一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法技术

本发明专利技术公开了一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法及装置，该方法包括：非晶合金样件在感应电流的作用下升温至过冷液态区，同时在洛伦兹力的驱动下变形至模具冷却成形；感应电流和洛伦兹力均由成形线圈放电产生，感应电流由设置在成形线圈周围的导体在成形线圈放电过程中感应产生，洛伦兹力由放电过程中成形线圈产生的磁场与非晶合金样件流过的感应电流共同作用产生，导体与非晶合金样件构成感应回路，以使感应电流流过所述非晶合金样件。非晶合金样件的升温、成形、冷却过程在数毫秒脉冲放电时间内一次完成，具有升温、成形、冷却一体化的优点。

Amorphous alloy forming method and device based on Lorenz force

The invention discloses a method and a device for amorphous alloy based on Lorenz stress forming, the method comprises: amorphous alloy samples in induced current heating to the supercooled liquid region, while driving in Lorenz force deformation to mold cooling forming; induction current and Lorenz force generated by forming coil discharge. The induced current is arranged in a conductor forming coil around forming coil in the discharge process of induction, common Lorenz forming force of the magnetic field produced by the coil and the amorphous alloy samples by flow during the process of discharge induced current, conductor and amorphous alloy samples composed of inductive loop, so that the induced current flowing through the amorphous alloy. The heating, forming and cooling process of the amorphous alloy sample are completed once in a few millisecond pulse discharge time. It has the advantages of integration of temperature rising, forming and cooling.

