專利名稱：一種非晶合金表面處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非晶合金制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種非晶合金表面處理工藝。
背景技術(shù)：
非晶合金自1960年被首次發(fā)現(xiàn)以來，一直是研究的熱點(diǎn)。20世紀(jì)90年代采用多元合金化法，降低了非晶合金的臨界冷卻速度，實(shí)現(xiàn)了塊體非晶合金的制備，使該類材料的工程應(yīng)用成為可能。非晶合金短程有序、長(zhǎng)程無序的結(jié)構(gòu)，使其具有高強(qiáng)度、高彈性極限、抗磨損性能良好等優(yōu)異的力學(xué)性能。但由于沒有位錯(cuò)滑移、孿生等典型的變形機(jī)制，變形只能通過剪切帶的形成和擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)。室溫下剪切帶導(dǎo)致基體軟化并加速擴(kuò)展，很快形成裂紋， 使塊體非晶合金脆斷，限制了該類新型材料的工程應(yīng)用。如何克服非晶合金材料的脆性，一直是該領(lǐng)域的重要研究方向。為了增加非晶合金材料的塑性，解決其脆斷問題，目前主要采用的是復(fù)合方法，即在大塊非晶合金中復(fù)合第二相如納米顆粒、枝晶相等。這方面的代表性工作是美國(guó)加州理工大學(xué)W. L. Johnson完成的。復(fù)合方法確實(shí)能有效提高塑性，但導(dǎo)致制備工藝更加復(fù)雜，材料流動(dòng)性變差，生產(chǎn)成本提高。非晶合金與韌性材料復(fù)合的方法，工藝復(fù)雜、成本高，研究者們同時(shí)在尋求更簡(jiǎn)單的方法，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)大塊非晶合金采用噴丸的方法(即向材料表面噴射陶瓷小顆粒)進(jìn)行表面處理能夠起到引入表面壓縮殘余應(yīng)力的作用。噴丸表面處理可在大塊非晶合金材料中引入大量剪切帶，這使得大塊非晶合金材料的壓縮過程更接近均勻形變，剪切帶難以很快擴(kuò)展(受到殘余應(yīng)力的限制)成裂紋，從而可有效提高大塊非晶合金材料的塑性。另外，現(xiàn)有專利公開了噴丸工藝改善非晶合金韌性、耐用性及疲勞性能的方法，取得了非常好的使用效果。雖然，噴丸工藝方法很好的改善了非晶合金的塑性變形能力、韌性及疲勞性能，但同時(shí)給工件帶來了比較大的粗糙度，同時(shí)表面處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)引起工件的變形，尤其對(duì)于工件壁厚較薄的工件，工件產(chǎn)生的形變更大，從而影響了工件的制備精度及使用效^ ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種非晶合金表面處理工藝，該非晶合金表面處理工藝至少具有下列優(yōu)點(diǎn)之一工藝方法簡(jiǎn)單、 處理效果好、處理成本低、效率高。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非晶合金表面處理工藝，包括利用金屬顆粒和非金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非晶合金表面處理工藝，由于金屬顆粒通常具有密度大、韌性高、硬度小的特點(diǎn)，相對(duì)非金屬材料具有更大的動(dòng)能，可以對(duì)非晶合金表面產(chǎn)生較大的打擊力度，從而產(chǎn)生足夠的形變，有利于剪切帶的生成；非金屬顆粒相對(duì)于金屬顆粒，通常具有低密度、高硬度及脆性大的特點(diǎn)，由于密度小則動(dòng)能小，因此對(duì)非晶合金表面的打擊力度小，并且由于非金屬顆粒硬度高脆性大，對(duì)非晶合金表面具有更好的切削力，可對(duì)非晶合金表面的缺陷及微小裂紋進(jìn)行消除，使得合金具有更加均勻一致的表面。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理工藝所得樣品應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明所涉及的非晶合金表面處理工藝主要包括利用金屬顆粒和非金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理。本發(fā)明所涉及的非晶合金表面處理工藝適用于任意非晶合金材料的表面處理?？紤]到在對(duì)厚度較小的非晶合金材料工件表面進(jìn)行機(jī)械處理時(shí)，由于較小的應(yīng)力即可導(dǎo)致非晶合金材料的彎曲變形，因此表面處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力非常容易引起非晶合金工件變形而無法保證尺寸精度，而采用本發(fā)明涉及的非晶合金表面處理工藝對(duì)整個(gè)非晶合金工件進(jìn)行表面處理時(shí)，則可有效地改善或消除殘余應(yīng)力引起的變形，因此本發(fā)明尤其適用于厚度較小的非晶合金材料工件的表面機(jī)械處理，尤其是厚度小于2mm的非晶合金材料工件。關(guān)于金屬顆粒的材質(zhì)，需要理解的是，非晶合金的塑性形變是通過剪切帶低粘度區(qū)域的形成和擴(kuò)展完成的，剪切帶的形成有利于非晶合金塑性和韌性的改善，基于此，本發(fā)明中優(yōu)選具有密度大、韌性高、硬度小的特點(diǎn)的金屬顆粒，如鋼丸、鐵丸、鋼砂或鐵砂中的一種或多種組合對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射打擊，由于金屬顆粒具有較大動(dòng)能，可以對(duì)非晶合金表面產(chǎn)生較大的打擊力度，從而產(chǎn)生足夠的形變，有利于剪切帶的生成。關(guān)于非金屬顆粒的材質(zhì)，需要理解的是，非金屬顆粒相對(duì)于金屬顆粒，具有低密度、高硬度及脆性大的特點(diǎn)，密度小則動(dòng)能小，對(duì)非晶合金表面的打擊力度小，但由于非金屬顆粒硬度高脆性大，對(duì)非晶合金表面具有更好的切削力，可對(duì)非晶合金表面的缺陷及微小裂紋進(jìn)行消除，使得合金具有更加均勻一致的表面，故而選之，尤其優(yōu)選陶瓷、玻璃的丸料或砂料中的一種或多種。