一种非晶合金与晶态合金液-固连接方法技术

一种非晶合金与晶态合金的液‑固连接方法，涉及一种合金连接方法。本发明专利技术为了解决传统的合金连接方式存在制备条件要求苛刻和制备过程复杂的问题。方法：在非晶合金和晶态合金连接过程中，从非晶合金和晶态合金中选择熔点较低的合金制备成型芯，选择熔点较高的合金制备成合金熔液，将合金熔液浇筑到型芯的待连接面上，或在型芯的待连接面上铺设一层与熔点较低的合金材质相同的带孔合金箔片。本发明专利技术方法焊接对象尺寸和形状均可以灵活改变，不受限制，仅需要制备相应的合金熔体和固相型芯，浇筑后即实现连接，因此工艺简便，并且只需要保证合金熔体的温度，因此对制备条件没有过于苛刻的条件要求。本发明专利技术适用于非晶合金与晶态合金的连接。

A liquid-solid bonding method between amorphous and crystalline alloys

【技术实现步骤摘要】
一种非晶合金与晶态合金液-固连接方法
本专利技术涉及一种合金连接方法。
技术介绍
非晶合金是一种新型的金属材料，其具有迥异于传统的晶态合金的长程无序、短程有序的原子结构特征，也没有晶界、位错等晶体材料中材料常见的缺陷。这种缺乏原子排列周期对称性和各向异性的无序结构赋予非晶合金一系列独特的力学、物理及化学性能，如高强度、优异的耐磨性、软磁性能与耐蚀性能等，在工程应用中具有诸多的优势，自上个世纪中叶被发现以来，受到了各国学者的广泛关注。虽然非晶合金已在很多领域有着广泛的应用，由于其制备条件要求极其苛刻，比如需要很大的冷却速率(>103k/s)，尺寸瓶颈难以突破，仅仅能制备一定的形状，这些制备条件限制非晶合金在各领域的应用。因此研究者关注是否可以通过连接方法实现相同的块状非晶态、不同的块状非晶态合金与块状非晶态合金和金属合金的连接，同时制备出复杂形状的构件以拓展非晶合金的应用，目前，传统的合金连接方式包括固相连接如摩擦焊、搅拌摩擦焊和扩散焊，还包括液相连接如激光焊和电子束焊，以及钎焊连接，但以上连接方式均存在制备条件要求苛刻和制备过程复杂的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决传统的合金连接方式存在制备条件要求苛刻和制备过程复杂的问题，提出一种非晶合金与晶态合金液-固连接方法。本专利技术非晶合金与晶态合金液-固连接方法按照以下方法进行：在非晶合金和晶态合金连接过程中，从非晶合金和晶态合金中选择熔点较低的合金制备成型芯，选择熔点较高的合金制备成合金熔液，将合金熔液浇筑到型芯的待连接面上，冷却后，即完成。进一步地，所述非晶合金和晶态合金的熔点差值为120～140℃。熔点差值为120～140℃能够保证液相有足够的热量向固相输入，实现固相表面部位局部熔化以保证连接质量。进一步地，所述型芯和合金熔液的体积比为1：(23～25)。如果合金熔液的体积比过高会造成型芯的过度熔化，甚至出现全熔现象，破坏型芯；如果合金熔液的体积比过低会造成液-固两相无法有效连接。进一步地，所述合金熔液的制备方法为：将熔点较高的合金铸锭置于真空电弧炉中进行熔炼，得到合金溶液。进一步地，所述熔炼温度为熔点较高的合金铸锭的熔点以上100～1000℃。合金熔液制备时的选择熔点以上100～1000℃利于合金充分熔化，保证成分均匀，并且偏析程度很小。本专利技术另一种非晶合金与晶态合金液-固连接方法按照以下方法进行：一、在非晶合金和晶态合金中选择熔点较低的合金制备成型芯，选择熔点较高的合金制备成合金熔液，将合金熔液浇筑到型芯的待连接面上，冷却后得到初级焊件；二、以初级焊件为第二型芯，在非晶合金和晶态合金中选择熔点较高的合金制备成合金熔液、并浇筑至第二型芯中与合金熔液成分相同的合金待焊面上，冷却后得到最终焊件。本专利技术方法在非晶合金和晶态合金连接之后，继续进行合金熔液的浇筑，能够增大焊件尺寸，拓宽其应用范围。如果一次成型尺寸较大最终焊件，合金熔液浇筑时易造成其中一种合金过度熔融。或者易造成不充分熔融，继而连接不充分，因此一次成型无法得到较大尺寸的焊件。进一步地，步骤一所述非晶合金和晶态合金的熔点差值为120～140℃。熔点差值为120～140℃能够保证液相有足够的热量向固相输入，实现固相表面部位局部熔化以保证连接质量。进一步地，步骤一所述型芯和合金熔液的体积比为1：(23～25)，步骤二所述第二型芯和合金熔液的体积比为1：(23～25)。如果合金熔液的体积比过高会造成型芯的过度熔化，甚至出现全熔现象，破坏型芯；如果合金熔液的体积比过低会造成液-固两相无法有效连接。进一步地，步骤一和步骤二所述合金熔液的制备方法为：将熔点较高的合金铸锭置于真空电弧炉中进行熔炼，得到合金溶液。进一步地，所述熔炼温度为熔点较高的合金铸锭的熔点以上100～1000℃。合金熔液制备时的选择熔点以上100～1000℃利于合金充分熔化，保证成分均匀，并且偏析程度很小。本专利技术另一种非晶合金与晶态合金液-固连接方法按照以下方法进行：在非晶合金和晶态合金连接过程中，从非晶合金和晶态合金中选择熔点较低的合金制备成型芯，选择熔点较高的合金制备成合金熔液，在型芯的待连接面上铺设一层与熔点较低的合金材质相同的带孔合金箔片，将合金熔液浇筑到带孔合金箔片上，冷却后，即完成。由于在型芯的待连接面上带孔合金箔片的存在，被合金箔片阻挡的部分合金熔液首先熔化合金箔片，然后熔化型芯；穿过合金箔片的合金熔液直接熔化型芯；由于带孔合金箔片的存在使不同的位置的型芯待焊面与合金溶液接触时间不同，因此合金熔液在型芯待焊面形成不同的熔化深度，即在接头处形成镶嵌结构，提高了连接后接头平行于待焊面的力学性能。进一步地，所述非晶合金和晶态合金的熔点差值为120～140℃。熔点差值为120～140℃能够保证液相有足够的热量向固相输入，实现固相表面部位局部熔化以保证连接质量。进一步地，所述型芯和合金熔液的体积比为1：(23～25)。如果合金熔液的体积比过高会造成型芯的过度熔化，甚至出现全熔现象，破坏型芯；如果合金熔液的体积比过低会造成液-固两相无法有效连接。进一步地，所述合金熔液的制备方法为：将熔点较高的合金铸锭置于真空电弧炉中进行熔炼，得到合金溶液。进一步地，所述熔炼温度为熔点较高的合金铸锭的熔点以上100～1000℃。合金熔液制备时的选择熔点以上100～1000℃利于合金充分熔化，保证成分均匀，并且偏析程度很小。本专利技术液-固连接方法原理为：本专利技术方法利用较高温度的合金熔体做为液相，液相一侧向固相一侧热量传递，并会使固相合金表面发生熔化，同时固相和液相热量传递过程中发生原子扩散，在一定时间内，合金熔体和固相合金在接触面上元素发生相互扩散实现二者原子尺度的冶金结合，最终实现了非晶合金和铝合金的连接。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提出了一种非晶合金和铝合金液-固连接方法，可以将非晶合金与金属合金连接，从而扩大非晶合金的应用范围，为进一步实现块体非晶合金的工业化应用提供实验基础和理论依据。本专利技术方法焊接对象尺寸和形状均可以灵活改变，不受限制。2、本专利技术仅需要制备相应的合金熔体和固相型芯，浇筑后即实现连接，因此工艺简便，并且只需要保证合金熔体的温度，因此对制备条件没有过于苛刻的条件要求。附图说明图1为实施例1连接方法示意图；图2为实施例1中Zr50.7Cu28Ni9Al12.3和6082Al合金连接后得到的连接件的宏观形貌图；图3为实施例1中Zr50.7Cu28Ni9Al12.3和6082Al合金连接后得到的连接件的横截面宏观形貌图，a为固化后的Zr50.7Cu28Ni9Al12.3，b为6082Al合金；图4为实施例1中Zr50.7Cu28Ni9Al12.3和6082Al合金连接后得到的样品的XRD图谱；图5为实施例1中Zr50.7Cu28Ni9Al12.3和6082Al合金连接后得到的连接件接头处SEM照片；图6为实施例1中Zr50.7Cu28Ni9Al12.3和6082Al合金连接后得到的连接件接头处线扫描图像；图7为实施例3连接方法示意图；图8实施例3得到的接头处形成的镶嵌结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加的清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶合金与晶态合金液‑固连接方法，其特征在于：该方法按照以下方法进行：在非晶合金和晶态合金连接过程中，从非晶合金和晶态合金中选择熔点较低的合金制备成型芯，选择熔点较高的合金制备成合金熔液，将合金熔液浇筑到型芯的待连接面上，冷却后，即完成。

