CN109434078A - 一种包含非晶合金的复合构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含非晶合金的复合构件，包括非晶合金预制组件以及低熔点组件，所述非晶合金预制组件包括1个或者多个非晶合金预制件，所述低熔点组件为包括多个低熔点材料的结合件；所述低熔点材料为熔点低于800℃的高分子材料或者金属材料；所述非晶合金预制件厚度为0.1‑6mm。本发明利用非晶合金高强度，能够成型复杂结构的特点，预制成具有特定形状的预制组件，然后将低熔点组件注入到模具中与预制的非晶合金结合成型，制成复合构件，该复合构件同时具有非晶合金高强度和低熔点组件高塑性的特点，能够使得制成的复合构件在大幅减薄或者异形结构的构件薄弱处仍具备足够的强度和抗冲击性能，也能同时降低构件的总体重量。

Description

一种包含非晶合金的复合构件及其制备方法

技术领域

本发明属于金属复合材料领域，具体涉及一种包含非晶合金的复合构件及其制备方法。

背景技术

现有技术中的结构件越来越趋向于轻量化方向发展，如电子类产品中，其设计越来越小、功能愈加集中，作为结构件既要满足产品中实现连接、固定、支撑等作用，还要满足强度冲击性能等指标性的要求，同时还要做到轻薄并具有良好的外观效果。现有的单一性材料往往难以满足上述所有的要求，如塑胶材料，尽管轻薄，但是强度低、外观效果和使用手感均不如金属材料，而常用的金属材料，如不锈钢材料，密度大，比强度低，而密度较小的铝合金、镁合金等强度和耐腐蚀性上难以满足苛刻的使用条件。出于产品设计等原因，现有技术中将现有材料与其他增强型的材料或者减薄型的材料进行复合是解决上述实际问题的方法之一。

非晶合金是近年来材料领域的重大发现，与晶态合金不同的是，非晶合金材料内部原子排列呈长程无序短程有序的结构，没有位错和晶界等缺陷，这就使得非晶合金具有高强度、高弹性、高耐磨性和耐腐蚀性等优异性能，使其在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。非晶合金比强度高于不锈钢材料，且外观效果好，与不同的现有材料相结合能够实现结构件轻薄化的效果。但是非晶合金与其他材料的结合方法以及结合力是目前难以解决的技术难点之一，究其原因在于非晶合金熔体表面能低于普通晶态合金熔体。常规的结合方法包括焊接、粘接等，然而在焊接工艺中，产生的二次热效应容易使得非晶合金发生晶化，焊接处脆化，从而影响结合性能；在粘接工艺中，前处理过程对相接的材料表面粗糙度和清洁度要求高，而且还须使用界面胶黏剂，不仅增加了工艺的复杂程度，同时粘接的强度和牢固程度受限于胶黏剂，而且在湿热环境下胶黏剂失效速度加速，容易老化断裂。也有使用模具的方法使两者成型，但是模具加工的方法对复合的材料具有选择性，并不是适用于所有的材料，而且非晶合金流动性好，整体***对温控的要求高，使用普通的模具***制成的复合构件不仅结合处结合力不强，而且非晶合金的致密度低，影响整体复合构件的尺寸稳定性、降低了复合构件的强度。现有技术中也存在利用各种阶段式升温然后进行复合的非晶合金复合构件成型方法，但是由于加工成本高和失效风险高等问题未能得到广泛性的使用。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种结合力强的非经合计复合构件，同时还提供了一种稳定性好、对设备要求低、工艺稳定性高、失效风险低的上述包含非晶合金复合构件的制备方法。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的包含非晶合金的复合构件，包括非晶合金预制组件以及低熔点组件，所述非晶合金预制组件包括1个或者多个非晶合金预制件，所述低熔点组件为包括多个低熔点材料的结合件；所述低熔点材料为熔点低于800℃的高分子材料或者金属材料；所述非晶合金预制件厚度为0.1-6mm。

进一步地，所述非晶合金预制组件材质为锆基非晶合金、钛基非晶合金、铜基非晶合金、铁基非晶合金、铝基非晶合金、镁基非晶合金、钴基非晶合金、镍基非晶合金、稀土基非晶合金中的一种或多种的组合。

进一步地，所述低熔点材料为熔点低于800℃的铝、铝合金、镁、镁合金、锌、锌合金中的一种或者多种。

进一步地，所述非晶合金预制件为条状，所述低熔点材料的结合件为厚度与之相若的条状，所述非晶合金预制件在所述低熔点材料的结合件内呈间隔排布，所述低熔点材料的结合件体积与所述非晶合金预制件体积相若；

