专利名称：一种非晶合金表面处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于非晶合金制造技术领域，更具体地，本发明涉及一种非晶合金表面处理工艺。
背景技术：
非晶合金自1960年被首次发现以来，一直是研究的热点。20世纪90年代采用多元合金化法，降低了非晶合金的临界冷却速度，实现了块体非晶合金的制备，使该类材料的工程应用成为可能。非晶合金短程有序、长程无序的结构，使其具有高强度、高弹性极限、抗磨损性能良好等优异的力学性能。但由于没有位错滑移、孪生等典型的变形机制，变形只能通过剪切带的形成和扩展来实现。室温下剪切带导致基体软化并加速扩展，很快形成裂纹， 使块体非晶合金脆断，限制了该类新型材料的工程应用。如何克服非晶合金材料的脆性，一直是该领域的重要研究方向。为了增加非晶合金材料的塑性，解决其脆断问题，目前主要采用的是复合方法，即在大块非晶合金中复合第二相如纳米颗粒、枝晶相等。这方面的代表性工作是美国加州理工大学W. L. Johnson完成的。复合方法确实能有效提高塑性，但导致制备工艺更加复杂，材料流动性变差，生产成本提高。非晶合金与韧性材料复合的方法，工艺复杂、成本高，研究者们同时在寻求更简单的方法，研究发现对大块非晶合金采用喷丸的方法(即向材料表面喷射陶瓷小颗粒)进行表面处理能够起到引入表面压缩残余应力的作用。喷丸表面处理可在大块非晶合金材料中引入大量剪切带，这使得大块非晶合金材料的压缩过程更接近均勻形变，剪切带难以很快扩展(受到残余应力的限制)成裂纹，从而可有效提高大块非晶合金材料的塑性。另外，现有专利公开了喷丸工艺改善非晶合金韧性、耐用性及疲劳性能的方法，取得了非常好的使用效果。虽然，喷丸工艺方法很好的改善了非晶合金的塑性变形能力、韧性及疲劳性能，但同时给工件带来了比较大的粗糙度，同时表面处理产生的残余应力会引起工件的变形，尤其对于工件壁厚较薄的工件，工件产生的形变更大，从而影响了工件的制备精度及使用效^ ο
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种非晶合金表面处理工艺，该非晶合金表面处理工艺至少具有下列优点之一工艺方法简单、 处理效果好、处理成本低、效率高。根据本发明实施例的非晶合金表面处理工艺，包括利用金属颗粒和非金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理。根据本发明实施例的非晶合金表面处理工艺，由于金属颗粒通常具有密度大、韧性高、硬度小的特点，相对非金属材料具有更大的动能，可以对非晶合金表面产生较大的打击力度，从而产生足够的形变，有利于剪切带的生成；非金属颗粒相对于金属颗粒，通常具有低密度、高硬度及脆性大的特点，由于密度小则动能小，因此对非晶合金表面的打击力度小，并且由于非金属颗粒硬度高脆性大，对非晶合金表面具有更好的切削力，可对非晶合金表面的缺陷及微小裂纹进行消除，使得合金具有更加均勻一致的表面。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1是根据本发明实施例的处理工艺所得样品应力应变曲线图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本发明所涉及的非晶合金表面处理工艺主要包括利用金属颗粒和非金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理。本发明所涉及的非晶合金表面处理工艺适用于任意非晶合金材料的表面处理。考虑到在对厚度较小的非晶合金材料工件表面进行机械处理时，由于较小的应力即可导致非晶合金材料的弯曲变形，因此表面处理产生的残余应力非常容易引起非晶合金工件变形而无法保证尺寸精度，而采用本发明涉及的非晶合金表面处理工艺对整个非晶合金工件进行表面处理时，则可有效地改善或消除残余应力引起的变形，因此本发明尤其适用于厚度较小的非晶合金材料工件的表面机械处理，尤其是厚度小于2mm的非晶合金材料工件。关于金属颗粒的材质，需要理解的是，非晶合金的塑性形变是通过剪切带低粘度区域的形成和扩展完成的，剪切带的形成有利于非晶合金塑性和韧性的改善，基于此，本发明中优选具有密度大、韧性高、硬度小的特点的金属颗粒，如钢丸、铁丸、钢砂或铁砂中的一种或多种组合对非晶合金表面进行喷射打击，由于金属颗粒具有较大动能，可以对非晶合金表面产生较大的打击力度，从而产生足够的形变，有利于剪切带的生成。关于非金属颗粒的材质，需要理解的是，非金属颗粒相对于金属颗粒，具有低密度、高硬度及脆性大的特点，密度小则动能小，对非晶合金表面的打击力度小，但由于非金属颗粒硬度高脆性大，对非晶合金表面具有更好的切削力，可对非晶合金表面的缺陷及微小裂纹进行消除，使得合金具有更加均勻一致的表面，故而选之，尤其优选陶瓷、玻璃的丸料或砂料中的一种或多种。关于金属颗粒和非金属颗粒的大小，优选地，金属颗粒平均粒径介于0. 05mm Imm之间。进一步优选地，非金属颗粒平均粒径介于0.05mm 0.25mm之间。