锁杆及其制备方法与流程

本发明属于合金材料领域，具体涉及一种锁杆及其制备方法。

背景技术：

随着社会交通承载力的不断满荷，以摩拜、ofo为代表的共享单车不断成为短程交通方式首要选择。但流入市场的锁件主要以铝/锌合金、碳钢和钢铁为主，经常出现一系列问题，比如锁杆因为雨水潮湿缘故而严重腐蚀生锈；长时间开闭锁杆而摩擦镀漆损坏，导致环道闭塞；压缩弹簧失效后不能及时反弹开锁；更有甚者直接断裂造成骑车危险。

因此，需要在锁体耐摩擦、防腐蚀，耐强度和弹簧失效上及时改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种锁杆及其制备方法，旨在解决现有锁件易磨损和腐蚀的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种锁杆，所述锁杆包括杆体和包覆所述杆体表面的第二金属镀层，所述杆体由第二锆基非晶合金制成，以所述第二锆基非晶合金的原子百分含量为100％计，所述第二锆基非晶合金包括如下原子百分比的组分：

zr：48-60％；al：14-20％；co：20-30％；pd：1-6％。

本发明提供的锁杆中的杆体由特有的第二锆基非晶合金制成，该弹簧体中的各金属元素共同作用，使得该锁杆满足特有的机械性能，具体为：屈服强度≥1.8gpa，弹性模量≥90gpa，维氏硬度≥540；腐蚀摩擦性能：腐蚀率和摩擦系数均≤12。因该锁杆具有良好的强度和硬度，具有抗腐蚀、抗磨损和抗断裂的优点，因此本发明提供的锁杆在单车机械锁件中具有很好的使用价值。

本发明另一方面提供一种锁杆的制备方法，包括如下步骤：

提供非晶合金原材料，

将所述非晶合金原材料加热熔融成液相金属，然后注入锁杆模腔中冷却，得到由第二锆基非晶合金组成的杆体；

在所述杆体表面镀上第二金属镀层，得到所述锁杆；

其中，以所述第二锆基非晶合金的原子百分含量为100％计，所述第二锆基非晶合金包括如下原子百分比的组分：zr：50-60％；al：14-20％；co：20-30％；pd：1-6％。

本发明提供的制备方法工艺简单，成本低，将该特有的第二镐基非晶合金原材料熔融成液相金属后注入锁杆模具中冷却得到杆体，然后在所述杆体表面镀上第二金属镀层，得到所述锁杆。该制备方法最终得到的锁杆具有良好的强度和硬度，具有抗腐蚀、抗磨损和抗断裂的优点，因此本发明提供的锁杆在单车机械锁件中具有很好的使用价值。

附图说明

图1为本发明锆基非晶合金单车机械锁件的结构图；

图2为本发明中压缩弹簧制作过程图；

其中，图中各附图标记：

1-锁环；2-锁扣；3-压缩弹簧；4-卡口。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

一方面，本发明实施例提供了一种压缩弹簧，所述压缩弹簧包括弹簧体和包覆所述弹簧体表面的第一金属镀层，所述弹簧体由第一锆基非晶合金制成，以所述第一锆基非晶合金的原子百分含量为100％计，所述第一锆基非晶合金包括如下原子百分比的组分：

zr：38-44％；ti：10-15％；ni：8-12％；cu：9-14％；be：18-25％。

本发明实施例提供的压缩弹簧中的弹簧体由特有的第一锆基非晶合金制成，该弹簧体中的各金属元素共同作用，使得该压缩弹簧满足特有的机械性能，具体为：弹簧刚度≥3.2n/mm，弹簧储能≥1800kj，杨氏模量≤100gpa，压缩应力≥200mpa。因该压缩弹簧具有良好的弹塑变形与储能潜力能力，在受到较大作用力时任可防止弹簧失效，因此本发明实施例提供的压缩弹簧在单车机械锁件中具有很好的使用价值。

进一步地，在本发明实施例提供的压缩弹簧中，所述第一锆基非晶合金的通式为zr41.2ti13.8ni10cu12.5be22.5。该通式的锆基非晶合金作为压缩弹簧的机械性能最佳：弹簧刚度3.67n/mm，弹簧储能2451.6kj，杨氏模量96gpa，压缩应力2200mpa。

进一步地，在本发明实施例提供的压缩弹簧中，所述弹簧体为弹簧丝绕成的弹簧圈。所述弹簧丝的直径优选为1-3mm，所述弹簧圈的直径优选为11-13mm。在该尺寸范围内的弹簧体使用方便，而且具有很好的弹性效果。

