[发明专利]一种采用铜模浇铸与熨压组合制备耐腐蚀锆基非晶态合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备耐腐蚀锆基非晶态合金的方法，更特别地说，是指一种采用铜模浇铸制备锆基非晶态合金棒材，然后采用熨压工艺对所述锆基非晶态合金棒材进行表面处理，降低粗糙度，从而制得耐腐蚀的锆基非晶态合金的方法。

背景技术

表面工程，是经表面预处理后，通过表面涂覆，表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得所需要表面性能的系统工程。

各种表面技术是表面工程的技术基础，常用的表面技术有：堆焊技术、熔结技术(低真空熔结、激光熔敷等)、电镀、电刷镀及化学镀技术、非金属镀技术、热喷涂技术(火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、低压等离子喷涂等)、塑料喷涂技术、粘涂技术、涂装技术、物理与化学气相沉积(真空蒸镀、离子溅射、离子镀等)、化学热处理、激光相变硬化、激光非晶化、激光合金化、电子束技术相变硬化、离子注入等。表面工程是表面技术在产品制造或修理中的综合应用。

传统的机械设计偏重于从结构上，从零件的刚度、强度及抗疲劳性能上进行设计，较少重视零件表面性能的设计。传统的机械制造重在零件的成形加工和零件整体性能的处理，较少考虑表面的处理。传统的选材用材原则重视零件整体材质的选择，较少将基材(母材)的选用与表面材质的选用统筹考虑。

通过把合金从气态或液态快速凝固的方法制备的非晶态合金，不具有长程原子有序，而具有特殊的非晶态结构，从而使非晶态合金具有晶态合金所无法比拟的机械性能，如高强度、高硬度、高弹性、高的耐蚀、耐磨性，在航天、航空领域及生物医学领域具有巨大的潜在应用前景。锆(Zr)基非晶态合金以其高非晶形成能力、优良的性能已成功地用于制备高尔夫球杆头、网球拍和航天用太阳风收集器及其它一些产品。

采用铜模浇铸法制备的锆(Zr)基非晶态合金虽然具有较好的强度和硬度，但是由于快速冷却方法制备的构件表面质量有限，构件抗腐蚀性能不能满足实际需要。尤其是在生物医用应用中，构件需要适应各种生物酸碱环境，其抗腐蚀性能十分重要。

熨压加工是一种简单经济的无屑光整表面处理技术。该加工过程中，利用硬质材料制成熨压工具，在工件的加工表面上滑动或旋转挤压，使工件表面产生弹塑性变形，从而达到较高表面粗糙度要求，并能够在工件表面引入残余压应力，并使表面组织得到细化及致密化。该加工技术具有广泛的应用前景。

发明内容

因此，为了解决铜模浇铸法制备的锆基非晶态合金构件表面粗糙度及抗腐蚀性能有限等问题，本发明提出了一种采用铜模浇铸与熨压组合制备耐腐蚀锆基非晶态合金的方法。该方法是在经铜模浇铸制得的锆基非晶态合金棒材上采用熨压工艺对所述锆基非晶态合金棒材进行表面处理，降低粗糙度，从而制得耐腐蚀的锆基非晶态合金。

本发明的一种采用铜模浇铸与熨压组合制备耐腐蚀锆基非晶态合金的方法，包括有下列制备步骤：

步骤一：按所制得的锆基非晶态合金化学成分配比进行配料；

步骤二：熔炼制母合金

将步骤一制得的所述配料放入真空冶炼炉中；

调节抽真空度至5×10^-3Pa，然后冲入0.05MPa氩气保护气体；

调节电流20A，熔炼温度1000℃；

熔炼时间5～10min后随炉冷却后取出母合金；

步骤三：铜模浇铸棒材

将步骤二制得的所述母合金放入快速凝固装置的感应炉中；

调节抽真空度至5×10^-3Pa，然后冲入0.05MPa氩气保护气体；

调节电流2A，感应温度850℃；

熔炼时间2～5min后喷入铜模中，随铜模冷却后制得锆基非晶态合金棒材；

步骤四：熨压表面处理

将步骤三制得的所述锆基非晶态合金棒材安装于数控机床的机床夹具上；

调节熨压压头与所述锆基非晶态合金棒材接触；熨压加工面先加工锆基非晶态合金棒材的圆柱弧面，后加工锆基非晶态合金棒材的的两个端面；

调节数控机床的主轴转速v为1000～3000r/min，进给量f为5～20μm/r；

调节熨压压头在进给方向上的熨压深度a_p为5～30μm；

调节熨压过程中的弹性熨压力F为5～15N；

调节加工时弹性成型控制系统中弹簧刚度0.3～1N/mm，预压力20～60N。

本发明制备耐腐蚀锆基非晶态合金方法的优点在于：