一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料及其製備方法
2023-05-06 09:59:26 2
專利名稱：一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及複合材料製備領域，具體是一種Fe-Si-B非晶合金_銅層狀複合材料的製備方法。
背景技術：
金屬玻璃具有比常規晶態金屬更加優異的性能，如高強度、高韌性、良好的耐磨耐蝕性、優異的磁學性能等。自從19世紀60年代，加州理工大學的Duwez教授首次製備出非晶態Au-Si合金到現在，金屬玻璃一直是各國科學家研究的熱點領域。美國、日本等一些發達國家，投入了大量資金髮展非晶合金在國防、航空航天方面的應用，例如美國用Zr基非晶製作的太陽風收集器，成功收集了高能太陽風離子，而非晶合金製備的穿甲彈穿甲能力也明顯高於傳統的鎢合金彈頭。鐵基非晶合金帶材是產業化生產的重要非晶材料，在節能變壓器推廣中佔有重要地位，開發新一代非晶帶材高速連鑄工藝、非晶複合材料製備技術， 以及非晶合金變壓器製造工藝等已被列入我國「十二五」新材料重點產品目錄。非晶合金在航空、航天、軍事及民用領域具有非常廣泛的應用前景，但由於非晶合金的尺寸限制和較低的室溫塑性阻礙了非晶合金作為工程材料的廣泛應用。而藉助於傳統金屬材料物理、力學性能和成熟的製備加工技術，製備出非晶-傳統金屬複合材料對於推廣非晶合金應用具有巨大的促進作用。非晶-傳統金屬複合材料的製備能夠降低非晶合金產品的製備成本，增加非晶合金的使用可靠性，同時使得非晶合金的優異性能得到有效發揮。Fe-Si-B非晶合金是目前少數已經商用的非晶合金成分之一，目前已經廣泛應用於變壓器等領域。由於Fe-Si-B非晶合金的非晶形成能力低，在製備Fe-Si-B非晶合金時需採用單輥甩帶的方法製備，該單輥甩帶的方法僅能製備非晶薄帶，而不能製備適用於結構功能一體化的大尺寸非晶合金。
發明內容
為克服現有技術中存在的不能製備適用於結構功能一體化的大尺寸非晶合金的不足，本發明提出了一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料及其製備方法。本發明的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，並且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。本發明所採用的Fe-Si-B非晶薄帶為國標1K101 ;所採用的銅為純銅棒或黃銅棒。本發明的製備過程包括以下步驟步驟1，表面處理^fFe-Si-B非晶和銅的連接表面打磨拋光，並用5%稀鹽酸去除銅表面氧化物後，在乙醇中和丙酮中分別超聲波清洗lmin，得到表面處理好的Fe-Si-B非晶和銅；步驟2，預壓；將表面處理好的Fe-Si-B非晶置於兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料的試樣；將所述試樣放入真空擴散連接裝置中，並通過真空擴散連接裝置對試樣加壓進行預壓，所述的加壓壓力為5MPa ；步驟3，擴散連接；所述擴散連接的過程是對真空擴散連接裝置抽真空後，以10 30°C /min的升溫速率對位於真空擴散連接裝置中的試樣升溫至480 500°C並保溫；當試樣的溫度升至480 500°C時，對所述試樣加壓70 90MPa並保壓；保溫和保壓時間均為20 40min ;當保溫和保壓結束後，對試樣卸壓，同時試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料。本發明提出的由Fe-Si-B非晶薄帶和銅組成Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料，並採用擴散焊接的方法製備Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料的方法，有效地解決了非晶合金與銅異種金屬間的擴散連接成型問題。所述的擴散焊接方法能夠得到優於原有材料性能的連接界面，在航空航天領域應用前景廣泛。擴散連接技術和非晶合金的超塑成型技術結合，對於實現非晶合金和傳統金屬的連接和成型具有獨特優勢，同時擴散焊接工藝更容易突破連接界面的尺寸和形狀限制，拓寬非晶合金的應用範圍。 由於本發明採取的上述技術方案，使得本發明具有以下特點I)製備中採用真空氣氛，有利於避免連接過程中物質表面生成的緻密的氧化膜對元素擴散的阻礙作用，獲得連接性能良好的材料。2)充分利用了真空擴散連接試驗機升溫速率快，溫控、壓力穩定誤差小的特點，嚴格精確的控制工藝參數，對工業生產有良好的指導意義。