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真空扩散焊金属玻璃
发布时间:2023-02-06

金属玻璃也称为非晶材料。它是一种液态熔融金属,快速冷却,不通过结晶形成。它的原子排列类似于液体物质,因此不产生金属晶界,其性质也不像玻璃。酥脆,具有高强度,高硬度,高弹性,高耐腐蚀性和高软磁性能,目前研发应用包括高尔夫球杆,手机外壳,手术刀,穿甲,精密齿轮和光学器件。连接器等是新兴材料最重要的研究领域之一。

由于金属玻璃温度升高或液体冷却的过程,通常会产生晶体并使结构结晶,特别是当温度保持在金属玻璃的转变温度附近时,晶体结构加速。结晶现象更为严重,进而导致金属玻璃材料的优良性能丧失。因此,在保持原始母材的非晶区域而不在金属玻璃焊件的接缝区域出现晶体的前提下,焊接或连接金属玻璃是一项非常艰巨的任务。

在当今块状金属玻璃(块指厚度或直径大于1毫米)的基础上开发一种新的合金体系,该玻璃具有足够的玻璃成型能力(GFA)和稳定而宽的过冷液区。因此在相对缓慢的冷却速率下,温度范围仍能保留非晶结构特性,这无形中增加了块状金属玻璃接合或成型的可能性。

目前,块状金属玻璃的焊接技术一般采用高能量密度的选择,如激光焊接和能量束焊接,但这种方法的缺点是这种必要的精密设备昂贵,如果合金体系的玻璃形成能力(GFA)不稳定,仍然会发生结晶相。

如果两个连接端界面被局部加热和熔化,则对两个连接基体的外端施加强压应力以连接它们,例如摩擦焊接或两端的瞬时大电流放电。主要关键点是,当形成接头界面的局部软化区时,结晶端区结晶的部分被大的压应力推出,流向接头端外侧形成凸毛刺,然后用车床去除外凸毛刺。为了保持整个焊件的完整性。但是,目前,能够以这种方式成功连接的金属玻璃材料必须具有较高的玻璃成型能力和稳定的过冷液体特性,并且还必须承受相当大的应力,因此,除了特定的钯基(Pd-)或锆基(Zr-)金属玻璃材料外,还不适用于脆性或易结晶的块状金属玻璃材料, 并受柱状形状的限制。

块状金属玻璃的接合是工程中不可缺少的一部分,但由于加工不当,很容易在接合区引起结晶,衍生物接缝断裂。因此,业界正热切期待学术界对实际工业应用的持续研究。

本文的目的是提供一种散装金属玻璃的扩散,该玻璃在加入本体金属玻璃后保持像基板(贱金属)一样的非晶结构,并且具有与基材相同的机械性能。加入方法。

本文的块状金属玻璃的扩散粘结方法是制备两块铜锆基块状金属玻璃,每块玻璃结构形成能力参数γm不小于0.68,或玻璃结构形成能力参数γm不小于0.74的铜锆铜。块状金属玻璃要与块状金属玻璃连接,并且每个金属金属玻璃具有具有预定界面粗糙曲率的接合面;然后确认待接合的两块状金属玻璃具有共同的过冷液区温度范围;最后,在两个要连接的接合金属玻璃在气体气氛中相互相邻后,施加12 MPa至15 MPa的固定外部压应力并保持在公共过冷液体区的温度范围内在公共过冷液体区加热预定时间, 并保持两块待连接金属玻璃的应变率不大于10-5/秒。

本实用新型的优点是,待接合的块状金属玻璃的普通过冷液体区域需要确认,即相同材料或不同材料的块状金属玻璃接头可以相对于摩擦焊接方法的接合应力较低,设备成本低。并且连接焊件接头仍能保持与母材(母材)相同的非晶结构和机械性能,直接生产出机械性能均匀的焊件,无需在接头或热处理后进行后续车削,简化了工艺成本节约效果,增加了块状金属玻璃用于组装(或包装)焊点必不可少的元件或组件的工业使用价值。

本文的上述和其它技术内容、特征和优点将从以下优选实施例的详细描述中显而易见。

任何类型的金属玻璃材料都有其过冷液体区温度范围,并且当将两块待连接的块状金属玻璃放置在一个共同较小的共冷液区(Tx-Tg)中时,保持温度适当的时间,同时施加固定的外部压应力(以便将要连接的两块金属玻璃相互相对放置且不小于金属玻璃的应变率不是通过压力增加来维持的)压力),当接合面界面粗糙度产生的表面自由能差是驱动力时,待接合的块状金属玻璃的表面原子是过冷液体(牛顿流)行为扩散的牛顿流体, 逐渐减小表面积,减小界面粗糙曲率,形成完整的接合面。当温度保持适当的时间并且未达到要连接的金属玻璃的结构松弛时间(即在特定温度下开始结晶所需的时间)时,金属玻璃的粘度降低,这有助于粘合。两块金属玻璃相互连接。在接缝处粘合成品晶体结构不仅可以保持非晶结构,而且不会发生接缝,从而使接缝区域的力学性能与基材相同,从而获得材料在结构应用中预期的均匀机械性能焊件。

参照图1,本文的块状金属玻璃扩散粘接方法的一个优选实施例是在连接过程中保持接合区域为非晶结构的两块待连接金属玻璃。在相互连接时,成品焊件接合区域的机械性能与要连接的原始金属玻璃基板(母材)的机械性能相同。

首先,进行步骤11制备两块待接接的块状金属玻璃,它们分别是铜锆基块状金属玻璃,其玻璃结构形成能力参数γm不小于0.68,或玻璃结构形成能力参数γm不小于0.74。锆铜基块状金属玻璃,并加工要粘结的两种金属玻璃的接合面,使其具有Ra和1μm之间的粗糙界面曲率;这里,铜锆基块状金属玻璃合金的成分为Cu3Zr60Ti30,锆铜块状金属玻璃的成分为Zr10.52Cu5.17Ni9.14Al6Ti10。

接下来,执行步骤12以确认待连接的两块金属玻璃具有共同的过冷液区温度范围。

最后,在步骤13中,在真空度不超过10-5托(或惰性气体气氛)的环境中,将要连接的两块接合状金属玻璃相互相邻,同时固定12MPa至15MPa的外部压应力,并将温度保持在公共过冷液体区域的温度范围内适当的时间(实际时间取决于块状金属玻璃的接合面尺寸)、组成等,请参考详细描述的详细实验),并保持待接合的两块金属玻璃的应变率不超过10-5/秒,让待接合的两块金属玻璃相互接合, 连接焊材在接合面及其相邻区域仍处于非晶原子结构状态。

本文的上述优选实施例中,在实验实例中,选取Cu60Zr30Ti10Zr52.5和Cu17.9Ni14.6Al10Ti5进行接头扩散焊(即Cu60Zr30Ti10Zr52.5和Cu60Zr30Ti10Zr52.5,或Cu17.9Ni14.6Al10Ti5和Cu17.9Ni14.6Al10Ti5相键合)和/或异种材料键合(Cu60Zr30Ti10Zr52.5键合到Cu17.9Ni14.6Al10Ti5)是通过保持外部压应力在约12 MPa并保持温度在710 K1小时来完成的。

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