CN114457252A - 一种非晶合金复合带材的制备系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非晶合金复合带材制备技术领域，公开了一种非晶合金复合带材的制备系统，包括进料辊、出料辊、预热器和喷射器；所述进料辊和出料辊沿输送方向依次设置，非晶合金带材缠绕于进料辊，非晶合金带材的输出端与出料辊连接，所述预热器的输出端和喷射器的输出端均朝向进料辊与出料辊之间的非晶合金带材，所述预热器用于加热非晶合金带材，喷射器用于喷射微粒介质。本发明还公开了一种非晶合金复合带材的制备方法。其有意效果在于：利用非晶合金的特性，将非晶合金与微粒介质相融合，调控非晶合金带材的各类性能，且成本低、加工效率高。

Description

一种非晶合金复合带材的制备系统及方法

技术领域

本发明涉及非晶合金复合带材制备技术领域，具体涉及一种非晶合金复合带材的制备系统及方法。

背景技术

非晶合金由于其独特的无序原子结构，具备常规金属所不具备的各类性质，例如高强度、高弹性等，但同时也存在脆性大、导热能力低等缺点，严重制约其应用。复合材料可以综合各类材料的优点，以实现材料性能的进一步突破，有助于实现非晶合金材料性能的进一步提升。例如，专利CN201910239778.0公开了一种非晶合金增强的复合材料及其制备方法，将铁基非晶合金与铝基非晶合金的混合非晶合金作为增强体，通过烧结方式将两种非晶合金结合作为增强共同体，该方法有效地提高复合材料的抗拉强度、韧性及耐腐蚀性大大增加，但是通过粉末的混合烧结，流程较为复杂，且材料容易晶化，致密度控制繁琐。专利CN201010546698.9公开了一种非晶金属与塑料的复合材料、复合壳件及其制备方法，将非晶金属薄片附着在注塑模腔的内壁上，并从注塑模腔的注塑口中注入熔融塑料，冷却成型，使非晶金属层和塑料层粘接在一起形成一整体。该方法使得该复合材料兼具非晶金属的耐腐蚀、耐磨性能、防电磁辐射性及塑料的轻质的特点，同时由于非晶金属层非常薄，但该方法类似于在塑料上添加非晶合金涂层，其基体为塑料，其力学性能等的提升是基于塑料而非非晶合金。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、操作方便的非晶合金复合带材的制备系统。本发明的另一目的在于提供一种能够将非晶合金复合带材与复合材料相结合的制备方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种非晶合金复合带材的制备系统，包括进料辊、出料辊、预热器和喷射器；所述进料辊和出料辊沿输送方向依次设置，非晶合金带材缠绕于进料辊，非晶合金带材的输出端与出料辊连接，所述预热器的输出端和喷射器的输出端均朝向进料辊与出料辊之间的非晶合金带材，所述预热器用于加热非晶合金带材，以使非晶合金带材处于过冷液相区，与喷射器喷出的微粒介质相结合。

进一步地，还包括压料辊，所述压料辊与出料辊相配合，以挤压铺满微粒介质的非晶合金复合带材。

进一步地，所述压料辊作用于非晶合金复合带材的压力为0-1Gpa。

进一步地，所述预热器的预热方式包括激光预热、气氛预热、电磁感应预热、等离子束预热中的一种或多种。

进一步地，所述预热器还包括所需的工作气氛，其中工作气氛包括空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳中的多种或一种。

