本发明属于非晶合金加工方法的，具体涉及一种轻型非晶合金构件的加工方法。
背景技术：
1、随着非晶合金商用化日渐深入各工业领域，因具有优异的成型性能，非晶合金逐渐推广应用至特殊的结构制件中。结构制件是指以材料的某些机械或者力学性能为主要应用指标的一类工程材料，所述机械或者力学性能包括但不限于材料的屈服强度、断裂强度、断裂韧性、塑性延伸率、弹性模量、疲劳性能等关键指标。对于材料的选用来说，单一的强度或者韧性指标与材料的基础性能相符，但是对于复杂结构的特殊性能要求，如密度问题、抗腐蚀性问题等等，就需要在特定系列合金的基础上进行再开发和利用。
2、非晶合金微观具有短程有序、长程无序的特点，宏观具有高强度、高硬度、良好的耐蚀性等特点，再加上现有商用非晶合金体系具有良好的成型性能，非晶合金已成为复杂异形结构件的材料首选。
技术实现思路
1、现有合金材料，如铝合金、不锈钢等，在作为结构件时各有各的缺点，铝合金强度低、易变形，不锈钢密度高、难以一次成型，因此，现有的合金材料在许多新兴领域中已无法满足作为结构件的需求。例如在ar、vr、mr领域，结构件设计越来越小、越来越复杂、越来越轻薄，现有合金材料根本无法满足来自设计端口的多重需求。
2、非晶合金则与现有合金材料不同，其具有良好的成型性能，利用压铸工艺能做到一次净成型，能实现多种特殊结构要求，例如无需机加工即可制成包含多重曲面的高强度结构件、包含多个严苛尺寸要求的孔结构的超薄件等。进一步地，非晶合金的商用化开发远未到这种材料的极限，因此在应用上具有无限的可能性。
3、本发明的目的是提供一种适用于现有领域中对轻薄化设计有严格要求结构件的轻型非晶合金构件的加工方法，旨在提供一种制备轻薄化结构件的技术方案，通过对非晶合金及其加工方法的改进达到复杂构件轻量化设计的目的。
4、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下所述。
5、本发明中提供的轻型非晶合金构件的加工方法，包含如下步骤：
6、s01，按照合金组成tiazrbalcbedhfeyf称取原料，混合，放置入真空熔炼炉的熔炼装置内，中a、b、c、d、e、f为合金元素组分的原子百分比，a+b+c+d+e+f=100，各元素组分的原子百分比取值范围为：30≤a≤50、20≤b≤40、10≤c≤15、5≤d≤10、4≤e≤8、0.1≤f≤1；
7、s02，将真空熔炼炉的真空度抽至低于0.1pa，然后通入惰性气体，在惰性气氛下，进行熔炼，将合金原料熔炼均匀；
8、所述真空炉的熔炼装置为旋转熔炼装置，能够在熔炼过程中带动熔体做离心运动；
9、s03，使用浇铸、吸铸、压铸中的任意一种铸造方式进行合金成型，得到非晶合金构件。
10、本发明中技术方案的技术路线非常明确：
11、首先，确认适用于轻量化成型的非晶合金体系。非晶合金的材料本身是轻量化成型的关键。一方面，非晶合金体系需具备更低的密度，另一方面，成型后的非晶合金需要具备更高的比强度，两方面的需求相辅相成、缺一不可，若合金体系一味地追求低密度，则强度和硬度会断崖式下跌，熔体难熔且不易成型，而过于追求强度，则会与现有商用锆基非晶相差不大，密度始终在7g/cm3左右，无法与现有技术中其他的合金材料拉开差距。
12、本发明中选择以ti-zr为主元的非晶合金体系，同时添加al降低密度，添加be提升形成能力，添加hf与zr形成稳定微观结构，添加y除氧，所有的成分合金化以后形成稳定的体系，保证了非晶合金各方面的需求。
