非晶合金-铜层状复合材料的制备方法及制备模具技术

一种非晶合金-铜层状复合材料的制备方法及制备模具。所述的非晶合金为用Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5制成的非晶合金棒材，铜为紫铜管和黄铜管。所述棒材的外径与所述铜管的内径相同。本发明专利技术在室温真空环境下，利用非晶合金与铜的摩擦作用去除两者表面的氧化膜，然后在真空中升温至非晶合金过冷液相区温度范围内保温一段时间，使两者发生原子扩散，从而制备出非晶合金-铜层状复合材料，形成的非晶合金-铜层状材料的非晶合金和铜具有紧密的连接界面，界面平直且没有孔洞等扩散连接缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术 属于复合材料制备
，特别是提供了一种非晶合金-铜层状复合材料的制备方法及其专用模具。
技术介绍
非晶合金由于其特殊的长程无序、短程有序的原子结构，表现出比传统晶态合金更加优异的性能，比如高强度、高硬度、高耐蚀性、优异的磁学性能和一定温度范围内的超塑性等，在航空航天器件、精密机械和信息等领域显示出巨大的应用价值。但由于非晶合金室温塑性差，临界尺寸小，使得非晶合金的广泛应用受到较大限制。利用扩散连接方法将非晶合金与金属复合在一起，一方面可以充分发挥两者的互补优势，另一方面妥善解决非晶合金尺寸限制问题。扩散连接方法是一种精密连接方法，其连接温度低，排除了由于母材熔化、焊缝结晶可能带来的种种冶金缺陷对接头性能的影响；连接件不发生宏观塑性变形，尺 寸精度高；扩散连接过程可与材料的热处理和超塑性成型过程同时进行，提高了生产效率。法国学者研究了非晶合金的扩散连接，通过挤压技术实现了 Zr基非晶和Al的成型，该技术能够制备非晶-金属层状材料，但其界面明显存在孔洞等缺陷且仅适用于低熔点如纯Al等材料。目前国内外研究中非晶合金与金属扩散连接多采用共挤或共压的方式实现，这两种方法共同的缺点是试样变形量较大，连接界面氧化膜去除不充分，另外，采用共挤方法制备的棒材，芯部材料沿纵向分布不均匀。美国专利,专利技术者提出了一种通过先加热,后挤压制备层状非晶-金属层状材料的方法，该方法能够制备具有较好结合界面的非晶-金属层状材料，但由于其方法的限制，很难制备形状复杂的样品·美国专利，专利技术者提供了一种制备非晶-金属层状材料的方法，通过在金属上直接沉积非晶合金制备层状材料，该方法的优势是能够沉积大体积样品，但其复合界面明显存在缺陷。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的或者试样变形量较大，连接界面氧化膜去除不充分，复合界面明显存在缺陷，或者芯部材料沿纵向分布不均匀的不足，本专利技术提出了一种非晶合金-铜层状复合材料的制备方法及制备模具。本专利技术所述的非晶合金为用Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni1QBe22.5制成的非晶合金棒材，所述的铜为紫铜管和黄铜管。所述棒材的外径与所述铜管的内径相同。其具体过程为步骤1，表面处理将非晶合金棒表面打磨，将铜管内壁打磨并去除铜管表面的氧化膜。将铜管放置在模具型腔内，将非晶合金棒置于铜管的端口处，使非晶合金棒和铜管的中心线均与模芯的中心线重合。步骤2，真空预压入将装有非晶合金棒和铜管的模具置于真空扩散焊机中。对真空扩散焊机抽真空至8. O X 10_3Pa，在室温下通过压块和上压头将非晶合金棒压入铜管内并保压。非晶合金棒压入铜管的速度为O. I I. Omm/So非晶合金棒与铜管之间干涉配合。在将非晶合金棒压入铜管的过程中，非晶合金棒与铜管之间的摩擦阻力去除铜管表面氧化膜，得到干涉配合的非晶合金棒和铜管。步骤3，真空扩散连接对得到的干涉配合的非晶合金棒和铜管实施扩散连接。真空扩散连接中保持上压头的压力。以10 30°C /min的升温速率将真空扩散焊机升温至380°C 400°C并保温20 40min。得到由非晶合金棒和铜管组成的扩散连接件。步骤4，冷却将得到由非晶合金棒和铜管组成的扩散连接件随炉冷却至室温。冷却中上压头保持压力。获得非晶合金-紫铜的层状复合材料。本专利技术还提出了一种制备非晶合金-铜层状复合材料的模具，所述的模具包括压块、上压头、模芯、整体外模套和底座。并且模芯嵌装在位于底座上表面中心的凹槽内，整体外模套套装在模芯的外圆表面上。上压头装入整体外模套上端的内孔中，并使位于该上压头下表面中心处的压杆装入模芯内孔的上端。压块置于上压头上表面。整体外模套、模芯、上压头三者的中心线均与底座中心孔的中心线同轴。所述模芯是由两个对称的半圆模芯组合而成。所述模芯一端的外圆周为等径段，该等径段的外径与底座上表面中心凹槽的直径相同，该等径段的长度与底座上表面中心凹槽的深度相同。所述模芯的等径段与该模芯另一端之间的外圆表面为锥形。所述模芯外圆表面的锥度为10°。该模芯的内孔为阶梯孔。