进一步地，所述喷射器用于喷射微粒介质，所述微粒介质包括金刚石颗粒、陶瓷颗粒、金属颗粒中的一种或多种。

进一步地，所述喷射器的喷射压力为0-10Gpa。

进一步地，所述进料辊与出料辊沿中心顺时针旋转，以完成进出料，所述进料辊和出料辊的旋转速度相等，旋转速度均为0-1000rpm。

一种基于上述的非晶合金复合带材的制备方法，包括如下步骤：

S1：将非晶合金带材装夹于进料辊、出料辊中，并调整好初始位置，使非晶合金带材预紧，完成工件的装夹；

S2：选择所需的预热方法，并启动预热器，使非晶合金带材处于其过冷液相区温度范围，提供工作所需的气氛环境；

S3：设定喷射器参数及所需微粒介质和流体，启动进、出料辊的同时启动喷射器，非晶合金带材在进、出料辊的带动下运动的同时完成微粒介质的轰击，制得非晶合金复合带材。

进一步地，还包括S4：压料辊与出料辊共同挤压铺满微粒介质的非晶合金带材，最终完成非晶合金基复合带材的出料。

本发明相对于现有技术具有如下优点：

1、本发明利用“当非晶合金处于过冷液相区时，其塑性得到了极大的增加，此时非晶合金可以呈现近乎于“牛顿流体”的流动性，利用此时非晶合金的超塑性形成能力，可以实现非晶合金复合材料的制备。”进出料辊可以实现整卷非晶合金带材的加工，初始非晶合金带材装夹于进料辊上，并一端装夹于出料辊，形成预紧力，工作时出料辊用于收集已制备的非晶合金基复合带材。预热器将非晶合金加热到其过冷液相区，此时非晶合金的粘度急剧降低，流动性大大增强，此时喷射器喷出的微粒介质在流体的带动下产生冲击，可以直接镶嵌入非晶合金带材中，形成复合材料；喷射器的运动路径可以调节，已完成不同需求的镶嵌，例如阵列镶嵌、同心圆镶嵌等等；预热器的气氛可以提供保护，避免工作中非晶合金发生化学反应以致改性；同时喷射器的流体也起到了保护非晶合金改性的作用，如惰性气体可以避免其氧化、低温气体或者液体可以降低冲击时产生的热量或增大冷却速率，避免晶化。

2、本发明中的压料辊通过挤压可以降低非晶合金基复合带材表面的粗糙度，同时通过挤压可以促使是非晶合金和微粒介质的更紧密结合。

3.本发明中的制备方法利用非晶合金在过冷液相区超塑性流动的特点进行非晶合金基复合带材的制备，可以有效的避免非晶合金的晶化，结合致密性高，材料改性效果明显，可以实现非晶合金带材各类性能的调控，同时成本低、加工效率高。利用冲击的方式制备获得非晶合金基复合带材；通过添加不用的微粒介质可以改善非晶合金的性质，例如金刚石微粒可以提高非晶合金的耐磨性、铜等金属颗粒可以提高导电性、铁等金属课题可以提高磁导率等等。喷射器借助流体喷射，可以提供所需冲击力的同时，可以降低冲击时产生的热量或增大冷却速率，避免晶化。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例1中的非晶合金复合带材的制备系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例2中的非晶合金复合带材的制备系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例3中的非晶合金复合带材的制备系统的结构示意图。

图中，1、进料辊；2、出料辊；3、预热器；4、喷射器；5、压料辊；6、非晶合金带材；7、微粒介质；8、气氛加热。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示的非晶合金复合带材的制备系统包括进料辊1、出料辊2、预热器3和喷射器4；所述进料辊1和出料辊2沿输送方向依次设置，非晶合金带材6缠绕于进料辊1，非晶合金带材6的输出端与出料辊2连接，所述预热器3的输出端和喷射器4的输出端均朝向进料辊1与出料辊2之间的非晶合金带材6，所述预热器3用于加热非晶合金带材6，以使非晶合金带材6处于过冷液相区，喷射器4用于喷出的微粒介质7，微粒介质7与处于过冷液相区的非晶合金带材相结合，制得非晶合金复合带材。

其中，预热器3的预热方式包括激光预热、气氛预热、电磁感应预热、等离子束预热中的一种或多种。预热器3还可喷出所需的工作气氛，其中工作气氛包括空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳中的多种或一种。预热器3的工作温度设定由非晶合金材料的过冷液相区决定并处于中间的范围，预热器3可根据需求设定对应预热位置及路径。喷射器4用于喷射微粒介质，所述微粒介质包括金刚石颗粒、陶瓷颗粒、金属颗粒中的一种或多种。喷射器4的喷射压力为0-10Gpa。喷射器4由流体流动产生压力，带动微粒介质向外运动产生冲击力；所述流体包含空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳中的一种或多种常温气体，或者超临界二氧化碳、液氮中的一种或多种低温气体，或者水、油、有机溶质、电解质溶液、酒精中的一种或多种液体，所述喷射器4运动路径可调，且喷射器4可根据需求设置一个或多个。预热器3和喷射器4的功能可由市售产品实现。

还包括压料辊5，所述压料辊5与出料辊2相配合，以挤压铺满微粒介质的非晶合金复合带材。当所制备的非晶合金复合带材对表面粗糙度无要求时，可不进行压料工序。压料辊5作用于非晶合金复合带材的压力为0-1Gpa。