13、优选地，s01中，zr与hf原料采用制备zr单质原料过程中提纯前的、与hf元素伴生的zr-hf原料，zr与hf原子百分比之比的范围为3-5。hf元素是与zr元素同一主族的元素，两者本身在原料矿物中就伴生，zr元素在由原料矿物提纯制成高纯锆原料的过程中，最后一步就是与伴生的hf分离。在本发明中，反而无需使用高纯锆作为原料，采用伴生的zr-hf原料，尤其优选zr与hf原子百分比之比的范围为3-5的原料，不仅能够降低原料成本，而且在熔炼过程中，zr-hf会形成稳定的熔融结构，提升熔体熔融性能，使相对难熔的al、ti都能够很好的形成互溶体。现有技术中，非晶合金的熔炼往往需要利用熔炼装置熔炼3-6次才能获得均匀的熔体，而本发明中的非晶体系结合下述旋转熔炼的工艺，熔炼一次即可获得均匀熔体，能有效降低熔炼工艺的能耗。
14、优选地，s02中，所述真空熔炼设备包括熔炼坩埚、感应加热装置以及旋转装置，所述感应加热装置设于所述熔炼坩埚外侧，在熔炼过程中固定所述熔炼坩埚并对其进行加热；所述旋转装置与所述感应加热装置相连带动所述感应加热装置与熔炼坩埚做离心运动。本发明中采用真空旋转熔炼法对非晶合金进行熔炼，在熔炼过程中对熔体施加离心力，一方面可促进熔体快速均匀化，另一方面利用离心力的作用，将熔体与熔炼过程中产生的气体、熔渣等分离，使气体逸出、熔渣上浮在表面，后续可利用捞渣装置除去熔渣。经旋转熔炼工艺加工后的非晶合金会更为致密、纯度更高，铸造过程中的孔隙缺陷大幅下降。
15、优选地，s02中，所述熔炼坩埚最大承载量为500g。本发明中提供的非晶合金加工方法采用的是真空旋转熔炼法，该方法在目前的阶段来说存在限制使用的一些问题点：其一，熔炼过程中的耗能问题，熔炼原料以及带动熔炼坩埚和加热线圈转动均需要能量，而且是在高温状态下耗能，对熔炼装置整体可靠性提出了严峻的考验；其二，熔炼过程中的散热问题，由于非晶合金体系对氧敏感，因此熔炼环境为真空环境，熔炼炉体在熔炼过程中为封闭结构，导致散热无法像非真空熔炼一样迅速，对接触熔体的材料同样提出了严峻的考验。综合上述两者的考量，目前在实际开发使用的过程中，本发明的发明人提出将熔炼坩埚最大承载量限制在500g为宜，能够实现真空熔炼法炼制非晶合金的持续生产，使该工艺方法的使用具有实用性，否则熔炼坩埚、熔炼加热线圈等组件在大功率加热的环境和工况中极易损毁，根本无法正常投入生产。
16、优选地，s02中，所述旋转装置的转速为200-1500r/min。旋转装置的转速控制对熔炼过程也具有重要的影响，转速过小无法实现技术目的，对熔体的致密度无明显影响，转速过大则会弄巧成拙将熔体甩出。200-1500r/min的转速是比较合理的设置范围，可根据实际熔炼过程中的其他参数进行适应性的调整。
17、优选地，s02中，所述熔炼坩埚为石英坩埚或者碳化硅坩埚。采用石英坩埚和碳化硅坩埚均可满足使员工要求，坩埚尺寸根据技术参数进行选择即可。
18、优选地，s02中，本发明中非晶合金体系的熔炼温度为1020-1150℃。
19、优选地，s03中，本发明中制备得到的非晶合金成型构件的密度小于5.6g/cm3，与现有商用锆基非晶合金7.0g/cm3左右的密度相比，满足轻量化的要求。
20、优选地，s03中，非晶合金成型构件的极限加工厚度为0.03mm。本发明中的非晶合金利用压铸工艺可制成薄至0.03mm的结构件，可以满足在极为特殊情况下的结构部件的使用要求。
21、优选地，s03中，所述非晶合金构件的抗弯强度为1800-2500mpa。本发明中制备得到的非晶合金构件的强度高，综合比强度远高于现有合金材料，满足轻量化结构件的要求。
22、综上所述，本发明中提供了一种轻型非晶合金构件的加工方法，通过对非晶合金及其加工方法的改进达到复杂构件轻量化设计的目的。在该方法中，通过利用改善非晶合金体系+创新非晶合金熔炼方法的技术路线，提升了非晶合金熔体的纯度和致密度，使制备得到的非晶铸件更致密、比强度更高，因此具有在复杂结构件领域替代现有合金材料的能力。