该模芯内孔中大直径孔的孔径与铜管的外径相同，并且当铜管装入模芯内孔后，两者之间间隙配合。该模芯内孔中小直径孔的孔径与非晶合金棒的外径相同，并且当非晶合金棒装入模芯内孔后，两者之间间隙配合。整体外模套与模芯的外圆表面配合的内孔为锥形孔，并且所述整体外模套的锥形内孔的锥度与模芯外圆表面的锥度相同；所述整体外模套与上压头配合端的孔径略大于上压头的最大外径。底座上表面中心有凹槽，该凹槽的的中心有沿底座轴向分布的通孔。该通孔的孔径小于铜管的内径。本专利技术的目的在于提供一种非晶合金-铜层状复合材料的扩散连接制备方法及其专用模具，解决连接界面氧化膜去除不充分、连接件沿纵向分布不均匀等问题。本专利技术在室温真空环境下，利用非晶合金与铜的摩擦作用去除两者表面的氧化膜，然后在真空中升温至非晶合金过冷液相区温度范围内保温一段时间，使两者发生原子扩散，从而制备出非晶合金-铜层状复合材料。本专利技术中提出的模具中的模芯根据实际更换不同孔径尺寸的模芯；模具底座底部开有小孔，以方便金属管内气体的排出。在真空环境下，由上压头将非晶合金棒压入金属管中，然后升温至指定温度保温一段时间，实现两者之间的扩散连接。试验结束后，将分半内模芯展开，即可取出连接件，取模方便。由于采取的上述技术方案，使本专利技术具有以下优点I)试验采用真空气氛，有利于连接件表面氧化膜的去除，避免了外界气氛对扩散连接接头性能的影响；2)试验在真空扩散连接设备上进行，该设备具有较宽的均温区范围，且可实现精确的位移控制，确保了试验的精确度；3)试验采用真空预压入方式，通过连接件表面的摩擦作用有效去除表面的氧化膜，造成连接件新鲜表面的紧密接触，促进扩散连接过程的进行；4)试验模具模芯尺寸可调，适用于多种尺寸的非晶合金棒材与金属管材的扩散连接。5)在扩散连接过程中，非晶合金的热膨胀系数小于纯铜的热膨胀系数，使纯铜的膨胀量大于非晶合金的膨胀量，纯铜外部受到模具约束，向内膨胀形成扩散连接所需径向压力，有利于形成界面结合良好，扩散均匀的复合材料，结合附图6可以看到采用本专利技术方法，形成的非晶合金-铜层状材料的非晶合金和铜具有紧密的连接界面，界面平直且没有孔洞等扩散连接缺陷。 附图说明图I是本专利技术提供的非晶合金-金属层状复合材料专用模具示意图；图2是上压头2的示意图；图3是底座7的结构示意图；图4是外模套3的意图，其中图4a是主视图，图4b是俯视图；图5是模芯4的不意图，其中图5a是主视图，图5b是俯视图；图6是实施例中Zr41.25Ti13.75CUl2.5Ni1(lBe22.5非晶合金和铜扩散连接后界面的放大图；图7是本专利技术流程图。附图中I.压块2.上压头3.整体外模套4.模芯5.非晶合金棒6.铜管7.底座具体实施例方式实施例一本实施例是一种非晶合金-铜的层状复合材料的制备方法，所述的非晶合金为用Zr4i. Ji13.75Cu12.5Ni1(lBe22.5制成的直径为C>5mm的棒材；所述的铜采用C>6mmXlmm的T2紫铜管。本实施例的具体过程为步骤1，表面处理将非晶合金棒通过车床车至Φ4. 2_，非晶合金棒外表面和T2紫铜管内壁依次经过240#、400#、800#、1000#、1500#本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非晶合金？铜层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述的非晶合金为用Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5制成的非晶合金棒材，所述的铜为铜管；所述棒材的外径与所述铜管的内径相同；其具体过程为：步骤1，表面处理：将非晶合金棒表面打磨，将铜管内壁打磨并去除铜管表面的氧化膜；将铜管放置在模具型腔内，将非晶合金棒置于铜管的端口处，使非晶合金棒和铜管的中心线均与模芯的中心线重合；步骤2，真空预压入：将装有非晶合金棒和铜管的模具置于真空扩散焊机中；对真空扩散焊机抽真空至8.0×10？3Pa，在室温下通过压块和上压头将非晶合金棒压入铜管内并保压；非晶合金棒压入铜管的速度为0.1～1.0mm/s；非晶合金棒与铜管之间干涉配合；得到干涉配合的非晶合金棒和铜管；步骤3，真空扩散连接：对得到的干涉配合的非晶合金棒和铜管实施扩散连接；真空扩散连接中保持上压头的压力；以10～30℃/min的升温速率将真空扩散焊机升温至380℃～400℃并保温20～40min；得到由非晶合金棒和铜管组成的扩散连接件；步骤4，冷却：将得到由非晶合金棒和铜管组成的扩散连接件随炉冷却至室温；冷却中上压头保持压力；获得非晶合金？紫铜的层状复合材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李金山，寇宏超，王军，胡锐，常辉，薛祥义，钟宏，张铁邦，唐斌，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：