本发明专利技术公开一种块体金属玻璃工件的电致塑性成型方法，用于对块体金属玻璃进行加工成型，包括如下步骤：制备横截面均匀的块体金属玻璃胚料；将块体金属玻璃胚料固定并在其两端连接脉冲电流源；根据块体金属玻璃工件成型要求设置脉冲电流参数并通电；待块体金属玻璃胚料在脉冲电流作用下升至成型温度后对其施加机械成型力；关闭脉冲电流源，冷却至室温得到块体金属玻璃工件。本发明专利技术中还公开了相应的块体金属玻璃电致塑性成型装置。本发明专利技术具有操作简单、节约能耗的优点，尤其适用于制作形状复杂度和性能要求高的块体金属玻璃工件。
【技术实现步骤摘要】
一种块体金属玻璃工件的电致塑性成型方法及其装置
本专利技术属于块体金属玻璃制造成型
，特别涉及一种制备块体金属玻璃工件的电致塑性成型装置和方法。
技术介绍
金属玻璃(metallic glass)又称为非晶态合金(amorphous alloy)、非结晶金属(non-crystalline metal)、玻璃化金属(glassy metal)等等，因其固态时具有短程有序、长程无序的特殊结构在许多方面具有比常规多晶合金更优异的性能，在应用上，大块非晶材料的高强度、高耐蚀性以及优异的电磁特性将在机械、化工、电子和生物工程等行业中呈现广阔的应用前景。上世纪80年代末和90年代初，日本东北大学的Inoue研究小组首先报道了一些多组元合金系在适当的成分范围内表现出很强的非晶形成能力，非晶形成的临界冷却速率可降至lOOK/s以下，因此通过简单的熔体水淬或铜模铸造制备出了厘米级的块体金属玻璃，而传统的非晶合金由于需要超过106K/S的极高的临界冷却速度只能制备厚度或直径不超过50 μ m的粉末、条带、细丝或薄膜。目前已开发出的大块非晶合金体系有La基、Mg基、Zr基、Fe基、Pd基、Ti基、Ni基、Cu基、Ce基等十余种多组元体系，最低临界冷却速率已降至0.lK/s,最大块体金属玻璃直径已超过100mm。块体金属玻璃现有的生产方法主要有熔体水淬法、电弧熔化铜模铸造法、高压铸造法和粉末烧结等。其中水淬法是将熔融态合金淬水冷却后制得块体金属玻璃，由于冷却介质原因，不能形成结构复杂件；铜模铸造法和高压铸造法均采用金属模具冷却，可以制备出棒状、板状和一些结构比较简单的块体金属玻璃铸件，但由于金属玻璃需要一定的冷却速率，所以金属模具材料的选择受到一定的限制，以致于许多具有复杂形状工件的模具很难被加工制造出来。粉末烧结法很难制得高密度胚料，一般只有理论密度的90-95%，而且带有较多的孔隙，使其机械性能降低。这些工艺所制备出来的产品都存在一定的局限性或不足，需要特殊的设备成本很高，不能生产形状复杂度比较高的产品，不适合工业生产。块体金属玻璃材料自身存在室温脆性，在室温下没有塑性变形，变形量小于2%，施加外力时超过屈服强度容易断裂，机械加工性能较差，无法通过常规的加工工艺获得精密复杂形状的工件。比如拉伸成形是形成弯曲形状金属工件的众所周知工艺，然而在室温或远低于块体金属玻璃超塑性变形温度(即玻璃转变温度也是软化温度，一般大于400°C )下对块体金属玻璃进行拉伸或弯曲成形几乎是非常困难的。综上所述，由于块体金属玻璃材料自身存在室温脆性，采用现有加工方法难以生产得到形状复杂度较高且力学性质均匀的产品，从而制约了块体金属玻璃材料在实际工业领域中广阔的应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种块体金属玻璃电致塑性成型装置和方法，其目的在于通过控制块体金属玻璃的温度条件进行电致塑性加工成型，由此解决现有技术中存在的块状金属玻璃复杂产品难以加工且力学性能不均匀的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了一种块体金属玻璃电致塑性加工成形方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)制备块体金属玻璃胚料，保证其横截面均匀；(2)将由(I)制得的块体金属玻璃胚料置于两夹具之间贴合夹紧并在其两端连接脉冲电流源；(3)设置脉冲电流参数:幅值电流密度为100-5000A/mm2，脉冲宽度为10-1000 