通过相对于金属颗粒而言而采用相对较细的非金属颗粒，利用较小的非金属颗粒切削和摩擦作用，可以有效提高和改善非晶合金表面的粗糙度，并可使合金表面的组织状态及应力状态趋于一致，从而可以有效改善甚至消除非晶合金工件在喷丸处理过程中产生的变形。优选的，金属颗粒与非金属颗粒的体积比介于1 5与1 20之间，既可以获得较好的材料塑性和韧性， 又可以获得较小的表面粗糙度，同时非晶合金工件具有较小的表面处理产生的形变。关于本发明所涉及的非晶合金表面处理工艺的喷射时间和压力没有特殊要求，可以根据非晶合金工件所要求的材料性能和表面效果进行调整，优选的喷射时间为IOS 60S之间，优选的喷射压力介于0. 2MPa IMPa之间。此外，关于本发明所涉及的非晶合金表面处理工艺的喷射处理顺序没有特殊限制，只要能起到对非晶合金表面的喷射效果即可，例如可以先用金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理，然后利用非金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理；可以先利用非金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理，然后利用金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理；也可以利用非金属颗粒和金属颗粒构成的混合颗粒对非晶合金表面进行喷射处理；也可以分别利用非金属颗粒和利用金属颗粒同时对非晶合金表面进行喷射处理；还可以利用非金属颗粒和利用金属颗粒交替地对非晶合金表面进行喷射。 下面通过具体实施例描述本发明。实施例1将成分为^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通过压铸设备将其铸射到金属模具中， 得到尺寸为0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。将平均粒径为0. 2mm的钢丸颗粒和平均粒径为0. 15mm的白刚玉颗粒充分混合后加入自动喷砂机，在0. 5MPa条件下，对非晶合金毛坯件做喷射处理20s，获得喷射样品。实施例2将成分为^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通过压铸设备将其铸射到金属模具中， 得到尺寸为0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。将平均粒径为0. 2mm的铁砂颗粒和平均粒径为0. Imm的石英砂颗粒充分混合后加入自动喷砂机，在0. 3MPa条件下，对非晶合金毛坯件做喷射处理30s，获得喷射样品。实施例3将成分为^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通过压铸设备将其铸射到金属模具中， 得到尺寸为0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。将平均粒径为0. 2mm的铁砂颗粒和平均粒径为0. Imm的石英砂分别加入自动喷砂机的不同喷射腔体中，在0. 3MPa条件下，铁砂颗粒和石英砂颗粒同时对非晶合金毛坯件做喷射处理30s，获得喷射样品。实施例4将成分为^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通过压铸设备将其铸射到金属模具中， 得到尺寸为0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。将平均粒径为0. 2mm的铁砂颗粒加入到自动喷砂机的喷射腔体中，在0. 3MPa条件下，对非晶合金毛坯件做喷射处理30s，获得喷射样品；然后将平均粒径为0. Imm的石英砂加入到自动喷砂机的喷射腔体中，在0. 3MPa条件下，对非晶合金毛坯件做喷射处理30s，获得喷射样品。实施例5将成分为^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通过压铸设备将其铸射到金属模具中， 得到尺寸为0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。
将平均粒径为0. Imm的石英砂颗粒加入到自动喷砂机的喷射腔体中，在0. 3MPa 条件下，对非晶合金毛坯件做喷射处理30s，获得喷射样品；然后将平均粒径为0. 2mm的铁砂颗粒加入到自动喷砂机的喷射腔体中，在0. 3MPa条件下，对非晶合金毛坯件做喷射处理 30s，获得喷射样品。同时，为了与未进行表面处理的非晶合金毛坯件和采用传统喷丸处理的喷射样品进行比较，还采用类似的工艺制备了对比例1和对比例2的样品。具体如下对比例1将成分为^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通过压铸设备将其铸射到金属模具中， 得到尺寸为0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。