用于制备非晶合金的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及非晶合金制备领域，特别涉及一种用于制备非晶合金的系统。
【背景技术】
[0002]非晶合金兼具一般金属和玻璃的特性，但具有比晶体合金更高的强度、硬度、耐蚀性能等特点。近些年，非晶合金受到了广泛关注，其理论研宄及应用研宄如火如荼进行着。随着非晶合金的理论研宄逐步成熟，亟待着更多非晶合金产品得到更广泛的应用。
[0003]非晶合金的制备方法有喷射吸铸法、水淬法、液态模锻法、定向凝固法、落管法等，但这些方法制备的非晶合金仍然在微粒和薄膜尺度上徘徊，严重限制了非晶合金在工业中大面积的应用，因而对非晶合金成形新方法和新装置的需求日益迫切。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于制备非晶合金的系统，包括:激光加热装置、送粉装置、支撑装置、旋转驱动装置、冷却装置和基体材料；其中，所述激光加热装置用于提供激光束，并且其激光发射口与所述基体材料的上表面相对设置；所述送粉装置用于将原料粉末输送至所述基体材料的上表面；所述冷却装置包括:供液机构、冷却介质和反应器；所述供液机构用于将所述冷却介质供入所述反应器；所述基体材料位于所述反应器内，所述基体材料部分浸入所述冷却介质中，并且其上表面裸露；所述基体材料的一端由所述支撑装置支撑，另一端与所述旋转驱动装置相连；所述旋转驱动装置用于驱动所述基体材料沿竖直面转动。
[0005]进一步地，所述支撑装置包括:支架，和与所述支架相连的悬吊带，所述基体材料的一端与所述悬吊带相连。
[0006]进一步地，所述旋转驱动装置包括:电机、传动轴、传动链条、主动齿轮和从动齿轮；所述传动轴的一端与所述电机的输出轴相连，另一端与所述主动齿轮相连；所述主动齿轮通过传动链条带动从动齿轮转动；所述从动齿轮与所述基体材料的另一端相连。
[0007]进一步地，还包括:与所述激光加热装置相连的计算机，所述计算机用于控制所述激光加热装置。
[0008]进一步地，还包括:第一保护气体装置；所述第一保护气体装置内储有保护气体，其排气口延伸入所述反应器内，并位于所述基体材料的上方。
[0009]进一步地，所述冷却介质为液氮。
[0010]进一步地，所述激光加热装置的激光加工头开设有进气口 ；所述激光加热装置还包括第二保护气体装置；所述第二保护气体装置内储有保护气体，所述第二保护气体装置的排气口与所述进气口联通。
[0011]进一步地，所述送粉装置包括:储粉器、送粉通路和送粉头；所述储粉器内储有原料粉末；所述送粉通路一端与所述储粉器的排粉口联通，另一端与所述送粉头相连。
[0012]进一步地，所述送粉装置还包括支持架；所述支持架一端与所述激光加工头相连，另一端与所述送粉头相连；所述送粉头的出粉位置与从所述激光加热装置发射出的激光束相对应。
[0013]进一步地，所述第一保护气体装置和/或第二保护气体装置包括:储气部件、排气部件和导气通路；所述储气部件内储有保护气体，所述保护气体顺次通过排气部件和导气通路排出；所述保护气体为氩气、氮气或氦气。
[0014]本发明提供一种用于制备非晶合金的系统，该系统包括激光加热装置、送粉装置、支撑装置、旋转驱动装置、冷却装置和基体材料。其中，冷却装置用于为基体材料提供快速冷却环境；送粉装置用于将原料粉末输送至基体材料表面；基体材料的一端由支撑装置支撑，另一端与旋转驱动装置相连；激光加热装置将聚焦后的激光照射基体材料上的原料粉末，原料粉末被聚焦后的激光束照射加热形成熔滴，并与激光束下方的基体材料上表面形成重熔区；开启旋转驱动装置，旋转驱动装置驱动基体材料转动，重熔区迅速浸入冷却介质中实现快速冷却，进而在基体材料表面制得非晶合金，重复上述加热和冷却的步骤可以制备较大尺寸的非晶合金。本发明提供的系统将激光增材制造与快速冷却技术相结合，使用该系统可以制备出尺寸较大的非晶合金，并且操作简单。
【附图说明】
[0015]构成本发明的一部分的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:
[0016]图1为本发明实施例提供的用于制备非晶合金的结构示意图；
[0017]图2为利用本发明实施例提供的系统制备的非晶合金宏观形貌图。
[0018]附图标记说明:
[0019]11 激光加热装置12 聚焦透镜
[0020]13 计算机14 激光加工头
[0021]151 储气部件152 排气部件
[0022]153 导气通路2 基体材料
[0023]311 储液部312 排液部
[0024]313 导液部32 冷却介质
[0025]33 反应器41 支架
[0026]42 悬吊带51 储粉器
[0027]52 送粉通路53 送粉头
