一種非晶合金零件的快速成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非晶合金材料成形制造領(lǐng)域，具體涉及一種非晶合金零件的快速成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶合金(又稱金屬玻璃)是一種新型金屬材料，因其具有長程無序的特殊原子結(jié)構(gòu)而擁有一系列明顯優(yōu)于晶態(tài)材料的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，如非晶態(tài)合金在過冷液態(tài)區(qū)(溫度升至玻璃轉(zhuǎn)變溫度與晶化溫度之間區(qū)域)具有超塑性，成形溫度低、成形力小。且有研究表明，非晶合金在熱塑性成形時(shí)，其體積收縮量比常規(guī)晶態(tài)材料鑄造成形低25倍，這更有利于保證成形后產(chǎn)品的高精度，實(shí)現(xiàn)各種零件的近凈成形。其次，非晶合金具有原子尺度的結(jié)構(gòu)均勻性，使得成形后的產(chǎn)品具有良好的表面光潔度。第三，由于非晶合金具有較晶態(tài)金屬材料更加優(yōu)異的機(jī)械性能。由于非晶合金具有上述特殊性能，因而在機(jī)械、電子、能源、化工和軍事等領(lǐng)域呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前，非晶合金的成形方法主要有銅模鑄造成形和熱塑性成形，但銅模鑄造對非晶合金的玻璃形成能力要求高，易損傷模具，且容易導(dǎo)致產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔等缺陷。熱塑性成形可以克服上述銅模鑄造成形中存在的上述問題，例如專利文獻(xiàn)ZL201010280359中公開了一種采用熱塑性成形法在刻有微流槽形狀的硅模上進(jìn)行熱壓印成形的方法，其可以制備出結(jié)構(gòu)完好，表面質(zhì)量高的非晶態(tài)合金微流槽模具，并采用該模具對高聚物生物芯片進(jìn)行成形。但現(xiàn)有的熱塑性成形法也存在明顯的缺陷或不足，如微納壓印、擠壓、吹塑等方法對真空度要求高，無氣體保護(hù)時(shí)易氧化，成形過程時(shí)間長、效率低，成形溫度高，易引起非晶合金發(fā)生晶化。
[0004]目前的熱塑性成形非晶合金零件的方法，因?yàn)槠浯嬖诘纳鲜鋈毕荩瑫绊懏a(chǎn)品的生產(chǎn)效率、精度和表面質(zhì)量，特別是對部分要求高精度和高表面質(zhì)量的產(chǎn)品，現(xiàn)有的非晶合金成形方法無法滿足要求。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種非晶合金零件的快速成形方法，其通過對熱塑性成形過程中的加熱方式、成形驅(qū)動方式以及相應(yīng)的工裝的改進(jìn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對非晶合金零件的快速成形，該方法升溫速度快、成形時(shí)間短，可以避免非晶合金氧化與晶化，且制備的零件具有很高的表面質(zhì)量和精度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種非晶合金零件的快速成形方法，包括首先對電磁成形系統(tǒng)中的電容器充電，然后采用電脈沖放電對非晶合金進(jìn)行快速升溫使其溫度升至過冷液態(tài)溫度，在溫度達(dá)到設(shè)定溫度停止電脈沖放電，同時(shí)使所述電磁成形系統(tǒng)的電容器放電，產(chǎn)生電磁力并驅(qū)動過冷液態(tài)的非晶合金變形至模具中，即可實(shí)現(xiàn)非晶合金零件的快速成形。
[0007]本發(fā)明中采用電脈沖放電將非晶合金快速升溫至過冷液態(tài)，以及利用電磁成形系統(tǒng)放電瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁力，高速驅(qū)動過冷液態(tài)的板狀或片狀非晶合金變形至模具中，從而實(shí)現(xiàn)非晶合金零件的精密快速成形。電磁成形中的脈沖磁場力(電磁力、洛倫茲力)可以對金屬坯料進(jìn)行高能率、高速率的塑性加工，其具有高應(yīng)變速率及非接觸式成形，能顯著提高室溫下難變形金屬材料的成形極限、有效控制回彈和抑制起皺等。此外，電磁成形過程使得材料在成形過程中表現(xiàn)出特殊的塑性流動行為和微觀組織響應(yīng)，并對成形零件的精度、表面質(zhì)量和服役性能產(chǎn)生直接的影響。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，成形所用成形裝置包括電磁成形系統(tǒng)、電脈沖裝置、用于固定非晶合金和成形模具的鑲塊，其中鑲塊部分包括緊固面板，彈簧，壓邊圈和凹模，其中緊固面板與壓邊圈通過螺栓固定，所述待電磁成形的非晶合金板/片設(shè)置在壓邊圈與凹模之間，所述彈簧抵設(shè)在緊固面板與壓邊圈之間以保持非晶合金在塑性變形過程中始終被壓實(shí)。