进一步地，在本发明实施例提供的压缩弹簧中，第一金属镀层可耐腐蚀、耐摩擦磨损，使得压缩弹簧的表面呈平滑光泽膜；优选地，所述第一金属镀层的厚度为8-12μm。所述第一金属镀层的材料包括锌合金、铝合金和不锈钢中的至少一种。

相应地，本发明实施例提供一种压缩弹簧的制备方法，包括如下步骤：

s01：提供非晶合金原材料，

s02：将所述非晶合金原材料加热熔融成液相金属，然后注入弹簧模具中冷却，得到由第一锆基非晶合金组成的弹簧体；

s03：在所述弹簧体表面镀上第一金属镀层，得到所述压缩弹簧；

其中，以所述第一锆基非晶合金的原子百分含量为100％计，所述第一锆基非晶合金包括如下原子百分比的组分：zr：38-44％；ti：10-15％；ni：8-12％；cu：9-14％；be：18-25％。

传统压缩弹簧需经过热处理和表面处理，工艺繁琐且缺陷较多。本发明实施例提供的压缩弹簧制备方法工艺简单，成本低，将该特有的第一镐基非晶合金原材料熔融成液相金属后注入弹簧模具中冷却得到弹簧体，然后在所述弹簧体表面镀上第一金属镀层，得到所述压缩弹簧。该制备方法最终得到的压缩弹簧具有良好的弹塑变形与储能潜力能力，在受到较大作用力时任可防止弹簧失效，因此本发明实施例提供的压缩弹簧在单车机械锁件中具有很好的使用价值。

具体地，本发明实施例的压缩弹簧的多种制作方法，可以采用真空水淬一次成型法、旋转槽急冷法。

进一步地，在上述步骤s01中，非晶合金原材料即为第一锆基非晶合金的原材料，按第一锆基非晶合金中各金属比例进行配备。

进一步地，在上述步骤s02中，可以按照原子百分比配备压缩弹簧的非晶合金原材料，采用非自耗真空电弧炉熔炼得到锆基母合金，然后将母合金加热熔融成液相金属，将钛锭加入所述液相金属中，然后注入弹簧模具中。

所述弹簧模具为石英管铸型模具。如图2所示，该弹簧模具的制备过程包括：将石墨棒抠出半圆形凹槽模型，将石英管烤软后缠绕其上，待冷却后敲除石墨棒，得到石英管铸型；随后将非晶弹簧模型与母合金石英管焊合，自制电阻加热融化母合金；最后将熔体浇注到弹簧模具中，淬入饱和nacl溶液中得到弹簧体。

母合金为电弧熔炼后的合金，加入块体钛锭在于除去多余的氧气与水分，提高真空环境的纯度；也可起预热作用，提高非晶合金的成形质量。nacl溶液可完全淹没弹簧模具，类似淬火，饱和nacl溶液的冷却能力较好，可减小弹簧体中的内应力，使得硬度均匀且较大，机械性能极好。

进一步地，在上述步骤s03中，将弹簧体接着打磨光滑、镀上第一金属镀层。

另一方面，本发明实施例还提供了一种锁杆，所述锁杆包括杆体和包覆所述杆体表面的第二金属镀层，所述杆体由第二锆基非晶合金制成，以所述第二锆基非晶合金的原子百分含量为100％计，所述第二锆基非晶合金包括如下原子百分比的组分：

zr：48-60％；al：14-20％；co：20-30％；pd：1-6％。

本发明实施例提供的锁杆中的杆体由特有的第二锆基非晶合金制成，该弹簧体中的各金属元素共同作用，使得该锁杆满足特有的机械性能，具体为：屈服强度≥1.8gpa，弹性模量≥90gpa，维氏硬度≥540；腐蚀摩擦性能：腐蚀率和摩擦系数均≤12(干燥环境或潮湿环境下)。因该锁杆具有良好的强度和硬度，具有抗腐蚀、抗磨损和抗断裂的优点，因此本发明实施例提供的锁杆在单车机械锁件中具有很好的使用价值。

进一步地，在本发明实施例提供的锁杆中，所述第二锆基非晶合金的通式为zr53al16co26pd5。该通式的锆基非晶合金作为锁杆的机械性能最佳。

如图1所示，在本发明实施例提供的锁杆中的杆体包括一体成型的锁环1和锁扣2。其中，锁环1上设置有卡口4用于锁定。该锁杆的一端挂钩连接有压缩弹簧3，从而组成锁件。

传统的晶态合金机械锁杆将锁环与锁扣分开制作，后经过焊接连接稳固，但容易发生断裂和严重腐蚀，此外，焊缝处杂质元素和断裂条纹较多，对材料的强度大大消减。本发明通过制作非晶合金的锁杆包括一体成型的锁环和锁扣，使得机械锁杆抗腐蚀、抗摩擦磨损和抗断裂能力大大提高，一体成型可避免焊接、热处理带人杂质和断裂条纹的缺陷，只需装入柔性的保护套即可，后期安装简易方便。