μ s，脉冲频率为30-5000ΗΖ，启动脉冲电流源，脉冲电流从脉冲电流源正极出发依次流经第一电极夹和第一夹具后，均匀通过块体金属玻璃胚料横截面再流经第二夹具、第二电极夹回到脉冲电流源负极，以构成完整的通电回路；通电时，均匀通过金属玻璃胚料横截面的脉冲电流产生的焦耳热量使得金属玻璃胚料升温；(4)以步骤(3)所述的方式使得块体金属玻璃胚料温度持续升温并且使得升温的上限始终处于所述玻璃金属胚料的玻璃转变温度以下，在此成型温度状态下经由致动控制器控制致动器运动，并依次通过与致动器相连的电极夹和夹具施加成型所需的机械力至金属玻璃胚料上；根据不同的块体金属玻璃材料选择不同的一定温度，通过控制脉冲电流参数和致动器运动，可以精确控制块体金属玻璃胚料成型所需的一定温度值及成型所需的机械力，成型过程中致动器施加的机械成型力和位移速度的选择应确保块体金属玻璃胚料整体均匀变形，避免出现“颈缩”等局域形变现象。(5)金属玻璃胚料在机械力作用下成型后，关闭脉冲电流源，释放致动器施加在玻璃金属坯料上的机械力，冷却至室温得到块体金属玻璃工件。作为进一步优选地，所述步骤(4)中，成型温度状态具体为始终低于所述金属玻璃胚料的玻璃转变温度50度。作为进一步优选地，在步骤(I)中，块体金属玻璃胚料采用下列方法中的任意一种制备:水淬法、熔体浇铸法、熔体吸铸法、热等静压粉末烧结法或者电火花粉末烧结法等任一方法制备。作为进一步优选地，在步骤(I)中，块体金属玻璃胚料为具有均匀横截面的几何形状简单的片状、棒状或块状的坯料。作为进一步优选地，所述块体金属玻璃基片选择下列基片中的任意一种或组合:Zr基、Ti基、Cu基、Mg基、Pd基、Ni基或Fe基。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种实现块体金属玻璃电致塑性成型装置，包括第一夹具、第二夹具、脉冲电流源、第一电极夹、第二电极夹、温度传感器、温度控制器、位移传感器、致动器和致动控制器。其中，所述第一夹具正面和所述第二夹具正面始终与置于两者之间的块体金属玻璃胚料贴合夹紧，以固定块体金属玻璃胚料并传输电流；所述第一夹具背面与所述第一电极夹正面固定连接，所述第一电极夹背面与所述脉冲电流源正极电气相连；所述第二夹具背面与所述第二电极夹正面固定连接；所述第二电极夹背面通过导线与所述脉冲电流源负极电气连接；脉冲电流从脉冲电流源正极出发依次流经第一电极夹、第一夹具、块体金属玻璃胚料、第二夹具、第二电极夹回到脉冲电流源负极，以构成完整的电流回路；所述致动器与所述第一电极夹或第二电极夹机械相连并与其配合操作向块体金属玻璃胚料施加成型所需的机械力；所述位移传感器与所述致动器相连，用于采集致动器的位移信息；所述压力传感器置于第一电极夹或第二电极夹上所述致动控制器一端与位移传感器相连，另一端与压力传感器相连，根据位移传感器与压力传感器采集得到的致动器位移和压力信息来控制致动器的运动；所述温度传感器与块体金属玻璃胚料相连，用以测量块体金属玻璃胚料的温度；所述温度控制器一端与温度传感器相连，另一端与脉冲电流源电气连接并对脉冲电流参数进行控制，当块体金属玻璃胚料在成型过程中发生变形时对脉冲电流参数进行调节以维持稳定的温度状态。作为进一步优选地，所述的第一电极和第二电极还配有冷却散热块。