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      真空擴散焊金屬玻璃
      Release date:2023-02-06

      金屬玻璃也稱(chēng)為非晶材料。它是一種液態(tài)熔融金屬,快速冷卻,不通過(guò)結晶形成。它的原子排列類(lèi)似于液體物質(zhì),因此不產(chǎn)生金屬晶界,其性質(zhì)也不像玻璃。酥脆,具有高強度,高硬度,高彈性,高耐腐蝕性和高軟磁性能,目前研發(fā)應用包括高爾夫球桿,手機外殼,手術(shù)刀,穿甲,精密齒輪和光學(xué)器件。連接器等是新興材料最重要的研究領(lǐng)域之一。

      由于金屬玻璃溫度升高或液體冷卻的過(guò)程,通常會(huì )產(chǎn)生晶體并使結構結晶,特別是當溫度保持在金屬玻璃的轉變溫度附近時(shí),晶體結構加速。結晶現象更為嚴重,進(jìn)而導致金屬玻璃材料的優(yōu)良性能喪失。因此,在保持原始母材的非晶區域而不在金屬玻璃焊件的接縫區域出現晶體的前提下,焊接或連接金屬玻璃是一項非常艱巨的任務(wù)。

      在當今塊狀金屬玻璃(塊指厚度或直徑大于1毫米)的基礎上開(kāi)發(fā)一種新的合金體系,該玻璃具有足夠的玻璃成型能力(GFA)和穩定而寬的過(guò)冷液區。因此在相對緩慢的冷卻速率下,溫度范圍仍能保留非晶結構特性,這無(wú)形中增加了塊狀金屬玻璃接合或成型的可能性。

      目前,塊狀金屬玻璃的焊接技術(shù)一般采用高能量密度的選擇,如激光焊接和能量束焊接,但這種方法的缺點(diǎn)是這種必要的精密設備昂貴,如果合金體系的玻璃形成能力(GFA)不穩定,仍然會(huì )發(fā)生結晶相。

      如果兩個(gè)連接端界面被局部加熱和熔化,則對兩個(gè)連接基體的外端施加強壓應力以連接它們,例如摩擦焊接或兩端的瞬時(shí)大電流放電。主要關(guān)鍵點(diǎn)是,當形成接頭界面的局部軟化區時(shí),結晶端區結晶的部分被大的壓應力推出,流向接頭端外側形成凸毛刺,然后用車(chē)床去除外凸毛刺。為了保持整個(gè)焊件的完整性。但是,目前,能夠以這種方式成功連接的金屬玻璃材料必須具有較高的玻璃成型能力和穩定的過(guò)冷液體特性,并且還必須承受相當大的應力,因此,除了特定的鈀基(Pd-)或鋯基(Zr-)金屬玻璃材料外,還不適用于脆性或易結晶的塊狀金屬玻璃材料, 并受柱狀形狀的限制。

      塊狀金屬玻璃的接合是工程中不可缺少的一部分,但由于加工不當,很容易在接合區引起結晶,衍生物接縫斷裂。因此,業(yè)界正熱切期待學(xué)術(shù)界對實(shí)際工業(yè)應用的持續研究。

      本文的目的是提供一種散裝金屬玻璃的擴散,該玻璃在加入本體金屬玻璃后保持像基板(賤金屬)一樣的非晶結構,并且具有與基材相同的機械性能。加入方法。

      本文的塊狀金屬玻璃的擴散粘結方法是制備兩塊銅鋯基塊狀金屬玻璃,每塊玻璃結構形成能力參數γm不小于0.68,或玻璃結構形成能力參數γm不小于0.74的銅鋯銅。塊狀金屬玻璃要與塊狀金屬玻璃連接,并且每個(gè)金屬金屬玻璃具有具有預定界面粗糙曲率的接合面;然后確認待接合的兩塊狀金屬玻璃具有共同的過(guò)冷液區溫度范圍;最后,在兩個(gè)要連接的接合金屬玻璃在氣體氣氛中相互相鄰后,施加12 MPa至15 MPa的固定外部壓應力并保持在公共過(guò)冷液體區的溫度范圍內在公共過(guò)冷液體區加熱預定時(shí)間, 并保持兩塊待連接金屬玻璃的應變率不大于10-5/秒。