进一步地，在本发明实施例提供的锁杆中，第二金属镀层可耐腐蚀、耐摩擦磨损，使得锁杆的表面呈平滑光泽膜；优选地，所述第二金属镀层的厚度为8-12μm，所述第二金属镀层的材料包括锌合金、铝合金和不锈钢中的至少一种。

相应地，本发明实施例还提供一种锁杆的制备方法，包括如下步骤：

t01：提供非晶合金原材料，

t02：将所述非晶合金原材料加热熔融成液相金属，然后注入锁杆模腔中冷却，得到由第二锆基非晶合金组成的杆体；

t03：在所述杆体表面镀上第二金属镀层，得到所述锁杆；

其中，以所述第二锆基非晶合金的原子百分含量为100％计，所述第二锆基非晶合金包括如下原子百分比的组分：zr：50-60％；al：14-20％；co：20-30％；pd：1-6％。

本发明实施例提供的制备方法工艺简单，成本低，将该特有的第二镐基非晶合金原材料熔融成液相金属后注入锁杆模具中冷却得到杆体，然后在所述杆体表面镀上第二金属镀层，得到所述锁杆。该制备方法最终得到的锁杆具有良好的强度和硬度，具有抗腐蚀、抗磨损和抗断裂的优点，因此本发明实施例提供的锁杆在单车机械锁件中具有很好的使用价值。

具体地，本发明实施例的锁杆的多种制作方法，可以采用电弧熔炼喷铸法、电弧熔炼吸铸法，高真空压铸法或热塑成型法制备。

进一步地，在上述步骤t01中，非晶合金原材料即为第二锆基非晶合金的原材料，按第二锆基非晶合金中各金属比例进行配备。

进一步地，在上述步骤t02中，可以按照原子百分比配备锁杆的非晶合金原材料，采用非自耗真空电弧炉熔炼得到锆基母合金，然后将母合金加热熔融成液相金属，注入弹簧模具中。

优选地，冷却过程中，以10-10³℃/s的降温速度冷却，得到所述由第二锆基非晶合金组成的杆体。更进一步地，将所述液相金属注入锁杆模腔内的时间为0.01-0.2s。

具体地，将已经配备好的锆基合金原材料放入真空卧式或立式压铸机，抽高真空处理并迅速加热融化得到液相金属，熔融温度在1100-1860℃之间，zralcopd金属熔点依次为1852℃、660℃、1495℃、1552℃；压铸机的高压值为15-80mpa，然后通过高压以10-30m/s速度压入已预备的锁杆模具(一体成型的锁环和锁扣模具)中。

更优选地，将所述锁杆模腔预热至温度150-250℃后，再将所述液相金属注入锁杆模腔内。

进一步地，在上述步骤t03中，将杆体接着打磨光滑、镀上第二金属镀层。

最后，本发明实施例提供一种机械锁件，如图1所示，包括锁杆和与所述锁杆一端挂钩连接的压缩弹簧，所述压缩弹簧为本发明实施例特有的压缩弹簧，锁杆为本发明实施例特有的锁杆；

具体地，所述压缩弹簧包括弹簧体和包覆所述弹簧体表面的第一金属镀层，所述弹簧体由第一锆基非晶合金制成，以所述第一锆基非晶合金的原子百分含量为100％计，所述第一锆基非晶合金包括如下原子百分比的组分：zr：38-44％；ti：10-15％；ni：8-12％；cu：9-14％；be：18-25％；所述锁杆包括杆体和包覆所述杆体表面的第二金属镀层，所述杆体由第二锆基非晶合金制成，以所述第二锆基非晶合金的原子百分含量为100％计，所述第二锆基非晶合金包括如下原子百分比的组分：zr：50-60％；al：14-20％；co：20-30％；pd：1-6％。

本发明实施例提供的机械锁件由本发明特有的锁杆和压缩弹簧组成；该锁杆具有良好的强度和硬度，具有抗腐蚀、抗磨损和抗断裂的优点，该压缩弹簧具有良好的弹塑变形与储能潜力能力，在受到较大作用力时任可防止弹簧失效，该机械锁件中的非晶合金可依据所需性能进行元素优化，且不会对人体健康造成威胁。因此，该机械锁件具有使用安全和长久的特点。