对非晶合金毛坯件不做喷射处理，直接采用万能力学拉伸试验机对非晶合金毛坯件进行抗弯性能测试，跨距为50mm，加载速率为2mm/Min，采用无缺口简支梁测试非晶合金毛坯件的冲击韧性，用三位测量仪测试非晶合金毛坯件的平面度，用粗糙度测量仪测试非晶合金毛坯件的粗糙度，并记录测量数据。对比例2将成分为^52AlltlCu3tlNi7的非晶合金熔融，通过压铸设备将其铸射到金属模具中， 得到尺寸为0. 6mmX IOmmX 60mm的非晶合金毛坯件。将平均粒径为0. 2mm的钢丸颗粒加入自动喷砂机，在0. 5MPa条件下，对非晶合金毛坯件做喷射处理20s，获得喷射样品。以上实施例和对比例中所有样品喷射完成后，均采用万能力学拉伸试验机对喷射样品进行抗弯性能测试，跨距为50mm，加载速率为2mm/Min，采用无缺口简支梁测试喷射样品的冲击韧性，用三位测量仪测试喷射样品的平面度，用粗糙度测量仪测试喷射样品的粗糙度，并记录测量数据。将上述实施例和对比例的样品及测试所得数据进行统计，统计结果见表1。并且，将实施例1和对比例1、对比例2的样品的应力应变曲线数据绘于图1。
权利要求
1.一种非晶合金表面处理工艺，其特征在于，包括利用金属颗粒和非金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理。
2.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述金属颗粒为钢丸、铁丸、钢砂、铁砂中一种或多种。
3.如权利要求2所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述金属颗粒的平均直径在0. 05mm与Imm之间。
4.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述非金属颗粒为陶瓷、 玻璃的丸料或砂料中的一种或多种。
5.如权利要求4中任一项所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述非金属颗粒的平均直径在0. 05mm与0. 25mm之间。
6.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述金属颗粒与所述非金属颗粒的体积比在1 5 1 20之间。
7.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述喷射处理的时间在 10秒 60秒之间。
8.如权利要求1或7所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述喷射处理的压力在 0. 2MPa-lMPa 之间。
9.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述喷射处理包括先利用所述金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理，然后利用所述非金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理。
10.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述喷射处理包括先利用所述非金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理，然后利用所述金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理。
11.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述喷射处理为利用所述非金属颗粒和所述金属颗粒构成的混合颗粒对非晶合金表面进行喷射处理。
12.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述喷射处理为分别利用所述非金属颗粒和利用所述金属颗粒同时对非晶合金表面进行喷射处理。
13.如权利要求1所述的非晶合金表面处理工艺，其特征在于，所述喷射处理包括利用所述非金属颗粒和利用所述金属颗粒交替地对非晶合金表面进行喷射。
全文摘要
本发明公开了一种非晶合金表面处理工艺，所述处理工艺包括利用金属颗粒和非金属颗粒对非晶合金表面进行喷射处理。所述金属颗粒为钢丸、铁丸、钢砂、铁砂中一种或多种，非金属颗粒为陶瓷、玻璃的丸料或砂料中的一种或多种。根据本发明的非晶合金表面处理工艺不仅改善了非晶合金的塑性变形能力和冲击韧性，而且改善了非晶合金的表面粗糙度，同时解决了已知技术中喷射处理过程中引起的工件变形问题，从而为非晶合金在高强度精密工件和外观要求较高的工件中的应用提供了可能。
文档编号C21D7/06GK102433421SQ20111042143
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者宫清, 张春萌, 张法亮, 李运春 申请人:比亚迪股份有限公司