或者，所述非晶合金预制件为条状，所述非晶合金预制件内嵌于所述低熔点材料的结合件内且厚度与所述非晶合金预制件的厚度相若；

或者，所述非晶合金预制件为折角状，所述非晶合金预制件在所述低熔点材料的结合件内呈间隔排布，所述低熔点材料的结合件为与所述非晶合金预制件折角处相适配的条状或者板状结构；

或者，所述非晶合金预制件为弧状，所述低熔点材料的结合件为厚度与之相若的圆弧状结构；

或者，所述非晶合金预制件为环状，所述非晶合金预制件嵌于所述低熔点材料的结合件内，且厚度与所述非晶合金预制件的厚度相若。

本发明中还提供了一种利用上述复合构件的结构件。

本发明中还提供了一种制备上述包含非晶合金复合构件的方法，具体包括如下步骤：

S01，将非晶合金预制组件装设于模具中的设定位置；

S02，将低熔点材料的原料注入模具中与非晶合金预制组件结合，施与模腔压力使其成型，构成所需非晶合金复合构件。

进一步地，所述模具包括形状相适配的凸模和凹模，所述凸模上设有熔挤腔，凹模设有成型腔，且熔挤腔与成型腔相通，所述凹模及凸模内均设有感应加热装置。

进一步地，S01中，所述非晶合金预制件装设于所述成型腔内，S02中，所述凸模在机械外力作用下对熔挤腔内的低熔点材料的原料进行挤压使其注入成型腔内成型。

进一步地，所述熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积与成型腔腔口截面相若。

进一步地，所述熔挤腔容积与成型腔容积相若。

非晶合金以其超高的比强度，在满足强度要求的情况下，可大幅度降低产品尺寸。如果将非晶合金按照常规金属的特点设计成产品外壳，厚度一致的情况下，在消费电子使用方面强度远远过剩，并且会使得整体重量未得到降低，最关键的影响在于会导致磁信号无法穿透，从而影响信号的发射和接受。因此，在本发明中将非晶合金材料制成预制组件，将其与低熔点组件相复合构成复合构件。采用铝及其合金、镁及其合金以及适当的高分子材料作为复合构件的一部分的原因在于，非晶合金塑性较低，需要利用上述材料提升整体构件的塑性，另一方面，熔点低于800℃的低熔点组件，在加工的过程中由于熔融温度低不会对非晶合金接触面造成任何不利的影响，避免非晶合金材料在复合过程中二次受热晶化。同时非晶合金预制件的厚度需严格进行控制，过厚则增加构件整体重量和成本，过薄则无法起到提升构件整体强度的目的，优选0.1-6mm为宜。

本发明具有以下优点：

1、本发明利用非晶合金高强度，能够成型复杂结构的特点，预制成具有特定形状的预制组件，然后将低熔点组件注入到模具中与预制的非晶合金结合成型，制成复合构件，该复合构件同时具有非晶合金高强度和低熔点组件高塑性的特点，能够使得制成的复合构件在大幅减薄或者异形结构的构件薄弱处仍具备足够的强度和抗冲击性能，也能同时降低构件的总体重量。

2、本发明中提供的复合构件的制备方法制备出的复合构件致密度高，能够进一步降低复合构件的体积。

3、本发明中提供的复合构件的制备方法简单易行，适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明中实施例1复合构件的成型腔体示意图；

图2为本发明中实施例2复合构件的成型腔体示意图；

图3为本发明中实施例3复合构件的成型腔体示意图；

图4为本发明中实施例4复合构件的成型腔体示意图。

具体实施方式

本发明中的包含非晶合金的复合构件包括非晶合金预制组件以及低熔点组件，所述非晶合金预制组件包括1个或者多个非晶合金预制件，所述低熔点组件为包括多个低熔点材料的结合件。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1

如附图1所示，为实施例1中复合构件的成型腔体的示意图，以此对本发明中复合构件的成型方法及其结构做进一步详细的说明。

本实施例中，采用模具使复合构件挤压成型。具体，模具包括形状相适配的凸模101和凹模102，凸模101上设有熔挤腔103，熔挤腔为低熔点材料的进料腔室，与普通模具***相似，熔挤腔一侧配合与其进料通道相适配形状的推杆结构用作将低熔点材料熔融原料推挤至成型腔中的结构，在本发明附图中虽然并未将此结构进行标示，但是并不妨碍对本发明中核心技术点的理解。凹模102中设有成型腔104，成型腔104为复合构件的最终成型腔体。