该机械锁件的制备过程为，先通过上述制备方法得到锁杆和压缩弹簧，然后将锁杆(包括一体成型的锁环和锁扣)与压缩弹簧实现挂钩连接，即可得到非晶合金机械锁件。

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。

实施例1

高真空压铸法制备锁杆，包括如下步骤：

1)先按照zr53al16co26pd5原子百分比配备合金原材料，再将原材料准确放入到卧式或立式高真空压铸机中，并抽真空使得真空度不足60pa。

2)开启加热装置，凭借感应加热使原材料熔融成液相金属，利用电磁搅拌反复混合金属液成分，加热熔融温度为1860℃(元素的熔点依次为1852℃、660℃、1495℃、1552℃)。

3)机械锁杆模具预热至200℃，然后将金属液在15-80mpa高压下10-30m/s高速注入机械锁杆模腔，设置填充速度。

4)填充后以10-10³℃/s的速度迅速冷却，冷却后开启铜模，得到形状一定的锆基非晶合金机械锁杆体，接着打磨光滑、镀上金属镀层。

实施例2

真空急冷喷铸法制备锁杆，包括如下步骤：

1)先按照zr53al16co26pd5原子百分比配备合金原材料，再将原材料准确放入到电弧熔炼炉中反复熔炼，使其成为成分均匀的块体母合金。

2)将块体母合金剪成小块放入石英管中，置于快速加热冷凝中，抽真空至低于3×10^-3pa，加热装置，凭借感应加热使块体金属熔融成金属液，加热温度在1100℃。

3)将金属液在高纯气压下5-10²m/s速度注入机械锁杆铜模中，以10-10³℃/s的速度迅速冷却，冷却后开启铜模得到形状一定的锆基非晶合金机械锁杆体，体，接着打磨光滑、镀上金属镀层。

实施例3

真空水淬一次成型法制备压缩弹簧，包括如下步骤：

1)先按照zr41.2ti13.8ni10cu12.5be22.5原子百分比配备合金原材料，利用非自耗真空电弧炉熔炼母合金，真空度在3×10^-3pa以下。

2)如图2，将石墨棒按弹簧尺寸设计抠出半圆形凹槽模型，将内径2mm石英管烤软后缠绕在石墨棒上冷却后定型，随后敲碎石墨棒，得到石英管铸型，并此石英管弹簧模型与母合金石英管焊合。

3)将母合金小碎块和钛锭装入干净石英管，抽高真空低于3×10^-3pa，ar气保护下用电阻加热至1100℃保温8-10min，使之再次完全熔化并均匀混合。

4)用200kpaar气将熔体压入弹簧模具，保持1min后迅速淬入饱和nacl溶液，获得弹簧丝直径2mm，绕圈直径12mm，的zr41.2ti13.8ni10cu12.5be22.5非晶弹簧体，长度约50-60mm。接着打磨光滑、镀上金属镀层。

实施例4

旋转槽急冷法制备压缩弹簧，包括如下步骤：

1)配备一个卷绕用的圆柱形模具，可调速旋转，外有一高频感应加热圈，用于加热模具，卷绕位置周围设有ar气喷嘴，并有非晶丝引丝机。

2)加热工艺，将熔体压入模具中，初始快速加热3-4min至400-450℃然后快速卷绕加工成形，约20-30min，然后冷却至室温。卷绕加工是在tg+50℃(tg指合金的玻璃化温度)温度下进行。最后，打磨光滑、镀上金属镀层。

非晶合金制得的锁杆性能比较

对上述实施例中所制备的锆基非晶合金锁杆进行了室温准静态压缩实验，测试设备为：cmt4305型万能力学试验机，压缩速率设置为10^-4mm/s，制样规格为：直径2mm、长径比为2:1的标准样；同时选取了市面上用于制备单车锁杆的铝/锌合金、碳钢和不锈钢进行了对比，结果如下表1所示，可见本发明实施例的锆基非晶合金锁杆强度更好。

表1

非晶合金制得的压缩弹簧性能比较

对上述实施例所制备的锆基非晶合金压缩弹簧利用tls-100数显弹簧拉压试验机测定弹簧的刚度，并选择目前市场上主流弹簧作比较分析，结果如下表2所示。可见本发明实施例中的锆基非晶合金压缩弹簧的综合性能更加突出。

表2

综上所述，本发明实施例提供了一种锆基非晶合金单车机械锁件(锁杆和压缩弹簧)与其制作方法。本发明实施例锁杆(锁环和锁扣一体成型)和压缩弹簧均由锆基非晶合金制成，一体成型的锁杆可避免焊接、热处理带入的杂质元素与断裂条纹，可以高效地防护单车机械锁腐蚀、磨损与断裂缺陷；此外依靠非晶合金良好的弹塑变形与储能潜力能力，可防止在受到较大作用力时的失效问题；通过非晶工艺可在一定程度上减少传统工艺的缺陷与耗时。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。