一种制备非晶合金的方法技术

本发明专利技术属于非晶合金制备技术领域，涉及一种制备非晶合金的方法。将金属粉体通过具有超音速的气流送出，利用激光在距离基板一定距离处将粉体悬浮熔化，并由气流吹冷后以过冷液体形式沉积形成非晶合金；本发明专利技术通过将激光悬浮熔化合金粉体与超音速气流高速沉积相结合的方式，通过控制送粉、熔化及沉积位置，获得无尺寸限制的非晶合金块体材料，同时更可根据制件的形状需要，在制备过程中对基板移动轨迹进行编程，实现不同形状非晶合金制件的三维成型；该发明专利技术能解决非晶合金尺寸限制，制备无尺寸约束的非晶合金制件，特别适用于大面积薄壁结构非晶合金制件的制备。非晶合金制件的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种制备非晶合金的方法


[0001]本专利技术属于非晶合金制备
，涉及一种制备非晶合金的方法，具体为一种新型激光悬浮熔化超音速粉体气流沉积制备非晶合金的方法。

技术介绍

[0002]由于非晶合金的制备需要快速凝固过程，这长久以来限制了非晶合金制备工艺的选择以及非晶合金制件的尺寸。多年来，通常由单辊悬淬法制备微米级厚度的非晶合金带材，而大多数的块体非晶合金则是通过铜模铸造法获得。研究人员通过开发具有大非晶形成能力的合金成分，以降低非晶合金形成的临界冷却速度，但目前尚没有突破非晶合金的尺寸或工艺限制(除个别合金体系如 Pd
‑
Cu
‑
Ni
‑
P可做到76mm的圆柱非晶棒外，其他不同合金体系的一般水平仅可做到临界直径1～10mm的圆柱非晶棒)。另外，非晶合金由于自身组织结构的特殊性，其塑性较低、机械加工性能较差，因此一些具有复杂形状要求的制件也不能完全通过铸造的工艺方法来得到。
[0003]通过研究发现，目前具有较高非晶形成能力的合金可通过激光表面熔覆、母合金表面重熔或者激光增材制造的方法制备得到，但激光处理时热流会导致热传导位置处的非晶合金发生晶化。此外，虽然有报道采用喷射沉积法制备大尺寸的非晶合金材料，但其热流仍通过基体传导，完全通过基体传导的方法不易实现合金的完全非晶化，会造成部分晶化现象，无法获得具有一定尺寸厚度的完全块体非晶合金(一般水平仅可做到厚度为几十～几百微米左右)。
[0004]综上，非晶合金具有许多传统晶体合金所不具备的性能优点，但由于受到非晶形成能力及制备工艺等因素的限制，制备大尺寸的完全非晶合金还存在极大难度，采取有效措施突破非晶合金的尺寸和工艺限制、建立一种新型的非晶合金制备方法对于推动非晶合金实际应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是：提供一种制备非晶合金的方法，通过将激光悬浮熔化合金粉体与超音速气流高速沉积相结合的方式，通过控制送粉、熔化及沉积位置，以突破目前的工艺限制，获得无尺寸限制的非晶合金块体材料。
[0006]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种制备非晶合金的方法，所述方法利用超音速气流送粉装置将金属粉体送出，并与激光焦点汇聚在距离沉积基板上方5
‑
50mm处；金属粉体通过激光悬浮加热至熔融态，同时在飞行至沉积基板过程中由超音速气流吹冷至过冷液态，并在基板上沉积形成非晶态合金。
[0008]根据金属粉体的类别和其非晶形成能力差别，可通过调整熔化位置与沉积位置的距离来优化非晶合金的成形性。总体的思路为：当合金具有大过冷能力时，可增大飞行距离，从而能使合金在飞行过程中充分过冷，形成深过冷态液体，以减小沉积后对基板的热负
担；当合金过冷能力较小时，可减小飞行距离，减小吹冷效果，以避免粘度过度增大从而无法沉积。基本的范围是5
‑
50mm。
[0009]气体的速度为超音速，通过带动粉体及熔体的高速运动，对基板产生冲击形成压应力，从而中和熔体凝固所产生的拉应力，实现近无应力沉积。
[0010]超音速气流送粉装置喷嘴与激光束呈大于零度、小于45度夹角；激光焦点处光斑尺寸不小于粉体气流的横截面尺寸；激光功率为150W～800W。
[0011]气体的压力根据送粉量与沉积过程工艺要求相对调节，基本范围在 0.5
‑
5MPa。
[0012]气体温度区间为0
‑
600℃。气体可以是冷态的，也可以升高温度从而提高粉体的飞行速度。
[0013]气流气体为He、N2、Ar中的一种或多种的混合。
[0014]通过所述方法多次沉积可形成具有一定厚度的块体非晶合金。
[0015]当金属粉体为Zr
‑
Al
‑
Ni
‑