【技术实现步骤摘要】
一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法及装置
本专利技术属于非晶合金材料成形制造领域，更具体地，涉及一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法及装置。
技术介绍
块体非晶合金(又称金属玻璃)是上世纪80年代末和90年代初发展起来的一种新型金属材料，兼具金属和玻璃双重性质，被认为是孕育着继钢铁、塑料之后第三次材料工业革命的新型工程材料。然而其室温脆性导致其通过传统的成形加工困难，从而制约了其广泛的应用。目前，非晶合金材料的成形主要采用铜模压铸和热塑性成形两种方法。一种是铜模铸造成形法，即将非晶合金熔体注入已加工好形状的铜模内，实现非晶零件的直接成形。但由于非晶熔体的流动性差，需要的冷却速率快，所以对非晶合金的玻璃成形能力要求高，同时成形件中容易产生空洞等缺陷。非晶合金成形的另一种方法是热塑性成形法，它是利用非晶合金在过冷液态区(玻璃化温度至晶化温度之间的温区)呈现出的粘滞流变特性，实现超塑性变形。由于非晶合金是一种亚稳态材料容易晶化，传统的利用加热炉加热方式升温速率慢，专利(CN201510870920)提出先通过电容器放电产生的脉冲电流流过非晶合金实现快速加热，当其升至预设成形温度(处于过冷液态区)后，再通过线圈放电产生磁场对非晶合金进行电磁成形。非晶合金的加热和成形分别进行，因此需要严格匹配非晶合金样件加热和电磁成形之间的时序，时序匹配不及时会造成非晶合金温升偏低，没有进入过冷液态区难以成形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非晶合金的洛伦兹力成形方法及装置，旨在解决现有技术中由于对非晶合金样件的加热和成形需要分开完成，对加热温度的调控以及成形时间的精确控制要求很高，容易导致非晶合金样件晶化或者氧化，甚至无法成形的技术问题。为实现上述目的，第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于洛伦兹力的非晶合金成形装置，该成形装置包括：电容器、开关、充电模块、成形线圈、外导电通道，非晶合金样件以及模具，所述充电模块与所述电容器构成充电回路，所述电容器、开关以及成形线圈构成放电回路，所述外导电通道与非晶合金样件构成感应回路，所述成形线圈设置在所述感应回路的内部；所述充电模块对所述电容器充电，然后闭合所述开关，充电后的电容器对所述成形线圈放电，所述外导电通道产生相应的感应电流，所述非晶合金样件在所述感应电流的作用下升温至过冷液态区，同时在所述充电后的电容器对所述成形线圈进行放电产生磁场，磁场与非晶合金样件中流过的感应电流的共同作用下产生洛伦兹力，使得升温至过冷液态区的非晶合金样件在所述洛伦兹力的驱动下变形至所述模具冷却成形。本专利技术通过选取一定参数的高压电容器，同时，选取电导率较大的材料做外导电通道的导体材料，使得高压电容器通过成形线圈放电过程中，可以使外导电通道感应产生一个较大的感应电流，同时外导电通道使得非晶合金样件中的感应电流分布均匀，可以完成对非晶合金样件的快速加热。另外，当非晶合金样件被快速加热至过冷液态区后，此时，高压电容器在成形线圈放电所产生的洛伦兹力还足够将加热至过冷液态区的非晶合金样件快速驱动，变形至模具快速冷却成形。具体地，通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于电容器一次放电完成对非晶合金样件加热和成形两个步骤，实现加热、成形一体化，操作简单。整个过程在数毫秒级内完成，进一步节约了成形时间，不但有效避免了非晶合金在成形过程中可能发生的氧化与晶化，而且大幅提高了成形效率，降低了生产成本。需要说明的是，虽然电容器在成形线圈上放电时，非晶合金样件上会感应出一部分电流，但是，由于非晶合金样件的电导率较低，故这部分的感应电流相对较小，若仅通过这部分感应电流对非晶合金样件进行加热，则不足于将非晶合金样件加热至过冷液态区。本专利技术实施例中，流过非晶合金样件的感应电流包括非晶合金样件本身产生的感应电流和外导电通道产生的感应电流两部分，其中，外导电通道的感应电流占主要部分，感应电流足够将非晶合金样件加热至过冷液态区。因此，本专利技术实施例提供的方案可以利用高电导率外导电通道的大感应电流对非晶合金样件加热，同时使得加热和成形可以一体化进行。在一个可选的实施例中，所述外导电通道的导电材料的电导率为(1～100)×106S/m，所述导电材料为铜或铝。具体地，由于设置在成形线圈的高电导率导体构成的外导电通道的电导率很高，则使得电容器在成形线圈放电时，其周围的外导电通道产生的感应电流较大。又由于外导电通道与非晶合金样件形成感应回路，较大的感应电流作用于非晶合金样件使得非晶合金样件快速加热至过冷液态区。在一个可选的实施例中，该成形装置还包括：绝缘层，所述绝缘层位于所述模具和所述非晶合金样件之间，所述绝缘层用于促使所述感应电流流过所述非晶合金样件。具体地，通过绝缘层，可以使得感应电流几乎全部流过非晶合金样件，更快地对非晶合金样件完成加热。在一个可选的实施例中，所述成形线圈根据所述非晶合金样件的成形形状设计，所述成形线圈为圆形线圈或跑道形线圈。其中，圆形线圈对应较大的成形力，跑道形线圈对应的成形力更加均匀、同时使得所述感应电流对所述非晶合金样件的加热也更加均匀。可根据实际需要，确定成形线圈的形状。此外，也可根据本专利技术的实际需要，设计其他形状的成形线圈。具体地，可通过选取合适的成形线圈，可以使得感应电流以及成形力更加合适，以完成对非晶合金样件的快速加热和快速成形。在一个可选的实施例中，所述模具的形状为凹模或波浪型，所述模具的成形区的尺寸为压印刻纹或贴膜成形。本专利技术实施例提供的成形装置可以适用于不同非晶合金材料、不同模具等需求领域，具有较好的应用前景。应当理解，利用本专利技术实施例提供的思路，如通过电容在成形线圈放电，放电过程中对应的感应电流和洛伦兹力分别完成对非晶合金样件的加热和成形两个步骤，简化操作，无需分两个电路分别前后完成加热和成形步骤，做出改进的方案，均应属于本专利技术实施例的保护范围。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法，该成形方法包括：非晶合金样件在感应电流的作用下升温至过冷液态区，同时在洛伦兹力的驱动下变形至模具冷却成形；所述感应电流和所述洛伦兹力均由成形线圈放电产生，所述感应电流由设置在所述成形线圈周围的导体在所述成形线圈放电过程中感应产生，所述导体与所述非晶合金样件构成感应回路，以使所述感应电流流过所述非晶合金样件，所述的洛伦兹力由放电过程中成形线圈产生的磁场与非晶合金样件流过的感应电流共同作用产生。在一个可选的实施例中，所述导体的电导率为(1～100)×106S/m，所述导体为铜或铝。具体地，通过电容器对成形线圈放电，以及在成形线圈周围设置一个电导率相对较高的导体，可以即完成对非晶合金样件加热和成形两个步骤，实现加热、成形一体化，操作简单。简化加热和成形两个步骤的控制，有效避免了非晶合金样件加热时间过程可能导致氧化或者晶化，提高了非晶合金样件的成形成功率。第三方面，本专利技术实施例提供了一种基于上述第一方面提供的基于洛伦兹力的非晶合金成形方法，该方法包括对所述电容器充电，然后使充电后的电容器对所述成形线圈进行放电，使得所述外导电通道感应产生相应的感应电流，所述非晶合金样件在所述感应电流的作用下升温至过冷液态区，同时所述充电后的电容器对所述成形线圈进行放电时产生洛伦兹力，使得升温至过冷液态区的非晶合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于洛伦兹力的非晶合金成形装置，其特征在于，所述成形装置包括：电容器(7)、开关(6)、充电模块(8)、成形线圈(1)、外导电通道(2)，非晶合金样件(3)以及模具(5)，所述充电模块(8)与所述电容器(7)构成充电回路，所述电容器(7)、开关(6)以及成形线圈(1)构成放电回路，所述外导电通道(2)与非晶合金样件(3)构成感应回路，所述成形线圈(1)设置在所述感应回路的内部；所述充电模块(8)对所述电容器(7)充电，然后闭合所述开关(6)，充电后的电容器(7)对所述成形线圈(1)放电，所述外导电通道(2)产生相应的感应电流，所述非晶合金样件(3)在所述感应电流的作用下升温至过冷液态区，同时在所述充电后的电容器(7)对所述成形线圈(1)进行放电过程中成形线圈(1)产生磁场，所述磁场与所述非晶合金样件(3)中流过的感应电流的共同作用下产生洛伦兹力，使得升温至过冷液态区的非晶合金样件(3)在所述洛伦兹力的驱动下变形至所述模具(5)冷却成形。