關(guān)于金屬顆粒和非金屬顆粒的大小，優(yōu)選地，金屬顆粒平均粒徑介于0. 05mm Imm之間。進(jìn)一步優(yōu)選地，非金屬顆粒平均粒徑介于0.05mm 0.25mm之間。通過相對(duì)于金屬顆粒而言而采用相對(duì)較細(xì)的非金屬顆粒，利用較小的非金屬顆粒切削和摩擦作用，可以有效提高和改善非晶合金表面的粗糙度，并可使合金表面的組織狀態(tài)及應(yīng)力狀態(tài)趨于一致，從而可以有效改善甚至消除非晶合金工件在噴丸處理過程中產(chǎn)生的變形。優(yōu)選的，金屬顆粒與非金屬顆粒的體積比介于1 5與1 20之間，既可以獲得較好的材料塑性和韌性， 又可以獲得較小的表面粗糙度，同時(shí)非晶合金工件具有較小的表面處理產(chǎn)生的形變。關(guān)于本發(fā)明所涉及的非晶合金表面處理工藝的噴射時(shí)間和壓力沒有特殊要求，可以根據(jù)非晶合金工件所要求的材料性能和表面效果進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的噴射時(shí)間為IOS 60S之間，優(yōu)選的噴射壓力介于0. 2MPa IMPa之間。此外，關(guān)于本發(fā)明所涉及的非晶合金表面處理工藝的噴射處理順序沒有特殊限制，只要能起到對(duì)非晶合金表面的噴射效果即可，例如可以先用金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理，然后利用非金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理；可以先利用非金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理，然后利用金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理；也可以利用非金屬顆粒和金屬顆粒構(gòu)成的混合顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理；也可以分別利用非金屬顆粒和利用金屬顆粒同時(shí)對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理；還可以利用非金屬顆粒和利用金屬顆粒交替地對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射。 下面通過具體實(shí)施例描述本發(fā)明。實(shí)施例1將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設(shè)備將其鑄射到金屬模具中， 得到尺寸為0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。將平均粒徑為0. 2mm的鋼丸顆粒和平均粒徑為0. 15mm的白剛玉顆粒充分混合后加入自動(dòng)噴砂機(jī)，在0. 5MPa條件下，對(duì)非晶合金毛坯件做噴射處理20s，獲得噴射樣品。實(shí)施例2將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設(shè)備將其鑄射到金屬模具中， 得到尺寸為0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。將平均粒徑為0. 2mm的鐵砂顆粒和平均粒徑為0. Imm的石英砂顆粒充分混合后加入自動(dòng)噴砂機(jī)，在0. 3MPa條件下，對(duì)非晶合金毛坯件做噴射處理30s，獲得噴射樣品。實(shí)施例3將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設(shè)備將其鑄射到金屬模具中， 得到尺寸為0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。將平均粒徑為0. 2mm的鐵砂顆粒和平均粒徑為0. Imm的石英砂分別加入自動(dòng)噴砂機(jī)的不同噴射腔體中，在0. 3MPa條件下，鐵砂顆粒和石英砂顆粒同時(shí)對(duì)非晶合金毛坯件做噴射處理30s，獲得噴射樣品。實(shí)施例4將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設(shè)備將其鑄射到金屬模具中， 得到尺寸為0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。將平均粒徑為0. 2mm的鐵砂顆粒加入到自動(dòng)噴砂機(jī)的噴射腔體中，在0. 3MPa條件下，對(duì)非晶合金毛坯件做噴射處理30s，獲得噴射樣品；然后將平均粒徑為0. Imm的石英砂加入到自動(dòng)噴砂機(jī)的噴射腔體中，在0. 3MPa條件下，對(duì)非晶合金毛坯件做噴射處理30s，獲得噴射樣品。實(shí)施例5將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設(shè)備將其鑄射到金屬模具中， 得到尺寸為0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。
將平均粒徑為0. Imm的石英砂顆粒加入到自動(dòng)噴砂機(jī)的噴射腔體中，在0. 3MPa 條件下，對(duì)非晶合金毛坯件做噴射處理30s，獲得噴射樣品；然后將平均粒徑為0. 2mm的鐵砂顆粒加入到自動(dòng)噴砂機(jī)的噴射腔體中，在0. 3MPa條件下，對(duì)非晶合金毛坯件做噴射處理 30s，獲得噴射樣品。同時(shí)，為了與未進(jìn)行表面處理的非晶合金毛坯件和采用傳統(tǒng)噴丸處理的噴射樣品進(jìn)行比較，還采用類似的工藝制備了對(duì)比例1和對(duì)比例2的樣品。具體如下對(duì)比例1將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設(shè)備將其鑄射到金屬模具中， 得到尺寸為0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。