專利名稱：一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體是一種Fe-Si-B非晶合金_銅層狀復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬玻璃具有比常規(guī)晶態(tài)金屬更加優(yōu)異的性能，如高強(qiáng)度、高韌性、良好的耐磨耐蝕性、優(yōu)異的磁學(xué)性能等。自從19世紀(jì)60年代，加州理工大學(xué)的Duwez教授首次制備出非晶態(tài)Au-Si合金到現(xiàn)在，金屬玻璃一直是各國科學(xué)家研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。美國、日本等一些發(fā)達(dá)國家，投入了大量資金發(fā)展非晶合金在國防、航空航天方面的應(yīng)用，例如美國用Zr基非晶制作的太陽風(fēng)收集器，成功收集了高能太陽風(fēng)離子，而非晶合金制備的穿甲彈穿甲能力也明顯高于傳統(tǒng)的鎢合金彈頭。鐵基非晶合金帶材是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的重要非晶材料，在節(jié)能變壓器推廣中占有重要地位，開發(fā)新一代非晶帶材高速連鑄工藝、非晶復(fù)合材料制備技術(shù)， 以及非晶合金變壓器制造工藝等已被列入我國“十二五”新材料重點(diǎn)產(chǎn)品目錄。非晶合金在航空、航天、軍事及民用領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景，但由于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(yīng)用。而借助于傳統(tǒng)金屬材料物理、力學(xué)性能和成熟的制備加工技術(shù)，制備出非晶-傳統(tǒng)金屬復(fù)合材料對(duì)于推廣非晶合金應(yīng)用具有巨大的促進(jìn)作用。非晶-傳統(tǒng)金屬復(fù)合材料的制備能夠降低非晶合金產(chǎn)品的制備成本，增加非晶合金的使用可靠性，同時(shí)使得非晶合金的優(yōu)異性能得到有效發(fā)揮。Fe-Si-B非晶合金是目前少數(shù)已經(jīng)商用的非晶合金成分之一，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于變壓器等領(lǐng)域。由于Fe-Si-B非晶合金的非晶形成能力低，在制備Fe-Si-B非晶合金時(shí)需采用單輥甩帶的方法制備，該單輥甩帶的方法僅能制備非晶薄帶，而不能制備適用于結(jié)構(gòu)功能一體化的大尺寸非晶合金。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不能制備適用于結(jié)構(gòu)功能一體化的大尺寸非晶合金的不足，本發(fā)明提出了一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，并且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。本發(fā)明所采用的Fe-Si-B非晶薄帶為國標(biāo)1K101 ;所采用的銅為純銅棒或黃銅棒。本發(fā)明的制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，并用5%稀鹽酸去除銅表面氧化物后，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(yù)壓；將表面處理好的Fe-Si-B非晶置于兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的試樣；將所述試樣放入真空擴(kuò)散連接裝置中，并通過真空擴(kuò)散連接裝置對(duì)試樣加壓進(jìn)行預(yù)壓，所述的加壓壓力為5MPa ；步驟3，擴(kuò)散連接；所述擴(kuò)散連接的過程是對(duì)真空擴(kuò)散連接裝置抽真空后，以10 30°C /min的升溫速率對(duì)位于真空擴(kuò)散連接裝置中的試樣升溫至480 500°C并保溫；當(dāng)試樣的溫度升至480 500°C時(shí)，對(duì)所述試樣加壓70 90MPa并保壓；保溫和保壓時(shí)間均為20 40min ;當(dāng)保溫和保壓結(jié)束后，對(duì)試樣卸壓，同時(shí)試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料。本發(fā)明提出的由Fe-Si-B非晶薄帶和銅組成Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料，并采用擴(kuò)散焊接的方法制備Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)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(kuò)散連接成型問題。所述的擴(kuò)散焊接方法能夠得到優(yōu)于原有材料性能的連接界面，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。擴(kuò)散連接技術(shù)和非晶合金的超塑成型技術(shù)結(jié)合，對(duì)于實(shí)現(xiàn)非晶合金和傳統(tǒng)金屬的連接和成型具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，同時(shí)擴(kuò)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(yīng)用范圍。 