【技术特征摘要】
1.一种非晶合金与晶态合金液-固连接方法，其特征在于：该方法按照以下方法进行：在非晶合金和晶态合金连接过程中，从非晶合金和晶态合金中选择熔点较低的合金制备成型芯，选择熔点较高的合金制备成合金熔液，将合金熔液浇筑到型芯的待连接面上，冷却后，即完成。2.根据权利要求1所述的非晶合金与晶态合金液-固连接方法，其特征在于：所述非晶合金和晶态合金的熔点差值为120～140℃。3.根据权利要求1或2所述的非晶合金与晶态合金液-固连接方法，其特征在于：所述型芯和合金熔液的体积比为1：(23～25)。4.根据权利要求3所述的非晶合金与晶态合金液-固连接方法，其特征在于：所述合金熔液的制备方法为：将熔点较高的合金铸锭置于真空电弧炉中进行熔炼，得到合金溶液。5.根据权利要求4所述的非晶合金与晶态合金液-固连接方法，其特征在于：所述熔炼温度为熔点较高的合金铸锭的熔点以上100～1000℃。6.一种非晶合金与晶态合金液-固连接方法，其特征在于：该方法按照以下方法进行：一、在非晶合金和晶态合金中选择熔点较低的合金制备成型芯，选择熔点较高的合金制备成合金熔液，将合金熔液浇筑到型芯的待连接面上，冷却后得到初级焊件；二、以初级焊件为第二型芯，在非晶合金和晶态合金中选择熔点较高的合金制备成合金熔液、并浇筑至第二型芯中与合金熔液成分相同的合金待焊面上，冷却后得到最终焊件。7.根据权利要求6所述的非晶合金与晶态合金液-固连接方法，其特征在于：步骤一所述非晶合金和晶态合金的熔点差值为120～140℃。8.根据权利要求6或7所述的非晶合...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永江，张继恒，郭帅，杨凯茗，宁志良，曹福洋，孙剑飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23