對(duì)非晶合金毛坯件不做噴射處理，直接采用萬能力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)非晶合金毛坯件進(jìn)行抗彎性能測(cè)試，跨距為50mm，加載速率為2mm/Min，采用無缺口簡(jiǎn)支梁測(cè)試非晶合金毛坯件的沖擊韌性，用三位測(cè)量?jī)x測(cè)試非晶合金毛坯件的平面度，用粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)試非晶合金毛坯件的粗糙度，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)比例2將成分為^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通過壓鑄設(shè)備將其鑄射到金屬模具中， 得到尺寸為0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。將平均粒徑為0. 2mm的鋼丸顆粒加入自動(dòng)噴砂機(jī)，在0. 5MPa條件下，對(duì)非晶合金毛坯件做噴射處理20s，獲得噴射樣品。以上實(shí)施例和對(duì)比例中所有樣品噴射完成后，均采用萬能力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)噴射樣品進(jìn)行抗彎性能測(cè)試，跨距為50mm，加載速率為2mm/Min，采用無缺口簡(jiǎn)支梁測(cè)試噴射樣品的沖擊韌性，用三位測(cè)量?jī)x測(cè)試噴射樣品的平面度，用粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)試噴射樣品的粗糙度，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。將上述實(shí)施例和對(duì)比例的樣品及測(cè)試所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。并且，將實(shí)施例1和對(duì)比例1、對(duì)比例2的樣品的應(yīng)力應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)繪于圖1。
權(quán)利要求
1.一種非晶合金表面處理工藝，其特征在于，包括利用金屬顆粒和非金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理。
2.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述金屬顆粒為鋼丸、鐵丸、鋼砂、鐵砂中一種或多種。
3.如權(quán)利要求2所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述金屬顆粒的平均直徑在0. 05mm與Imm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述非金屬顆粒為陶瓷、 玻璃的丸料或砂料中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述非金屬顆粒的平均直徑在0. 05mm與0. 25mm之間。
6.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述金屬顆粒與所述非金屬顆粒的體積比在1 5 1 20之間。
7.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述噴射處理的時(shí)間在 10秒 60秒之間。
8.如權(quán)利要求1或7所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述噴射處理的壓力在 0. 2MPa-lMPa 之間。
9.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述噴射處理包括先利用所述金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理，然后利用所述非金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理。
10.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述噴射處理包括先利用所述非金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理，然后利用所述金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理。
11.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述噴射處理為利用所述非金屬顆粒和所述金屬顆粒構(gòu)成的混合顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理。
12.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述噴射處理為分別利用所述非金屬顆粒和利用所述金屬顆粒同時(shí)對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理。
13.如權(quán)利要求1所述的非晶合金表面處理工藝，其特征在于，所述噴射處理包括利用所述非金屬顆粒和利用所述金屬顆粒交替地對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非晶合金表面處理工藝，所述處理工藝包括利用金屬顆粒和非金屬顆粒對(duì)非晶合金表面進(jìn)行噴射處理。所述金屬顆粒為鋼丸、鐵丸、鋼砂、鐵砂中一種或多種，非金屬顆粒為陶瓷、玻璃的丸料或砂料中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的非晶合金表面處理工藝不僅改善了非晶合金的塑性變形能力和沖擊韌性，而且改善了非晶合金的表面粗糙度，同時(shí)解決了已知技術(shù)中噴射處理過程中引起的工件變形問題，從而為非晶合金在高強(qiáng)度精密工件和外觀要求較高的工件中的應(yīng)用提供了可能。
文檔編號(hào)C21D7/06GK102433421SQ20111042143
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者宮清, 張春萌, 張法亮, 李運(yùn)春 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司