一种块体非晶合金表面图案快速加工成型的方法
技术领域
本发明属于块体非晶合金表面图案加工技术领域，具体涉及一种块体非晶合金表面图案快速加工成型的方法。
背景技术
非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，组成它物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。这种非晶合金具有许多独特的性能，由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。
块体非晶合金在批量生产过程中，根据需求通常需要在外观表面加工出各种特定的图案，如品牌Logo、花纹图案等。目前，常用的加工方法如NC加工，不仅加工时间长、成本高、效率低，而且加工时还会产生许多金属碎屑，需要额外进行清理。因此，有必要开发一种可在块体非晶合金表面快速、高效地加工图案的方法，同时不会产生碎屑也不会影响其本身的非晶结构。
发明内容
为了提高块体非晶合金表面加工图案的速度，提高加工效率，同时不影响其本身的非晶结构，本发明公开了一种块体非晶合金表面图案快速加工成型的方法，将具有所需图案的模具按照设定压力压设在待加工非晶合金的表面，然后通过电加热使待加工部位迅速升温至玻璃化转变温度以上，软化后在模具压力下形成所需图案，加工速度快，效率高，加热时间短，不会产生碎屑，同时不会影响非晶结构。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种块体非晶合金表面图案快速加工成型的方法，包括如下步骤：
（1）按照所需图案加工模具；
（2）按照设定压力使模具压设在待加工非晶合金的表面，然后采用电加热将待加工非晶合金加热至玻璃化转变温度以上，待加工非晶合金软化后在模具压力的作用下形成所需的图案。
作为优选，上述步骤（2）具体为：将模具接入电源正极，将待加工非晶合金接入电源负极，对模具或非晶合金施加设定压力使模具压设在待加工非晶合金的表面，接通电源，电流迅速加热接触位置使非晶合金温度升高至玻璃化转变温度以上，待加工非晶合金软化后在模具压力的作用下形成所需的图案。
作为优选，上述步骤（2）具体为：将待加工非晶合金固定在工作台上，将模具安装在位于待加工非晶合金上方的气缸上，将模具接入电源正极，将待加工非晶合金接入电源负极，通过气缸驱动模具下降至压设在待加工非晶合金的表面，并达到设定压力，接通电源，电流迅速加热接触位置使非晶合金温度升高至玻璃化转变温度以上，待加工非晶合金软化后在模具压力的作用下形成所需的图案。
作为优选，上述电源为中频逆变电源。
作为优选，上述设定压力为1000-10000N。
作为优选，上述电加热的电流为100-5000A，加热时间为1-999ms。
作为优选，上述待加工非晶合金的过冷液相区宽度ΔT≤50℃，所述设定压力为5000-10000N，电流为100-3000A，加热时间为1-300ms。
作为优选，上述待加工非晶合金的过冷液相区宽度50℃＜ΔT≤100℃，所述设定压力为2000-8000N，电流为100-4000A，加热时间为100-500ms。
作为优选，上述待加工非晶合金的过冷液相区宽度ΔT＞100℃，所述设定压力1000-6000N，电流为100-5000A，加热时间为300-999ms。
作为优选，上述模具为金属模具。
本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明在对待加工非晶合金施加设定压力的情况下，采用电加热的方式将待加工非晶合金迅速加热至玻璃化转变温度以上，在软化后的非晶合金表面形成所需的特定图案，图案加工速度快，效率高，加热时间短，不会向NC加工一样产生碎屑，同时不会影响非晶结构，不影响非晶合金的性能；
（2）本发明的加热时间仅为1-999ms，整个工艺仅需要几秒钟就可以完成，大大提高了生产效率，施压过程中利用气缸控制压力值，可实现精确控制；
（3）由于加热时间仅为1-999ms，且电流只是局部加热待加工位置，不会导致非晶合金产生晶化，也不会使非晶合金表面发生氧化，不影响非晶合金的各项性能；
（4）本发明针对不同过冷液相区宽度的非晶合金提供了不同的设定压力和加热时间，在实际生产过程中，可根据非晶合金的具体情况方便地选择压力和加热时间；
（5）特别对于过冷液相区宽度小于50℃的非晶合金，由于其热稳定性很差，本发明的加热时间在300ms以内，不会对其本身性能产生影响，使低热稳定性的非晶合金热加工成为可能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明在块体非晶合金表面加工图案所采用的加工装置的结构示意图；