[0028]54 支持架61 电机
[0029]62 传动轴64 传动链条
[0030]63 主动齿轮65 从动齿轮
[0031]7 第一保护气体装置8 保护气体
【具体实施方式】
[0032]激光增材制造技术是增材制造与激光技术结合的绿色高效的先进加工制造技术，可实现力学性能好、制造精度高、产品形状及尺寸任意可控等，已应用于航空航天、汽车、船舶等行业。然而，目前激光增材制造技术主要针对金属材料和高分子材料，鲜见其用于非晶合金的制备。
[0033]本发明人考虑采用激光增材制造技术制备非晶合金，以期望突破非晶合金的尺寸限制，成为一种将非晶合金更广泛地应用于工程实际具有潜力的方法。进一步考虑，以提高冷却速率为切入点，以激光增材制造技术为手段，提供一种用于制备非晶合金的系统，利用该系统更可以制备尺寸较大的非晶合金。
[0034]下面通过【具体实施方式】并结合附图对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
[0035]请参见图1，该图示出了本发明实施例提供的用于制备非晶合金的系统的结构。本实施例提供的上述系统包括:
[0036]激光加热装置11、送粉装置、支撑装置、旋转驱动装置、冷却装置和基体材料；其中，
[0037]激光加热装置11用于提供激光束，并且其激光发射口与基体材料2的上表面相设置；
[0038]送粉装置用于将原料粉末输送至基体材料2的上表面；
[0039]冷却装置包括:供液机构、冷却介质32和反应器33 ；
[0040]供液机构用于将冷却介质32供入反应器33 ；
[0041]基体材料2位于反应器33内，并且其部分浸入冷却介质32中，基体材料2的上表面裸露；
[0042]基体材料2的一端由支撑装置支撑，另一端与旋转驱动装置相连；
[0043]旋转驱动装置用于驱动基体材料2沿竖直面转动。
[0044]利用本实施例提供的系统制备非晶合金的过程为:
[0045]开启供液机构，供液机构内的冷却介质32被供入反应器33内；
[0046]将基体材料2置于反应器33内，并使部分基体材料2浸入反应器33内的冷却基质32，但其上表面裸露(未开启旋转驱动机构状态);将基体材料2的一端连接于支撑装置，另一端连接于旋转驱动装置；
[0047]开启激光加热装置11和送粉装置，一方面，送粉装置将用于制备非晶合金的原料粉末输送至基体材料2的上表面；另一方面，激光加热装置11发射的激光束照射于位于基体材料2上表面的原料粉末；此时，原料粉末被激光束照射加热形成熔滴，并与激光束下方的基体材料2上表面形成重熔区；
[0048]开启旋转驱动装置，旋转驱动装置驱动基体材料2转动，重熔区迅速浸入冷却介质32中实现快速冷却，进而在基体材料2表面制得非晶合金。待上述重熔区旋转至激光聚焦点后，重复上述加热和冷却的步骤，可制备较大尺寸的非晶合金。
[0049]本实施例提供的体系中，激光加热装置11用于提供非晶合金形成所需的反应热。作为优选方案，该激光加热装置11可以与现有技术相同，例如可以具体包括有聚焦透镜12和激光加工头14，聚焦透镜12用于对激光进行聚焦形成激光束，激光加工头14设置于聚焦透镜12的外围，用于对激光进行导向。该激光加工头14的设置方向优选与基体材料2垂直。例如激光加工头14沿竖直方向布置，基体材料2沿水平方向布置。激光加热装置具体可以采用CO2气体激光器。
[0050]进一步地，该激光加工头14可以开设有进气口 ；激光加热装置11还可以包括第二保护气体装置；该第二保护气体装置内储有保护气体，其排气口与激光加工头的进气口联通。由此该第二保护气体装置内的保护气体可以通过激光加工头14的进气口进入到激光加工头14内，该保护气体一方面可以对聚焦透镜12等部件起到冷却的作用，防止聚焦透镜12等部件过热损坏；另一方面，保护气体还可以保护金属熔滴、熔池，使高温金属免受外界气体的侵害。该保护气体优选为惰性气体，具体可以为氩气、氮气或氦气。
[0051]该第二保护气体装置具体可以包括:储气部件151、排气部件152和导气通路153 ；储气部件151内储有上述保护气体，保护气体顺次通过排气部件152和导气通路153排出。排气部件152具体可以为排气阀。
[0052]类似的，为了防止非晶合金制备过程中高温金属受到外界气体侵害，该系统还可以包括第一保护气体装置7 ;该第一保护气体装置7内储有保护气体8，其排气口延伸入反应器33内，并位于基体材料2的上方。该第一保护气体装置7可以向基体材料2上方供入保护气体，以形成保护氛围。该第一保护气体装置的结构可以与上述第二保护气体装置相同。第一保护气体装置内的保护气体可以为氩气、氮气或氦气。
[0053]为了便于控制激光加热装置11的工作参数、运动轨迹等，该系统还可以包括:与激光加热装置11相连的计算机13，该计算机13