所述进料辊1与出料辊2沿中心顺时针旋转，以完成进出料，所述进料辊1和出料辊2的旋转速度相等，旋转速度均为0-1000rpm。

一种基于上述的非晶合金复合带材的制备方法，包括如下步骤：

S1：将非晶合金带材装夹于进料辊、出料辊中，并调整好初始位置，使非晶合金带材预紧，完成工件的装夹；

S2：选择所需的预热方法，并启动预热器，使非晶合金带材处于其过冷液相区温度范围，提供工作所需的气氛环境；

S3：设定喷射器参数及所需微粒介质和流体，启动进、出料辊的同时启动喷射器，非晶合金带材在进、出料辊的带动下运动的同时完成微粒介质的轰击，制得非晶合金复合带材；

S4、压料辊与出料辊共同挤压铺满微粒介质的非晶合金带材，最终完成非晶合金基复合带材的出料。

具体实施时，如图1所示，将非晶合金带材6装夹于进料辊1、出料辊2中，并调整好初始位置，使非晶合金带材6预紧，完成工件的装夹，非晶合金带材(组分为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5，Tg为349℃，Tx为426℃)，预热器3选定激光作为预热方式，使非晶合金带材6工作部分处于其过冷液相区温度范围，微粒介质7为金刚石，需用液氮作为喷射流体，启动进、出料辊的同时启动喷射器，进、出料辊旋转速度为100rpm，喷射器4喷射压力为100Mpa，直线路径运动，非晶合金带材1在进、出料辊带动下运动的同时完成微粒介质7的轰击，最终完成非晶合金复合带材的制备，同时压料辊5工作，与出料辊2一起产生挤压，完成非晶合金基复合带材的出料。

实施例2：

本实施例除以下技术特征外同实施例1：

具体实施时，如图2所示，将非晶合金带材6装夹于进、出料辊中，并调整好初始位置，使非晶合金带材6预紧，完成工件的装夹，非晶合金带材(组分为Zr44Ti11Cu10Ni10Be25，Tg为350℃，Tx为471℃)，预热器3选定气氛加热8作为预热方式，使非晶合金带材6工作部分处于其过冷液相区温度范围，工作范围处于氩气保护中，微粒介质7为陶瓷颗粒，氩气作为喷射流体，启动进、出料辊的同时启动喷射器4，本实施例中设置两个喷射器4分别于材料上下方进行喷射工作，进、出料辊旋转速度为100rpm，位于上方的喷射器4喷射压力为90Mpa，直线路径运动，位于下方的喷射器4喷射压力为110Mpa，曲线路径运动，非晶合金带材6在进、出料辊带动下运动的同时完成微粒介质7的轰击，最终完成非晶合金复合带材的制备，同时压料辊(图中未画出)工作，与出料辊2一起产生挤压，完成非晶合金基复合带材的出料。

实施例3：

本实施例除以下技术特征外同实施例1：

具体实施时，如图3所示，其工作原理与实施例1类似，不同处在于本实施例未设置压料辊，或者设置压料辊但压料辊不工作，此时由于非晶合金基复合带材的主要制备目的是为了提高非晶合金的表面耐磨性，对表面粗糙度无要求，故可不进行压料工序。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非晶合金复合带材的制备系统，其特征在于：包括进料辊、出料辊、预热器和喷射器；所述进料辊和出料辊沿输送方向依次设置，非晶合金带材缠绕于进料辊，非晶合金带材的输出端与出料辊连接，所述预热器的输出端和喷射器的输出端均朝向进料辊与出料辊之间的非晶合金带材，所述预热器用于加热非晶合金带材，以使非晶合金带材处于过冷液相区，与喷射器喷出的微粒介质相结合。

2.根据权利要求1所述的非晶合金复合带材的制备系统，其特征在于：还包括压料辊，所述压料辊与出料辊相配合，以挤压铺满微粒介质的非晶合金复合带材。

3.根据权利要求2所述的非晶合金复合带材的制备系统，其特征在于：所述压料辊作用于非晶合金复合带材的压力为0-1Gpa。

4.根据权利要求1所述的非晶合金复合带材的制备系统，其特征在于：所述预热器的预热方式包括激光预热、气氛预热、电磁感应预热、等离子束预热中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的非晶合金复合带材的制备系统，其特征在于：所述预热器还包括所需的工作气氛，其中工作气氛包括空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳中的多种或一种。

6.根据权利要求1所述的非晶合金复合带材的制备系统，其特征在于：所述喷射器用于喷射微粒介质，所述微粒介质包括金刚石颗粒、陶瓷颗粒、金属颗粒中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的非晶合金复合带材的制备系统，其特征在于：所述喷射器的喷射压力为0-10Gpa。

8.根据权利要求1所述的非晶合金复合带材的制备系统，其特征在于：所述进料辊与出料辊沿中心顺时针旋转，以完成进出料，所述进料辊和出料辊的旋转速度相等，旋转速度均为0-1000rpm。

9.一种基于上述权利要求1～8中任一项所述的非晶合金复合带材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将非晶合金带材装夹于进料辊、出料辊中，并调整好初始位置，使非晶合金带材预紧，完成工件的装夹；

S2：选择所需的预热方法，并启动预热器，使非晶合金带材处于其过冷液相区温度范围，提供工作所需的气氛环境；

S3：设定喷射器参数及所需微粒介质和流体，启动进、出料辊的同时启动喷射器，非晶合金带材在进、出料辊的带动下运动的同时完成微粒介质的轰击，制得非晶合金复合带材。

10.根据权利要求9所述的非晶合金复合带材的制备方法，其特征在于，还包括S4：压料辊与出料辊共同挤压铺满微粒介质的非晶合金带材，最终完成非晶合金基复合带材的出料。

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