图2是本发明所用加工装置与加热电源负极联通的电线与驱动轴情况示意图；
图3是本发明所用加工装置中电导滑环与驱动轴和电线的连接情况示意图；
图4是本发明所用加工装置中加工模块的结构示意图；
图5是本发明所用加工装置中模具的结构示意图；
图6是实施例1在非晶合金表面形成图案的示意图；
图7是实施例1加工后的非晶合金的金相图；
图8是实施例2在非晶合金表面形成图案的示意图；
图9是实施例2加工后的非晶合金的金相图；
图10是实施例3在非晶合金表面形成图案的示意图；
图11是实施例3加工后的非晶合金的金相图；
图中：1. 模具；11. 图案；2. 施压机构；21. 施压气缸；22. 绝缘块；3. 加热电源；31.电线；32. 电导滑环；321. 定子；322. 转子；4. 块体非晶合金；5. 旋转工作台；51. 上料工位；52. 加工工位；53. 出料工位；54. 加工模块；541. 凹槽；6. 固定架；61. 驱动轴；7.固定盘。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
块体非晶合金表面图案快速加工成型的方法，包括如下步骤：
（1）按照所需图案加工模具；
（2）将待加工非晶合金固定在工作台上，将模具安装在位于待加工非晶合金上方的气缸上，将模具接入电源正极，将待加工非晶合金接入电源负极，通过气缸驱动模具下降至压设在待加工非晶合金的表面，并达到设定压力，接通电源，电流迅速加热接触位置使非晶合金温度升高至玻璃化转变温度以上，待加工非晶合金软化后在模具压力的作用下形成所需的图案。
在具体实施方式中，电源可以采用中频逆变电源，模具所用的材料可以为铜或模具钢。
具体实施例的加工过程中所采用的加工装置如图1所示，包括模具1、施压机构2和加热电源3，模具1和块体非晶合金4分别通过电线31与加热电源3的正极和负极联通，用于对块体非晶合金4进行加热；模具1固定设置在施压机构2上，用于通过施压机构2将模具1以设定压力压设在块体非晶合金4上，在块体非晶合金4上压印形成所需图案11。如图5所示，模具1上设有需要压印的图案11。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，块体非晶合金表面图案快速加工装置，还包括旋转工作台5，旋转工作台5为圆盘结构，包括均匀分布的上料工位51、加工工位52和出料工位53，旋转工作台5在与三个工位对应的位置分别设有加工模块54，加工模块54用于固定块体非晶合金4。
在具体实施例中，在上料工位51将块体非晶合金4固定在加工模块54上，然后固定有待加工的块体非晶合金4的加工模块54随旋转工作台5旋转至加工工位52，之后，施压机构2驱动模具1以设定压力压设在块体非晶合金4上，接通电源，开始以设定电流对待加工的块体非晶合金4加热设定时间，通电完毕后，施压机构2带动模具1上升，完成图案11的加工。然后，固定有加工好的块体非晶合金4的加工模块54随旋转工作台5旋转至出料工位53，取出加工好的块体非晶合金4。整个装置可连续作业。
在一种具体的实施方式中，如图4所示，加工模块54上设有与块体非晶合金4形状匹配的凹槽541，块体非晶合金4固定于凹槽541内。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，施压机构2包括施压气缸21和与施压气缸21固定连接的绝缘块22，模具1固定在绝缘块22上，通过施压气缸21驱动绝缘块22带动模具1上下移动。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，块体非晶合金表面图案快速加工装置，还包括固定架6，旋转工作台5通过固定架6固定在地面或桌面上。
在一种具体的实施方式中，如图2所示，固定架6内设有驱动轴61，旋转工作台5套设在驱动轴61上，在驱动轴61的驱动下进行旋转。