Cu合金预制粉体，激光焦点与基板垂直距离为 12
‑
17mm；激光功率：200W～350W。
[0016]当金属粉体为CuZrAlY合金预制粉体，激光焦点与基板垂直距离为 4
‑
6mm；激光功率：300W～450W。
[0017]本专利技术的原理是，非晶合金在急冷凝固过程中需要经历深过冷区间，本专利技术利用激光熔化高速飞行的合金粉体，且通过对气流和激光位置等因素的控制，使其在过冷区间内沉积在基板上从而形成非晶合金。采用超音速高速气流，一方面会帮助合金粉体(熔体)进行致密沉积，另外也有助于合金的急冷，而不仅是靠基板的热传导实现快速凝固，这样就能减少基板的热负担，从而在沉积层形成后仍然能在其上继续形成完全非晶合金，而不会导致已有沉积层受热晶化，最终实现非晶合金无尺寸限制的三维复杂形状成型。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1、可实现非晶合金无尺寸限制的三维复杂形状成型，突破非晶合金制备的尺寸限制，改善非晶合金制备、加工、处理相关工艺，实现非晶合金无形状约束净成型。
[0020]2、可实现送粉、去应力、惰性气氛保护一体化，同时降低基体热负担，无需其他冷却设备。
[0021]3、设备简单，工艺控制性强，可根据不同合金性质进行工艺调整，能满足具有不同非晶形成能力的合金成形要求。
[0022]4、粉体可进行回收，节约生产成本，可连续操作，适合规模化工业生产。
具体实施方式
[0023]下面将详细描述本专利技术实施例的各个方面的特征。在下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本专利技术造成不必要的模糊。
[0024]本专利技术方法的具体步骤如下：
[0025]一、将具有一定非晶形成能力的合金粉(或非晶粉)装入乘料口中，调节单位时间供粉量及气体压力。
[0026]二、调整送粉气流、激光束与基板三者的相对位置，使送粉气流与激光束呈一定夹角(大于零度、小于45度)，激光焦点处光斑不小于送粉气流的横截面尺寸。激光焦点与送粉气流汇聚于一点，此位置高于基板表面5
‑
50mm。
[0027]三、打开送粉气流，调节送气压力，同时打开激光控制电源，高速流动的粉体在激光焦点位置处被熔化，随即飞行至基板。在飞行过程中，合金熔体由高速气流吹冷至过冷液体，当过冷液体沉积在基板上，通过气流冷却和基板热传导从而快速凝固形成非晶合金。另外，由于高速气流和金属颗粒会对基板产生压应力，从而能中和过冷液体玻璃化转变带来的残余拉应力，形成具有近无应力的非晶合金层。通过多次沉积形成具有一定厚度的块体非晶合金。
[0028]气体为He、N2或Ar的一种或多种混合，气体的压力根据送粉量与沉积过程工艺要求相对调节，基本范围在0.5
‑
5MPa。气体可以是冷态的，也可以升高温度从而提高粉体的飞行速度，温度区间为0
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600℃。气流与激光束的夹角以及与基板的相对位置根据沉积过程工艺要求相对调节，气流与激光束的夹角为大于零度、小于45度，气流和激光束与基板垂直向夹角都不超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备非晶合金的方法，其特征在于：所述方法利用超音速气流送粉装置将金属粉体送出，并与激光焦点汇聚在距离沉积基板上方5
‑
50mm处；金属粉体通过激光悬浮加热至熔融态，同时在飞行至沉积基板过程中由超音速气流吹冷至过冷液态，并在基板上沉积形成非晶态合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：超音速气流送粉装置喷嘴与激光束呈大于零度、小于45度夹角；激光焦点处光斑尺寸不小于粉体气流的横截面尺寸；激光功率：为150W～800W。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：气体的压力根据送粉量与沉积过程工艺要求相对调节，范围在0.5
‑
5MPa。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：气体温度区间为0
...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫泰起，陈冰清，刘伟，梁家誉，黄帅，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：