3) Fe-Si-B非晶合金具有優異的低頻磁屏蔽性能，Cu具有良好的高頻屏蔽效應，通過本發明實現二者的擴散連接，能夠製備出一種具有寬頻屏蔽性能的複合材料。4)本實驗採用擴散連接工藝，在非晶合金的過冷液相區溫度，通過壓力作用使非晶合金與銅同時發生塑性變形，去除連接表面氧化膜，使兩者新鮮表面緊密接觸，同時通過保溫保壓促進連接界面擴散過程的進行，在避免非晶合金晶化的前提下製備出大尺寸的鐵基非晶-銅層狀複合材料。附圖3和附圖4中所表現的Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料試樣界面連接狀況SEM形貌與TEM形貌證明本發明製備的Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料實現了良好的擴散連接，Fe-Si-B非晶-銅之間實現了原子級別的冶金結合。
圖IFe-Si-B非晶-銅層狀複合材料製備工藝流程圖。圖2Fe-Si_B非晶-銅層狀複合材料製備工藝下鐵基非晶的XRD圖譜。圖3Fe-Si_B非晶-銅層狀複合材料試樣界面連接狀況SEM形貌圖片。圖4Fe-Si_B非晶-銅層狀複合材料連接界面TEM形貌圖片。圖中I.非晶合金 2.銅
具體實施例方式實施例一本實施例是一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料。所述的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，並且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。
本實施例所採用的Fe-Si-B非晶薄帶為國標1K101 ;所採用的銅為T2純銅棒。本實施例還提出了一種製備Fe-Si-B非晶合金_銅層狀複合材料的方法，包括以下步驟步驟1，表面處理^fFe-Si-B非晶和銅的待連接表面打磨拋光，並用5%稀鹽酸去除銅表面氧化物後，在乙醇中和丙酮中分別超聲波清洗lmin。步驟2，預壓。將處理好的Fe-Si-B非晶置於兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料的試樣。將所述試樣放入真空擴散連接裝置中，並通過真空擴散連 接裝置對試樣加壓進行預壓，所述的加壓壓力為5MPa。步驟3，擴散連接。所述擴散連接通過真空擴散連接裝置實現，具體過程是對真空擴散連接裝置抽真空至O. 6X 10_2Pa後，以10°C /min的升溫速率對位於真空擴散連接裝置中的試樣升溫至480°C並保溫。當試樣的溫度升至480°C時，對所述試樣加壓90MPa並保壓；保溫和保壓時間均為40min。當保溫和保壓結束後，對試樣卸壓至2MPa，同時試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料。經對本實施例製備的Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料連接界面觀察，試樣連接良好，連接界面平直無缺陷。實施例二本實施例是一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料。所述的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，並且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。本實施例所採用的Fe-Si-B非晶薄帶為國標1K101 ;所採用的銅為T2純銅棒。本實施例還提出了一種製備Fe-Si-B非晶合金_銅層狀複合材料的方法，包括以下步驟步驟1，表面處理；將Fe-Si-B非晶和銅的待連接表面打磨拋光，並用5%稀鹽酸去除銅表面氧化物後，在乙醇中和丙酮中分別超聲波清洗lmin。步驟2，預壓。將處理好的Fe-Si-B非晶置於兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料的試樣。將所述試樣放入真空擴散連接裝置中，並通過真空擴散連接裝置對試樣加壓進行預壓，所述的加壓壓力為5MPa。步驟3，擴散連接。所述擴散連接通過真空擴散連接裝置實現，具體過程是對真空擴散連接裝置抽真空至O. 6X 10_2Pa後，以20°C /min的升溫速率對位於真空擴散連接裝置中的試樣升溫至490°C並保溫。當試樣的溫度升至490°C時，對所述試樣加壓80MPa並保壓；保溫和保壓時間均為30min。當保溫和保壓結束後，對試樣卸壓至2MPa，同時試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料。經對本實施例製備的Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料連接界面觀察，試樣連接良好，連接界面平直無缺陷。實施例三本實施例是一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料。所述的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，並且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。本實施例所採用的Fe-Si-B非晶薄帶為國標1K101 ;所採用的銅為黃銅棒。