【技术特征摘要】
1.一种基于洛伦兹力的非晶合金成形装置，其特征在于，所述成形装置包括：电容器(7)、开关(6)、充电模块(8)、成形线圈(1)、外导电通道(2)，非晶合金样件(3)以及模具(5)，所述充电模块(8)与所述电容器(7)构成充电回路，所述电容器(7)、开关(6)以及成形线圈(1)构成放电回路，所述外导电通道(2)与非晶合金样件(3)构成感应回路，所述成形线圈(1)设置在所述感应回路的内部；所述充电模块(8)对所述电容器(7)充电，然后闭合所述开关(6)，充电后的电容器(7)对所述成形线圈(1)放电，所述外导电通道(2)产生相应的感应电流，所述非晶合金样件(3)在所述感应电流的作用下升温至过冷液态区，同时在所述充电后的电容器(7)对所述成形线圈(1)进行放电过程中成形线圈(1)产生磁场，所述磁场与所述非晶合金样件(3)中流过的感应电流的共同作用下产生洛伦兹力，使得升温至过冷液态区的非晶合金样件(3)在所述洛伦兹力的驱动下变形至所述模具(5)冷却成形。2.根据权利要求1所述的成形装置，其特征在于，所述外导电通道(2)的导电材料的电导率为(1～100)×106S/m，所述导电材料为铜或铝。3.根据权利要求1或2所述的成形装置，其特征在于，所述成形装置还包括：绝缘层，所述绝缘层位于所述模具(5)和所述非晶合金样件(3)之间，所述绝缘层用于促使所述感应电流流过所述非晶合金样件(3)。4.根据权利要求1或2所述的成形装置，其特征在于，所述成形线圈(1)根据所述非晶合金样件(3)的成形形状确定，所述成形线圈(1)为圆形线圈或跑道形线圈。5.一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩小涛，吴泽霖，谌褀，曹全梁，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