[发明专利]非晶合金-铜层状复合材料的制备方法及制备模具

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，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。

背景技术

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[S.Gravier，J.J.Blandin，M.Suéry，Mechanical properties of a co-extruded MetallicGlass/Alloy(MeGA)rod-Effect of the metallicglass volume fraction，Materials Science and Engineering：A,2010(527)：4197-4201，]，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[Brent W.madsen，Bonding of metallic glass to crystalline metal，patent No.：4568014]，发明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[Masaki Oheara，Takanori Igarashi，et al，Metallic glass laminates，production methods and applications thereof，patent No.：US7906219B2]，发明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。

发明内容

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，本发明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。

本发明所述的非晶合金为用Zr_41.25Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5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8.0×10^-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。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℃/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。