      本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是,待接合的塊狀金屬玻璃的普通過(guò)冷液體區域需要確認,即相同材料或不同材料的塊狀金屬玻璃接頭可以相對于摩擦焊接方法的接合應力較低,設備成本低。并且連接焊件接頭仍能保持與母材(母材)相同的非晶結構和機械性能,直接生產(chǎn)出機械性能均勻的焊件,無(wú)需在接頭或熱處理后進(jìn)行后續車(chē)削,簡(jiǎn)化了工藝成本節約效果,增加了塊狀金屬玻璃用于組裝(或包裝)焊點(diǎn)必不可少的元件或組件的工業(yè)使用價(jià)值。

      本文的上述和其它技術(shù)內容、特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細描述中顯而易見(jiàn)。

      任何類(lèi)型的金屬玻璃材料都有其過(guò)冷液體區溫度范圍,并且當將兩塊待連接的塊狀金屬玻璃放置在一個(gè)共同較小的共冷液區(Tx-Tg)中時(shí),保持溫度適當的時(shí)間,同時(shí)施加固定的外部壓應力(以便將要連接的兩塊金屬玻璃相互相對放置且不小于金屬玻璃的應變率不是通過(guò)壓力增加來(lái)維持的)壓力),當接合面界面粗糙度產(chǎn)生的表面自由能差是驅動(dòng)力時(shí),待接合的塊狀金屬玻璃的表面原子是過(guò)冷液體(牛頓流)行為擴散的牛頓流體, 逐漸減小表面積,減小界面粗糙曲率,形成完整的接合面。當溫度保持適當的時(shí)間并且未達到要連接的金屬玻璃的結構松弛時(shí)間(即在特定溫度下開(kāi)始結晶所需的時(shí)間)時(shí),金屬玻璃的粘度降低,這有助于粘合。兩塊金屬玻璃相互連接。在接縫處粘合成品晶體結構不僅可以保持非晶結構,而且不會(huì )發(fā)生接縫,從而使接縫區域的力學(xué)性能與基材相同,從而獲得材料在結構應用中預期的均勻機械性能焊件。

      參照圖1,本文的塊狀金屬玻璃擴散粘接方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是在連接過(guò)程中保持接合區域為非晶結構的兩塊待連接金屬玻璃。在相互連接時(shí),成品焊件接合區域的機械性能與要連接的原始金屬玻璃基板(母材)的機械性能相同。

      首先,進(jìn)行步驟11制備兩塊待接接的塊狀金屬玻璃,它們分別是銅鋯基塊狀金屬玻璃,其玻璃結構形成能力參數γm不小于0.68,或玻璃結構形成能力參數γm不小于0.74。鋯銅基塊狀金屬玻璃,并加工要粘結的兩種金屬玻璃的接合面,使其具有Ra和1μm之間的粗糙界面曲率;這里,銅鋯基塊狀金屬玻璃合金的成分為Cu3Zr60Ti30,鋯銅塊狀金屬玻璃的成分為Zr10.52Cu5.17Ni9.14Al6Ti10。

      接下來(lái),執行步驟12以確認待連接的兩塊金屬玻璃具有共同的過(guò)冷液區溫度范圍。

      最后,在步驟13中,在真空度不超過(guò)10-5托(或惰性氣體氣氛)的環(huán)境中,將要連接的兩塊接合狀金屬玻璃相互相鄰,同時(shí)固定12MPa至15MPa的外部壓應力,并將溫度保持在公共過(guò)冷液體區域的溫度范圍內適當的時(shí)間(實(shí)際時(shí)間取決于塊狀金屬玻璃的接合面尺寸)、組成等,請參考詳細描述的詳細實(shí)驗),并保持待接合的兩塊金屬玻璃的應變率不超過(guò)10-5/秒,讓待接合的兩塊金屬玻璃相互接合, 連接焊材在接合面及其相鄰區域仍處于非晶原子結構狀態(tài)。

      本文的上述優(yōu)選實(shí)施例中,在實(shí)驗實(shí)例中,選取Cu60Zr30Ti10Zr52.5和Cu17.9Ni14.6Al10Ti5進(jìn)行接頭擴散焊(即Cu60Zr30Ti10Zr52.5和Cu60Zr30Ti10Zr52.5,或Cu17.9Ni14.6Al10Ti5和Cu17.9Ni14.6Al10Ti5相鍵合)和/或異種材料鍵合(Cu60Zr30Ti10Zr52.5鍵合到Cu17.9Ni14.6Al10Ti5)是通過(guò)保持外部壓應力在約12 MPa并保持溫度在710 K1小時(shí)來(lái)完成的。

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