在一种具体的实施方式中，如图1-2所示，旋转工作台5、加工模块54和驱动轴61均为导电材料，驱动轴61的外侧壁上套设有电导滑环32，电导滑环32包括定子321和转子322，定子321通过电线31连接到加热电源3的负极，转子322连接在驱动轴61上，使块体非晶合金4与加热电源3的负极联通。在具体实施例中，旋转工作台5、加工模块54和驱动轴61均为导电金属材料，旋转工作台5套设在驱动轴61上，二者相互接触，电导滑环32套设在驱动轴61上，转子与驱动轴61联通，电线31将加热电源3的负极与电导滑环32的定子联通，从而使加热电源3的负极通过电线31、电导滑环32、驱动轴61、旋转工作台5和加工模块54联通至块体非晶合金4，加热电源3的正极与模具1联通，由于模具1与块体非晶合金4的接触位置面积小，电阻大，电流迅速加热接触位置使块体非晶合金4的温度升高到玻璃化转变温度Tg以上，Tx以下，块体非晶合金4软化然后在模具1的压力的作用下形成所需的图案11。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，块体非晶合金表面图案快速加工装置，还包括穿过旋转工作台5固定在固定架6上的固定盘7，固定盘7的直径小于旋转工作台5，施压气缸21固定在固定盘7上。
在一种具体的实施方式中，加热电源3为中频逆变直流电源，模具1为金属模具。在具体实施例中，模具1所用的材料可以为铜或模具钢。
加工装置的使用方法为：
（1）将带有图案11的模具1固定在施压气缸21下方的绝缘块22上，并通过电线31连接在加热电源3的正极，将待加工的块体非晶合金4固定在上料工位51加工模块54的凹槽541内（块体非晶合金4通过导电的加工模块54、导电的旋转工作台5、导电的驱动轴61、电导滑环32、电线31与加热电源3的负极联通），块体非晶合金4随旋转工作台5转至加工工位52；
（2）施压气缸21带动模具1以一定压力压设在块体非晶合金4上，接通加热电源3对块体非晶合金4进行加热（加热电源3 可以始终保持接通状态，也可以待模具1压设在块体非晶合金4上之后再接通），电流迅速加热接触位置使温度升高至玻璃化转变温度以上，待加工的块体非晶合金4的加热部分软化后在模具1压力的作用下形成所需的图案11，关闭加热电源3；
（3）加工后的块体非晶合金4随旋转工作台5旋转至出料工位53，取出。
以下是采用本发明方法对块体非晶合金进行表面图案加工的实施例：
实施例1
待加工非晶合金为Zr52.5Al10Cu15Ni10Be12.5，其过冷液相区宽度ΔT为129℃，设置电流为3400A，加热时间为600ms，压力1500N，加工完成后在非晶合金表面获得完整清晰的图案（如图2所示），并对加工后的非晶合金进行金相检测，如图3所示，加工后的非晶合金认为非晶态，未发生晶化。
实施例2
待加工非晶合金为Cu60Zr15Ti25，其过冷液相区宽度ΔT为26℃，设置电流为1500A，加热时间为150ms，压力7500N，加工完成后在非晶合金表面获得完整清晰的图案（如图4所示），并对加工后的非晶合金进行金相检测，如图5所示，加工后的非晶合金认为非晶态，未发生晶化。
实施例3
待加工非晶合金为Ti50Ni24Cu20BSi2Sn3，其过冷液相区宽度ΔT为74℃，设置电流为3000A，加热时间为420ms，压力5000N，加工完成后在非晶合金表面获得完整清晰的图案（如图6所示），并对加工后的非晶合金进行金相检测，如图7所示，加工后的非晶合金认为非晶态，未发生晶化。
实施例4
待加工非晶合金为Zr57Al11Cu27Ni5，其过冷液相区宽度ΔT为63℃，设置电流为2800A，加热时间为350ms，压力6200N，加工完成后在非晶合金表面获得完整清晰的图案，并对加工后的非晶合金进行金相检测，加工后的非晶合金认为非晶态，未发生晶化。
实施例5
待加工非晶合金为Zr65.3Cu20Al6.5Ni8.2，其过冷液相区宽度ΔT为105℃，设置电流为300A，加热时间为950ms，压力6000N，加工完成后在非晶合金表面获得完整清晰的图案，并对加工后的非晶合金进行金相检测，加工后的非晶合金认为非晶态，未发生晶化。
实施例6
待加工非晶合金为La60Cu20Ni10Al10，其过冷液相区宽度ΔT为60℃，设置电流为4000A，加热时间为300ms，压力2500N，加工完成后在非晶合金表面获得完整清晰的图案，并对加工后的非晶合金进行金相检测，加工后的非晶合金认为非晶态，未发生晶化。
实施例7
待加工非晶合金为Mg60Cu30Y10，其过冷液相区宽度ΔT为46℃，设置电流为3000A，加热时间为200ms，压力5500N，加工完成后在非晶合金表面获得完整清晰的图案，并对加工后的非晶合金进行金相检测，加工后的非晶合金认为非晶态，未发生晶化。
实施例8
待加工非晶合金为Ni60Nb20Ti12.5Hf7.5，其过冷液相区宽度ΔT为60℃，设置电流为2500A，加热时间为200ms，压力4500N，加工完成后在非晶合金表面获得完整清晰的图案，并对加工后的非晶合金进行金相检测，加工后的非晶合金认为非晶态，未发生晶化。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
