝕性、高耐磨性等，因此，大塊非晶合金被認為是一種性能優(yōu)異的結構和功能材料，并在航天、航空、體育、醫(yī)療、軍事等領域體現廣泛的應用前景。
[0003]然而，制備非晶合金通常需要足夠高的冷卻速率(>103K/s)以抑制晶化現象的產生，只有通過快速凝固技術才能將液態(tài)結構保留下來從而獲得非晶態(tài)結構，但該制備方法嚴重限制了所獲得樣品的形狀，使得所制備的非晶合金大多為條帶、細絲、粉末等低維材料。尺寸上的限制已經成為非晶合金實際工業(yè)化應用的巨大障礙。采用連接方法把一種大塊非晶合金與另一種大塊非晶合金結合到一起，實現二者在原子尺度的冶金結合，這將可充分發(fā)揮二者各自的優(yōu)越性能，同時還可大大增加非晶合金的三維尺寸，從而在極大程度上突破非晶合金的尺寸約束。多年來，科學家們采用各種連接方法，實現了大塊非晶合金與晶態(tài)材料以及非晶合金之間的冶金結合，這些方法大體可分為兩類，一類是液態(tài)連接，例如，激光、電子束、脈沖電流焊接等，另一類是固態(tài)連接，例如，摩擦焊接、攪拌摩擦焊接、爆炸焊接等，然而，對上述固態(tài)或液態(tài)連接方法而言，所需要控制的工藝參數繁多，且操作步驟復雜，經濟實用性差，通常需要昂貴的專用設備以及復雜的工裝夾具，這也限制了上述方法在非晶合金連接領域中的工業(yè)化應用。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現有連接異種大塊非晶合金的方法需要控制的工藝參數繁多，且操作步驟復雜，經濟實用性差的技術問題，而提供一種固-液態(tài)連接異種大塊非晶合金的方法。
[0005]本發(fā)明的一種固-液態(tài)連接異種大塊非晶合金的方法是按以下步驟進行的:
[0006]用真空熔煉銅模鑄造的方法分別制備出大塊非晶合金錠A和B，然后采用固-液態(tài)連接的方法使大塊非晶合金A和B在內部帶有支架的模具中實現固-液態(tài)連接，最終得到異種大塊非晶合金圓棒；
[0007]所述的采用固-液態(tài)連接的方法使大塊非晶合金A和B在內部帶有支架的模具中實現固-液態(tài)連接的方法為:
[0008]在磁控鎢極電弧爐中，將大塊非晶合金錠A熔體澆注到模具I中，冷卻至室溫，得到直徑為a，長為h的固態(tài)非晶合金圓柱體A，將固態(tài)非晶合金圓柱體A放入到內腔帶有空心圓環(huán)支架I的模具II中，并且固態(tài)非晶合金圓柱體A插入到空心圓環(huán)支架I的空心內徑中，再次在磁控鎢極電弧爐中，將大塊非晶合金B(yǎng)澆注到模具II中充滿為止；所述的模具I的內腔為直徑為a，長為h的圓柱形；所述的模具II的內腔為直徑為b，長為h的圓柱形；所述的空心圓環(huán)支架I為內徑為a，外徑為b，且高度小于h的空心圓柱體；
[0009]所述的采用固-液態(tài)連接的方法使大塊非晶合金A和B在內部帶有支架的模具中實現固-液態(tài)連接的另一種方法為:
[0010]在磁控鎢極電弧爐中，將大塊非晶合金A澆注到內腔帶有臺階型的型芯I的模具I中，冷卻至室溫，得到固態(tài)的內徑為a，外徑為b的非晶合金A空心圓柱體，將固態(tài)的內徑為a，外徑為b的非晶合金A空心圓柱體和臺階型的型芯I從模具I中取出，將固態(tài)的內徑為a，外徑為b的非晶合金A空心圓柱體再放入模具I中，再次在磁控鎢極電弧爐中，將大塊非晶合金B(yǎng)澆注到模具I中與固態(tài)的內徑為a，外徑為b的非晶合金A空心圓柱體的高度相等為止；所述的模具I的內腔為直徑為b，長為h的圓柱形；所述的臺階型的型芯I的一端直徑為a，另一端直徑為b，且a < b。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0012]一、本發(fā)明提出采用固-液態(tài)連接法，充分利用了熱量傳輸、溶質擴散、實現了固-液態(tài)下的異種非晶合金原子尺度的冶金結合，工藝簡便、容易操作，尺寸可控、合金的化學成分可控，可廣泛應用于工業(yè)生產，從而可進一步拓寬大塊非晶合金在工程領域中的應用；
[0013]二、本發(fā)明采用傳統(tǒng)的真空熔煉銅模鑄造法熔煉兩種大塊非晶合金熔體A和B，首先將一種合金熔體澆注到銅模具中獲得固態(tài)非晶合金，將該固態(tài)合金放到銅模具中充當型芯，然后，再將澆注另外一種大塊非晶合金熔體，固-液態(tài)瞬間復合使得二者達到冶金結合，從而實現異種大塊非晶合金的連接。
【附圖說明】
[0014]圖1是試驗一制備的異種大塊非晶合金的實物圖片；
[0015]圖2是試驗一制備的異種大塊非晶合金的XRD圖譜，曲線I是對圖1中的端面的兩種合金的界面附近進行X射線衍射測試結果，曲線2是對圖1中的端面的外側合金進行X射線衍射測試結果，曲線3是對圖1中的端面的內側合金進行X射線衍射測試結果；
[0016]圖3是DSC曲線圖，曲線I是試驗一得到的異種大塊非晶合金中的內部合金Zr51Ti5NiltlCu25AliJ^ DSC曲線圖，曲線2是試驗一得到的異種大塊非晶合金中的外部合金Zr5a7Cu28Ni9Al12.3的 DSC 曲線圖；