由于本發(fā)明采取的上述技術(shù)方案，使得本發(fā)明具有以下特點(diǎn)I)制備中采用真空氣氛，有利于避免連接過程中物質(zhì)表面生成的致密的氧化膜對(duì)元素?cái)U(kuò)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(kuò)散連接試驗(yàn)機(jī)升溫速率快，溫控、壓力穩(wěn)定誤差小的特點(diǎn)，嚴(yán)格精確的控制工藝參數(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有良好的指導(dǎo)意義。3) Fe-Si-B非晶合金具有優(yōu)異的低頻磁屏蔽性能，Cu具有良好的高頻屏蔽效應(yīng)，通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)二者的擴(kuò)散連接，能夠制備出一種具有寬頻屏蔽性能的復(fù)合材料。4)本實(shí)驗(yàn)采用擴(kuò)散連接工藝，在非晶合金的過冷液相區(qū)溫度，通過壓力作用使非晶合金與銅同時(shí)發(fā)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(shí)通過保溫保壓促進(jìn)連接界面擴(kuò)散過程的進(jìn)行，在避免非晶合金晶化的前提下制備出大尺寸的鐵基非晶-銅層狀復(fù)合材料。附圖3和附圖4中所表現(xiàn)的Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料試樣界面連接狀況SEM形貌與TEM形貌證明本發(fā)明制備的Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了良好的擴(kuò)散連接，F(xiàn)e-Si-B非晶-銅之間實(shí)現(xiàn)了原子級(jí)別的冶金結(jié)合。


圖IFe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料制備工藝流程圖。圖2Fe-Si_B非晶-銅層狀復(fù)合材料制備工藝下鐵基非晶的XRD圖譜。圖3Fe-Si_B非晶-銅層狀復(fù)合材料試樣界面連接狀況SEM形貌圖片。圖4Fe-Si_B非晶-銅層狀復(fù)合材料連接界面TEM形貌圖片。圖中I.非晶合金 2.銅
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例是一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料。所述的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，并且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。
本實(shí)施例所采用的Fe-Si-B非晶薄帶為國標(biāo)1K101 ;所采用的銅為T2純銅棒。本實(shí)施例還提出了一種制備Fe-Si-B非晶合金_銅層狀復(fù)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，并用5%稀鹽酸去除銅表面氧化物后，在乙醇中和丙酮中分別超聲波清洗lmin。步驟2，預(yù)壓。將處理好的Fe-Si-B非晶置于兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的試樣。將所述試樣放入真空擴(kuò)散連接裝置中，并通過真空擴(kuò)散連 接裝置對(duì)試樣加壓進(jìn)行預(yù)壓，所述的加壓壓力為5MPa。步驟3，擴(kuò)散連接。所述擴(kuò)散連接通過真空擴(kuò)散連接裝置實(shí)現(xiàn)，具體過程是對(duì)真空擴(kuò)散連接裝置抽真空至O. 6X 10_2Pa后，以10°C /min的升溫速率對(duì)位于真空擴(kuò)散連接裝置中的試樣升溫至480°C并保溫。當(dāng)試樣的溫度升至480°C時(shí)，對(duì)所述試樣加壓90MPa并保壓；保溫和保壓時(shí)間均為40min。當(dāng)保溫和保壓結(jié)束后，對(duì)試樣卸壓至2MPa，同時(shí)試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料。經(jīng)對(duì)本實(shí)施例制備的Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)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(shí)施例二本實(shí)施例是一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料。所述的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，并且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。本實(shí)施例所采用的Fe-Si-B非晶薄帶為國標(biāo)1K101 ;所采用的銅為T2純銅棒。本實(shí)施例還提出了一種制備Fe-Si-B非晶合金_銅層狀復(fù)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，并用5%稀鹽酸去除銅表面氧化物后，在乙醇中和丙酮中分別超聲波清洗lmin。步驟2，預(yù)壓。將處理好的Fe-Si-B非晶置于兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的試樣。將所述試樣放入真空擴(kuò)散連接裝置中，并通過真空擴(kuò)散連接裝置對(duì)試樣加壓進(jìn)行預(yù)壓，所述的加壓壓力為5MPa。步驟3，擴(kuò)散連接。所述擴(kuò)散連接通過真空擴(kuò)散連接裝置實(shí)現(xiàn)，具體過程是對(duì)真空擴(kuò)散連接裝置抽真空至O. 6X 10_2Pa后，以20°C /min的升溫速率對(duì)位于真空擴(kuò)散連接裝置中的試樣升溫至490°C并保溫。當(dāng)試樣的溫度升至490°C時(shí)，對(duì)所述試樣加壓80MPa并保壓；保溫和保壓時(shí)間均為30min。