本實施例還提出了一種製備Fe-Si-B非晶合金_銅層狀複合材料的方法，包括以下步驟步驟1，表面處理^fFe-Si-B非晶和黃銅的待連接表面打磨拋光，並用5%稀鹽酸去除黃銅表面氧化物後，在乙醇中和丙酮中分別超聲波清洗lmin。步驟2，預壓。將處理好的Fe-Si-B非晶置於兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料的試樣。將所述試樣放入真空擴散連接裝置中，並通過真空擴散連接裝置對試樣加壓進行預壓，所述的加壓壓力為5MPa。步驟3，擴散連接。所述擴散連接通過真空擴散連接裝置實現，具體過程是對真空擴散連接裝置抽真空至O. 6X 10_2Pa後，以30°C /min的升溫速率對位於真空擴散連接裝置中的試樣升溫至500°C並保溫。當試樣的溫度升至500°C時，對所述試樣加 壓70MPa並保壓；保溫和保壓時間均為20min。當保溫和保壓結束後，對試樣卸壓至2MPa，同時試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料。經對本實施例製備的Fe-Si-B非晶-黃銅層狀複合材料連接界面觀察，試樣連接良好，連接界面平直無缺陷。
權利要求
1.一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料，其特徵在於，所述的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，並且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。
2.如權利要求I所述Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料，其特徵在於，所述的Fe-Si-B非晶薄帶為國標IKlOl ;所述的銅為純銅棒或黃銅棒。
3.一種製備權利要求I所述Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料的方法，其特徵在於，其製備過程包括以下步驟 步驟1，表面處理；將Fe-Si-B非晶和銅的連接表面打磨拋光，並用5%稀鹽酸去掉銅表面氧化物後，在乙醇中和丙酮中分別超聲波清洗lmin，得到表面處理好的Fe-Si-B非晶合金和銅； 步驟2，預壓；將表面處理好的Fe-Si-B非晶置於兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料的試樣；將所述試樣放入真空擴散連接裝置中，並通過真空擴散連接裝置對試樣加壓進行預壓，所述的加壓壓力為5MPa ； 步驟3，擴散連接；所述擴散連接的過程是 對真空擴散連接裝置抽真空後，以10 30°C /min的升溫速率對位於真空擴散連接裝置中的試樣升溫至480 500°C並保溫；當試樣的溫度升至480 500°C時，對所述試樣加壓70 90MPa並保壓；保溫和保壓時間均為20 40min ;當保溫和保壓結束後，對試樣卸壓，同時試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀複合材料。
全文摘要
一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀複合材料的製備方法，利用真空擴散連接試驗機，通過擴散焊接的方法將所述Fe-Si-B非晶合金和銅焊接形成層狀複合材料。製備中，在非晶合金的過冷液相區溫度，通過壓力作用使非晶合金與銅同時發生塑性變形，去除連接表面氧化膜，使兩者新鮮表面緊密接觸，同時通過保溫保壓促進連接界面擴散過程的進行，在避免非晶合金晶化的前提下製備出大尺寸的鐵基非晶-銅層狀複合材料。由於採取上述技術方案，本發明嚴格精確的控制工藝參數，獲的了連接性能良好、具有寬頻屏蔽性能的大尺寸的複合材料。
文檔編號B32B37/10GK102873938SQ201210382749
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者寇宏超, 李金山, 王軍, 胡銳, 常輝, 薛祥義, 鍾宏, 張鐵邦, 唐斌 申請人:西北工業大學