作为进一步优选地，所述第一电极和所述第二电极选择高导电性和导热性的材料制备。作为进一步优选地，所述高导电性和导热性材料为铜、镍，或者至少含有95%以上的铜合金或镍的合金，或不锈钢材料。作为进一步优选地，所述致动器是液压致动器、气动致动器、机电致动器中的一种或组合。本专利技术中，所述第一夹具和第二夹具可以根据块体金属玻璃工件的不同成型需求做成各种大小形状，配合致动器完成拉伸、压缩、弯曲、扭转等成形技术以实现不同加工要求的块体金属玻璃工件的成型，温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种块体金属玻璃工件电致塑性加工成型方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备块体金属玻璃胚料，保证其横截面均匀；(2)将由(1)制得的块体金属玻璃胚料置于两夹具之间贴合夹紧并在其两端连接脉冲电流源；(3)设置脉冲电流参数：幅值电流密度为100‑5000A/mm2，脉冲宽度为10‑1000μs，脉冲频率为30‑5000Hz，启动脉冲电流源，脉冲电流从脉冲电流源正极出发依次流经第一电极夹和第一夹具后，均匀通过块体金属玻璃胚料横截面再流经第二夹具、第二电极夹回到脉冲电流源负极，以构成完整的通电回路；(4)以步骤(3)所述的方式使得块体金属玻璃胚料温度持续升温并且使得升温的上限始终处于所述玻璃金属胚料的玻璃转变温度以下，在此成型温度状态下经由控制器控制致动器运动，并依次通过与致动器相连的电极夹和夹具施加成型所需的机械力至金属玻璃胚料上；(5)金属玻璃胚料在机械力作用下成型后，关闭脉冲电流源，冷却至室温获得所需的体金属玻璃工件。
【技术特征摘要】
1.一种块体金属玻璃工件电致塑性加工成型方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)制备块体金属玻璃胚料，保证其横截面均匀； (2)将由(I)制得的块体金属玻璃胚料置于两夹具之间贴合夹紧并在其两端连接脉冲电流源； (3)设置脉冲电流参数:幅值电流密度为100-5000A/mm2，脉冲宽度为10-1000μ S，脉冲频率为30-5000ΗΖ，启动脉冲电流源，脉冲电流从脉冲电流源正极出发依次流经第一电极夹和第一夹具后，均匀通过块体金属玻璃胚料横截面再流经第二夹具、第二电极夹回到脉冲电流源负极，以构成完整的通电回路； (4)以步骤(3)所述的方式使得块体金属玻璃胚料温度持续升温并且使得升温的上限始终处于所述玻璃金属胚料的玻璃转变温度以下，在此成型温度状态下经由控制器控制致动器运动，并依次通过与致动器相连的电极夹和夹具施加成型所需的机械力至金属玻璃胚料上； (5)金属玻璃胚料在机械力作用下成型后，关闭脉冲电流源，冷却至室温获得所需的体金属玻璃工件。2.如权利要求1所述的块体金属玻璃电致塑性加工成型方法，其特征在于，所述步骤(4)中，成型温度状态优选为始终低于所述金属玻璃胚料的玻璃转变温度50度。3.如权利要求1或2所述的块体金属玻璃电致塑性加工成型方法，其特征在于，所述步骤(4)中，块体金属玻璃 胚料采用下列方法中的任意一种制备:水淬法、熔体浇铸法、熔体吸铸法、热等静压粉末烧结法或者电火花粉末烧结法制备。4.如权利要求1-3任意一项所述的块体金属玻璃电致塑性加工成型方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：谌祺，韩小涛，柳林，李亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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