所有的实施例中，复合构件的成型工艺均为：

S01，将非晶合金预制组件装设于模具中成型腔体内的设定位置；

S02，将低熔点材料的原料注入模具中的熔挤腔，然后挤压至成型腔内与非晶合金预制组件结合，施与模腔压力使其成型，构成所需非晶合金复合构件。

在本实施例中，熔挤腔103与成型腔104通过流道相通，且凸模101内设有感应加热装置105，凹模内设有感应加热装置106，感应加热装置采用现有技术即可，用于辅助控制腔体内的温度，使成型过程中每一步骤的温度均受控制，进一步地，还可在熔挤腔和成型腔中均设有温度监控装置，如温度传感器，对整体工艺过程进行温度监控。

非晶合金预制件装设于成型腔104内，凸模101在机械外力（推杆结构）作用下对熔挤腔103内的低熔点材料的原料进行挤压使其注入成型腔104内成型。熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积与成型腔腔口截面相若，进一步优选，熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积小于成型腔腔口截面，再进一步优选，熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积为成型腔腔口截面的60-80%。具体到本实施例中，熔挤腔103与成型腔104通过流道1031、1032、1033、1034相接。本实施例中成型腔形状为弧形构件的成型腔体，该成型腔体两侧及中部均设有腔口（即导入低熔点原料熔液的液流腔口），熔挤腔和成型腔相接处（本实施例中即流道1031、1033与成型腔相接处以及流道1032与流道1034相接处）的接口截面面积优选小于上述成型腔腔口截面，尤其优选相接处接口截面面积为成型腔腔口截面的60-80%，能够控制低熔点材料熔液在成型过程中的流速，减少气孔的产生，同时还能增加成型过程中的挤压力。进一步地，熔挤腔容积与成型腔容积相若，优选成型腔容积为熔挤腔容积的90-95%，可通过机械外力的作用对低熔点材料进行二次或者多次挤压，使制成的复合构件更为紧密。

本实施例中非晶合金预制组件的材质可选用锆基非晶合金、钛基非晶合金、铜基非晶合金、铁基非晶合金、铝基非晶合金、镁基非晶合金、钴基非晶合金、镍基非晶合金、稀土基非晶合金中的一种或多种的组合，更为优选综合力学性能和成型性能更佳的锆基非晶合金、钛基非晶合金和铜基非晶合金。低熔点材料则优选熔点低于800℃的铝、铝合金、镁、镁合金、锌、锌合金中的一种或者多种。铝及铝合金、镁及镁合金塑性高、密度相对较低，且具有比高分子材料更为优异的强度，将极少体积的非晶合金预制件与之相复合即可获得具有实用性且成本占优势的复合构件，而且铝及铝合金、镁及镁合金与非晶合金材料结合力更强，形成的复合构件外观上更具有均一性。需注意的是，低熔点材料熔点不易高于800℃，否则容易引起非晶合金预制件的二次受热晶化。非晶合金预制件厚度控制在0.1-6mm为宜，厚度过低起不到增加强度的作用，厚度过高提升成本和加工难度。

实施例2

本实施例中复合构件的成型腔体示意图如附图2所示，其结构与实施例1中大体相似。具体为：

采用模具使复合构件挤压成型，模具包括形状相适配的凸模201和凹模202，凸模201上设有熔挤腔203，熔挤腔为低熔点材料的进料腔室，与普通模具***相似，熔挤腔一侧配合与其进料通道相适配形状的推杆结构用作将低熔点材料熔融原料推挤至成型腔中的结构，凹模202中设有成型腔204，成型腔204为复合构件的最终成型腔体。熔挤腔203与成型腔204通过流道2031、2032、2033相通，且凸模201内设有感应加热装置205，凹模内设有感应加热装置206。

非晶合金预制件装设于成型腔204内，凸模201在机械外力（推杆结构）作用下对熔挤腔203内的低熔点材料的原料进行挤压使其注入成型腔204内成型。本实施例中，非晶合金预制件207、208为条状，低熔点材料的结合件可选择为厚度与之相若的条状，非晶合金预制件在所述低熔点材料的结合件内呈间隔排布，低熔点材料的结合件体积与所述非晶合金预制件体积相若，优选非晶合金预制件厚度为整体构件厚度的10-20%，非晶合金预制件可设为一个，也可如本实施例中设为间隔排布的两个，同样的根据实际需要也可设为间隔排布的多个，预制件排布优选为规律排布，使整体构件具有较为均匀的受力条件，同样也可在重点受力处设有多处非晶预制件作为增强结构。