當(dāng)保溫和保壓結(jié)束后，對(duì)試樣卸壓至2MPa，同時(shí)試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料。經(jīng)對(duì)本實(shí)施例制備的Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)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(shí)施例三本實(shí)施例是一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料。所述的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，并且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。本實(shí)施例所采用的Fe-Si-B非晶薄帶為國標(biāo)1K101 ;所采用的銅為黃銅棒。
本實(shí)施例還提出了一種制備Fe-Si-B非晶合金_銅層狀復(fù)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，并用5%稀鹽酸去除黃銅表面氧化物后，在乙醇中和丙酮中分別超聲波清洗lmin。步驟2，預(yù)壓。將處理好的Fe-Si-B非晶置于兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的試樣。將所述試樣放入真空擴(kuò)散連接裝置中，并通過真空擴(kuò)散連接裝置對(duì)試樣加壓進(jìn)行預(yù)壓，所述的加壓壓力為5MPa。步驟3，擴(kuò)散連接。所述擴(kuò)散連接通過真空擴(kuò)散連接裝置實(shí)現(xiàn)，具體過程是對(duì)真空擴(kuò)散連接裝置抽真空至O. 6X 10_2Pa后，以30°C /min的升溫速率對(duì)位于真空擴(kuò)散連接裝置中的試樣升溫至500°C并保溫。當(dāng)試樣的溫度升至500°C時(shí)，對(duì)所述試樣加 壓70MPa并保壓；保溫和保壓時(shí)間均為20min。當(dāng)保溫和保壓結(jié)束后，對(duì)試樣卸壓至2MPa，同時(shí)試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料。經(jīng)對(duì)本實(shí)施例制備的Fe-Si-B非晶-黃銅層狀復(fù)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(quán)利要求
1.一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料，其特征在于，所述的Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料由一層Fe-Si-B非晶薄帶和兩層銅組成，并且所述的Fe-Si-B非晶薄帶夾在所述的兩層銅之間。
2.如權(quán)利要求I所述Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料，其特征在于，所述的Fe-Si-B非晶薄帶為國標(biāo)IKlOl ;所述的銅為純銅棒或黃銅棒。
3.一種制備權(quán)利要求I所述Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的方法，其特征在于，其制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，并用5%稀鹽酸去掉銅表面氧化物后，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(yù)壓；將表面處理好的Fe-Si-B非晶置于兩塊銅棒之間，形成了 Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的試樣；將所述試樣放入真空擴(kuò)散連接裝置中，并通過真空擴(kuò)散連接裝置對(duì)試樣加壓進(jìn)行預(yù)壓，所述的加壓壓力為5MPa ； 步驟3，擴(kuò)散連接；所述擴(kuò)散連接的過程是 對(duì)真空擴(kuò)散連接裝置抽真空后，以10 30°C /min的升溫速率對(duì)位于真空擴(kuò)散連接裝置中的試樣升溫至480 500°C并保溫；當(dāng)試樣的溫度升至480 500°C時(shí)，對(duì)所述試樣加壓70 90MPa并保壓；保溫和保壓時(shí)間均為20 40min ;當(dāng)保溫和保壓結(jié)束后，對(duì)試樣卸壓，同時(shí)試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，得到Fe-Si-B非晶-銅層狀復(fù)合材料。
全文摘要
一種Fe-Si-B非晶合金-銅層狀復(fù)合材料的制備方法，利用真空擴(kuò)散連接試驗(yàn)機(jī)，通過擴(kuò)散焊接的方法將所述Fe-Si-B非晶合金和銅焊接形成層狀復(fù)合材料。制備中，在非晶合金的過冷液相區(qū)溫度，通過壓力作用使非晶合金與銅同時(shí)發(fā)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(shí)通過保溫保壓促進(jìn)連接界面擴(kuò)散過程的進(jìn)行，在避免非晶合金晶化的前提下制備出大尺寸的鐵基非晶-銅層狀復(fù)合材料。由于采取上述技術(shù)方案，本發(fā)明嚴(yán)格精確的控制工藝參數(shù)，獲的了連接性能良好、具有寬頻屏蔽性能的大尺寸的復(fù)合材料。
文檔編號(hào)B32B37/10GK102873938SQ201210382749
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者寇宏超, 李金山, 王軍, 胡銳, 常輝, 薛祥義, 鐘宏, 張鐵邦, 唐斌 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)