[0017]圖4是試驗一制備的異種大塊非晶合金的光學顯微鏡分析圖片，區(qū)域A是異種大塊非晶合金內部合金Zr51Ti5NiltlCu28Al9,區(qū)域B為異種大塊非晶合金中的外部合金Zr5Q.7Cu28Ni9Al12 3，區(qū)域C是異種大塊非晶合金連接的復合界面；
[0018]圖5是試驗一的工藝流程圖；
[0019]圖6是試驗二制備的異種大塊非晶合金的實物圖片；
[0020]圖7是試驗二的工藝流程圖；
[0021]圖8是空心圓環(huán)支架I;
[0022]圖9是臺階型的型芯I。
【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】一:本實施方式為一種固-液態(tài)連接異種大塊非晶合金的方法，具體是按以下步驟進行的:用真空熔煉銅模鑄造的方法分別制備出大塊非晶合金錠A和B，然后采用固-液態(tài)連接的方法使大塊非晶合金A和B在內部帶有支架的模具中實現固-液態(tài)連接，最終得到異種大塊非晶合金圓棒；
[0024]所述的采用固-液態(tài)連接的方法使大塊非晶合金A和B在內部帶有支架的模具中實現固-液態(tài)連接的方法為:
[0025]在磁控鎢極電弧爐中，將大塊非晶合金錠A熔體澆注到模具I中，冷卻至室溫，得到直徑為a，長為h的固態(tài)非晶合金圓柱體A，將固態(tài)非晶合金圓柱體A放入到內腔帶有空心圓環(huán)支架I的模具II中，并且固態(tài)非晶合金圓柱體A插入到空心圓環(huán)支架I的空心內徑中，再次在磁控鎢極電弧爐中，將大塊非晶合金B(yǎng)澆注到模具II中充滿為止；所述的模具I的內腔為直徑為a，長為h的圓柱形；所述的模具II的內腔為直徑為b，長為h的圓柱形；所述的空心圓環(huán)支架I為內徑為a，外徑為b，且高度小于h的空心圓柱體；
[0026]所述的采用固-液態(tài)連接的方法使大塊非晶合金A和B在內部帶有支架的模具中實現固-液態(tài)連接的另一種方法為:
[0027]在磁控鎢極電弧爐中，將大塊非晶合金A澆注到內腔帶有臺階型的型芯I的模具I中，冷卻至室溫，得到固態(tài)的內徑為a，外徑為b的非晶合金A空心圓柱體，將固態(tài)的內徑為a，外徑為b的非晶合金A空心圓柱體和臺階型的型芯I從模具I中取出，將固態(tài)的內徑為a，外徑為b的非晶合金A空心圓柱體再放入模具I中，再次在磁控鎢極電弧爐中，將大塊非晶合金B(yǎng)澆注到模具I中與固態(tài)的內徑為a，外徑為b的非晶合金A空心圓柱體的高度相等為止；所述的模具I的內腔為直徑為b，長為h的圓柱形；所述的臺階型的型芯I的一端直徑為a，另一端直徑為b，且a < b。
[0028]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是:所述的模具I和模具II的材質為紫銅。其他與【具體實施方式】一相同。
[0029]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:所述的真空熔煉銅模鑄造的方法是在磁控鎢極電弧爐中，采用電弧熔煉的方法完成的。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0030]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三的不同點是:所述的非晶合金 A 為 Zr51Ti5Ni10Cu25Al9' Zr5a7Cu28Ni9Al12' Zr65Cu17.5Ni1(lAl7.5、Zr57Ti5Al10Cu20Ni8'Zr53Co18.5A123.5Ag5、Zr41.2Ti 13.8Cu12.5Ni1Be22.5、Zr46Cu30 ^Ag8 36Α18Βθ7 Zr55Cu30Ni5Al 10>Cu46Zr37Al7Y10' Cu46Zr45Al7Y2N Cu46Zr42Al7Y5' Y36Sc20Al24Co20' Y36Sc20Al24Ni10' Mg65Cu15Ag10Er10'MgesCu7.5Ni7.5Zn5Ag5Y10、La55Al25Ni5Cu10Co5' Pd40Ni40P2O' Pd40Cu30Ni 10P2o> Ti40Zr25Ni8Cu9Be18'Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2。其他與【具體實施方式】一至三相同。
[0031]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四的不同點是:所述的非晶合金 B 為 Cu46Zr42Al7Y5' Y36Sc20Al24Co20' Y36Sc20Al24Ni10' Zr51Ti5Ni10Cu25Al9' Zr50.7Cu28Ni9Al12.3、Zr53Co18.5A123.5^85' Zr65Cu17 5Ni10_Al7.5、Zr57Ti5Al10Cu20Ni8、Zr41 2T113.sCu12.5N1 1Be22.5、Zr46Cu30.14Ag8.36Al8Be7.5,Zr55Cu30Ni5Al10,Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2,Pd40Ni40P20O 其他與【具體實施