或者，在本实施例基础上进行改进，同样采用条状的非晶合金预制件，将非晶合金预制件内嵌于低熔点材料的结合件内且厚度与所述非晶合金预制件的厚度相同或者厚度差异不超过10%，使两者结合更加紧密，外观效果呈现更为均一的金属观感。

熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积与成型腔腔口截面相若，进一步优选，熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积小于成型腔腔口截面，再进一步优选，熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积为成型腔腔口截面的60-80%。具体到本实施例中，熔挤腔203与成型腔204通过流道2031、2032、2033相接，流道2031、2032、2033与成型腔相接处的接口截面面积优选小于成型腔腔口截面，尤其优选相接处接口截面面积为成型腔腔口截面的60-80%，能够控制低熔点材料熔液在成型过程中的流速，减少气孔的产生，同时还能增加成型过程中的挤压力。进一步地，熔挤腔容积与成型腔容积相若，优选成型腔容积为熔挤腔容积的90-95%，可通过机械外力的作用对低熔点材料进行二次或者多次挤压，使制成的复合构件更为紧密。

实施例3

本实施例中复合构件的成型腔体示意图如附图3所示，其结构与实施例1中大体相似。具体为：

采用模具使复合构件挤压成型，模具包括形状相适配的凸模301和凹模302，凸模301上设有熔挤腔303，熔挤腔为低熔点材料的进料腔室，与普通模具***相似，熔挤腔一侧配合与其进料通道相适配形状的推杆结构用作将低熔点材料熔融原料推挤至成型腔中的结构，凹模302中设有成型腔304，成型腔304为复合构件的最终成型腔体。熔挤腔303与成型腔304通过流道3031、3032、3033相通，且凸模301内设有感应加热装置305，凹模302内设有感应加热装置306。

非晶合金预制件装设于成型腔304内，凸模301在机械外力（推杆结构）作用下对熔挤腔303内的低熔点材料的原料进行挤压使其注入成型腔304内成型。本实施例中，非晶合金预制件307、308、309为折角状间隔分布于整体构件内部，非晶合金预制件可设为一个，也可如本实施例中设为间隔排布的三个。

熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积与成型腔腔口截面相若，进一步优选，熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积小于成型腔腔口截面，再进一步优选，熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积为成型腔腔口截面的60-80%。具体到本实施例中，熔挤腔303与成型腔304通过流道3031、3032、3033相接，流道3031、3032、3033与成型腔相接处的接口截面面积优选小于成型腔腔口截面，尤其优选相接处接口截面面积为成型腔腔口截面的60-80%，能够控制低熔点材料熔液在成型过程中的流速，减少气孔的产生，同时还能增加成型过程中的挤压力。进一步地，熔挤腔容积与成型腔容积相若，优选成型腔容积为熔挤腔容积的90-95%，可通过机械外力的作用对低熔点材料进行二次或者多次挤压，使制成的复合构件更为紧密。

实施例4

本实施例中复合构件的成型腔体示意图如附图3所示，其结构与实施例1中大体相似。具体为：

采用模具使复合构件挤压成型，模具包括形状相适配的凸模401和凹模402，凸模401上设有熔挤腔403，熔挤腔为低熔点材料的进料腔室，与普通模具***相似，熔挤腔一侧配合与其进料通道相适配形状的推杆结构用作将低熔点材料熔融原料推挤至成型腔中的结构，凹模402中设有成型腔404，成型腔404为复合构件的最终成型腔体。熔挤腔403与成型腔404通过流道4031、4032、4033相通，且凸模401内设有感应加热装置405，凹模402内设有感应加热装置406。

非晶合金预制件装设于成型腔404内，凸模401在机械外力（推杆结构）作用下对熔挤腔403内的低熔点材料的原料进行挤压使其注入成型腔404内成型。本实施例中，非晶合金预制件405、406为弧状间隔分布于整体构件内部，低熔点材料的结合件为厚度与之相若的圆弧状结构（低熔点材料结合件厚度可选择大于或者小于非晶合金预制件的厚度，本实施例中为大于非晶合金预制件的厚度），非晶合金预制件可设为一个，也可如本实施例中设为间隔排布的多个。

熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积与成型腔腔口截面相若，进一步优选，熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积小于成型腔腔口截面，再进一步优选，熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积为成型腔腔口截面的60-80%。具体到本实施例中，熔挤腔403与成型腔404通过流道4031、4032、4033相接，流道4031、4032、4033与成型腔相接处的接口截面面积优选小于成型腔腔口截面，尤其优选相接处接口截面面积为成型腔腔口截面的60-80%，能够控制低熔点材料熔液在成型过程中的流速，减少气孔的产生，同时还能增加成型过程中的挤压力。进一步地，熔挤腔容积与成型腔容积相若，优选成型腔容积为熔挤腔容积的90-95%，可通过机械外力的作用对低熔点材料进行二次或者多次挤压，使制成的复合构件更为紧密。

环状复合构件在在本实施例基础上进行改进即可，将非晶合金预制件内嵌于低熔点材料的结合件内，且厚度与所述非晶合金预制件的厚度相若（低熔点材料结合件厚度可选择大于或者小于非晶合金预制件的厚度，均可）。

由上述实施例可以看出，本发明利用非晶合金高强度，能够成型复杂结构的特点，预制成具有特定形状的预制组件，然后将低熔点组件注入到模具中与预制的非晶合金结合成型，制成复合构件，该复合构件同时具有非晶合金高强度和低熔点组件高塑性的特点，能够使得制成的复合构件在大幅减薄或者异形结构的构件薄弱处仍具备足够的强度和抗冲击性能，也能同时降低构件的总体重量。本发明中提供的复合构件的制备方法制备出的复合构件致密度高，能够进一步降低复合构件的体积。本发明中提供的复合构件的制备方法简单易行，适合工业化生产。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种包含非晶合金的复合构件，其特征在于：

包括非晶合金预制组件以及低熔点组件，所述非晶合金预制组件包括1个或者多个非晶合金预制件，所述低熔点组件为包括多个低熔点材料的结合件；

所述低熔点材料为熔点低于800℃的高分子材料或者金属材料；

所述非晶合金预制件厚度为0.1-6mm。

2.如权利要求1所述包含非晶合金的复合构件，其特征在于：所述非晶合金预制组件材质为锆基非晶合金、钛基非晶合金、铜基非晶合金、铁基非晶合金、铝基非晶合金、镁基非晶合金、钴基非晶合金、镍基非晶合金、稀土基非晶合金中的一种或多种的组合。

3.如权利要求1所述包含非晶合金的复合构件，其特征在于：所述低熔点材料为熔点低于800℃的铝、铝合金、镁、镁合金、锌、锌合金中的一种或者多种。

4.如权利要求1所述包含非晶合金的复合构件，其特征在于：所述非晶合金预制件为条状，所述低熔点材料的结合件为厚度与之相若的条状，所述非晶合金预制件在所述低熔点材料的结合件内呈间隔排布，所述低熔点材料的结合件体积与所述非晶合金预制件体积相若；

或者，所述非晶合金预制件为条状，所述非晶合金预制件内嵌于所述低熔点材料的结合件内且厚度与所述非晶合金预制件的厚度相若；

或者，所述非晶合金预制件为折角状，所述非晶合金预制件在所述低熔点材料的结合件内呈间隔排布，所述低熔点材料的结合件为与所述非晶合金预制件折角处相适配的条状或者板状结构；

或者，所述非晶合金预制件为弧状，所述低熔点材料的结合件为厚度与之相若的圆弧状结构；

或者，所述非晶合金预制件为环状，所述非晶合金预制件嵌于所述低熔点材料的结合件内，且厚度与所述非晶合金预制件的厚度相若。

5.一种结构件，其特征在于：包括如权利要求1-4任一所述的复合构件。

6.一种制备如权利要求1-4任一所述包含非晶合金的复合构件的方法，其特征在于包括如下步骤：

S01，将非晶合金预制组件装设于模具中的设定位置；

S02，将低熔点材料的原料注入模具中与非晶合金预制组件结合，施与模腔压力使其成型，构成所需非晶合金复合构件。

7.如权利要求6所述制备方法，其特征在于：所述模具包括形状相适配的凸模和凹模，所述凸模上设有熔挤腔，凹模设有成型腔，且熔挤腔与成型腔相通，所述凹模及凸模内均设有感应加热装置。

8.如权利要求7所述制备方法，其特征在于：S01中，所述非晶合金预制件装设于所述成型腔内，S02中，所述凸模在机械外力作用下对熔挤腔内的低熔点材料的原料进行挤压使其注入成型腔内成型。

9.如权利要求8所述制备方法，其特征在于：所述熔挤腔和成型腔相接处接口截面面积与成型腔腔口截面相若。

10.如权利要求9所述制备方法，其特征在于：所述熔挤腔容积与成型腔容积相若。