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述鑲塊設(shè)置在金屬板上，所述金屬板與其中設(shè)置有電磁成形系統(tǒng)和電脈沖放電裝置的絕緣板壓緊，固面板所在面靠近電磁成形系統(tǒng)的電磁線圈一側(cè)。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述電磁成形裝置中可以放置一個(gè)鑲塊，也可以放置多個(gè)鑲塊，用于同條件下的批量實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述非晶態(tài)合金體系為Pd、Pt、Au、Zr、T1、Fe、Cu、N1、Al、Mg和/或Ce基等所有具備熱塑性成形能力的非晶態(tài)合金。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述零件可以是微型MEMS零件，電子產(chǎn)品零件，表面微納結(jié)構(gòu)，可穿戴智能設(shè)備外殼、便攜式通信終端外殼或PC機(jī)外殼。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的外殼形狀可以是平面、弧形、波浪形、曲面或者其他所需的形狀。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的零件尺寸從微米尺度到厘米尺度。
[0015]本發(fā)明方法中，首先對電磁成形系統(tǒng)的電容器充電。然后打開電脈沖設(shè)備的脈沖電源放電，實(shí)現(xiàn)對非晶合金的快速升溫(至過冷液態(tài)區(qū)溫度)。當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)關(guān)閉電脈沖設(shè)備的脈沖電源停止升溫。同時(shí)電磁成形系統(tǒng)的電容器放電，產(chǎn)生電磁力，高速驅(qū)動過冷液態(tài)非晶合金板/片變形至模具(如iwatch外殼模具)中，實(shí)現(xiàn)非晶合金零件的快速成形。
[0016]本發(fā)明方法中，非晶合金完全變形至成形模具中，可實(shí)現(xiàn)精密成形，而且成形過程瞬間完成，時(shí)間短，非晶合金不會發(fā)生氧化與晶化。
[0017]本發(fā)明公開了一種利用上述方法所制備的非晶合金零件。
[0018]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0019](1)在本發(fā)明中，一方面利用脈沖電源實(shí)現(xiàn)非晶合金的快速升溫，另一方面結(jié)合利用了電磁成形技術(shù)的高成形速率(103?10 5s》，使得整個(gè)成形過程在數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)完成，不但避免了非晶合金在成形過程中可能發(fā)生的氧化與晶化，而且大幅提高了成形效率，降低了生產(chǎn)成本。
[0020](2)本發(fā)明中電磁成形的非接觸、低回彈、慣性作用等特點(diǎn)，不但增加了材料的成形極限與變形均勻性，而且保證了微觀組織結(jié)構(gòu)及性能的均勻性，提高了產(chǎn)品的成形精度與良品率。
[0021](3)本發(fā)明中電磁成形完全突破了非晶合金的成形能力隨應(yīng)變率增加而降低的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了過冷液態(tài)非晶合金的高速成形。
[0022](4)本發(fā)明中，成形模具中凹模部分采用鑲塊設(shè)計(jì)，避免成形不同形狀及要求的產(chǎn)品時(shí)更換整個(gè)金屬板(長、寬尺寸與線圈絕緣板相同)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0023](5)本發(fā)明中，本發(fā)明成形裝置的鑲塊中設(shè)計(jì)彈簧裝置，利用彈簧張力使得非晶合金快速升溫軟化時(shí)仍然被壓邊圈壓實(shí)，保持緊固。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法進(jìn)行快速成型的裝置示意圖；
[0025]圖2為圖1中的鑲塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為裝配了圖2中的鑲塊的成形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的方法中用于成形零件的凹模示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的快速成形方法，其采用電脈沖快速升溫一電磁成形法，用于成形智能手表外殼。該方法通過將非晶合金快速升溫至過冷液態(tài)區(qū)，并利用電磁力高速驅(qū)動過冷液態(tài)非晶合金至凹模中，制備出智能