精密及复杂非晶合金零部件或工艺品的制备方法与流程

本发明属于非晶合金塑性成型技术领域，具体涉及一种精密及复杂非晶合金零部件或工艺品的制备方法，可用于zr-系、pd-系、pt-系、la-系等具有良好热塑性成型能力的非晶合金的成型。

背景技术：

近年来关于块体非晶合金材料的研究结果表明，块体非晶合金与同成分的晶态合金材料相比具有更加优越的机械性能、优异的物理及化学性能，如高强度、硬度、弹性极限、耐磨性、耐腐蚀性、优良的软磁性和超导性等方面的特性，其在电子、机械、化工等领域都得到了广泛应用。虽然块体非晶合金具有上述所述的优良特点，但存在难加工、难成型的缺点，从而大大限制了其应用范围。因此，块体非晶合金的成型成为非晶合金应用拓展的一个技术难点。

几乎所有金属玻璃在升温时都表现出玻璃转变行为，这是当材料进入过冷液相区后，材料的粘度迅速降低，表现出类似液体的粘滞流动性质，在这一温度区间，金属玻璃具有非常好的超塑性，极有利于其加工成型，可实现对细微特征的复制，并满足生产复杂结构产品的要求。同时金属玻璃没有晶粒尺寸的限制，利用过冷液相区的粘滞流动，能够在微米甚至纳米尺度下加工出形状复杂的构件，同时可以保证精确表面，在精密/微器件领域极具应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是针对块体非晶合金存在难加工、难成型的缺点，通过利用非晶合金在过冷液相区的粘滞流动性，对块体非晶合金进行热塑性成型，提高对精密及复杂型面非晶合金制件的成型能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种精密及复杂非晶合金零部件或工艺品的制备方法，包括如下步骤：

（1）利用光刻技术在硅片上刻制出具有一定深度的所需零部件或工艺品的图案，制成硅模；

（2）将上、下热压块加热到特定温度，保持恒温；

（3）将切割好的一定体积的块状非晶合金放在上、下热压块之间且在一定时间内将其压制成预成型的非晶合金板，后取出非晶合金板并立即投入水中迅速冷却；

（4）重复步骤（2）；

（5）在上、下热压块之间放置硅模，将预成型的非晶合金板放置在硅模的上表面并且完全覆盖硅模，上热压块缓慢下移接触到预成型的非晶合金板，此时停止上热压块下移并在设定的温度下保温一定的时间，后对上热压块缓慢施加压力，当压力在一定的时间内达到一定的数值之后保压一定的时间再快速卸载压力，取出非晶合金板和硅模的结合体并立即投入水中迅速冷却；

（6）从水中取出非晶合金板和硅模的结合体，在一定浓度的koh溶液中浸泡一定的时间，直到完全清除硅模，保留下印有零部件或工艺品图案的非晶合金板，将其从koh溶液中取出并用清水冲洗干净；

（7）将印有零部件或工艺品图案的非晶合金板上、下面分别进行粗磨和精抛，即获得既精密又复杂的非晶合金零部件或工艺品。

进一步地，所述步骤（1）中所需零部件或工艺品图案在硅片上的刻制深度小于硅片的厚度。

进一步地，所述步骤（2）中特定温度是在非晶合金的玻璃转变温度tg和结晶温度tx之间。

进一步地，所述步骤（3）中压制非晶合金板缓慢施加压力达到5-35kn，再保压一定的时间。

进一步地，所述步骤（3）中压制非晶合金板的时间加上所述步骤（5）中在非晶合金板上压印的时间的总和不超过非晶合金在所述步骤（2）中特定温度下的结晶时间。

进一步地，所述步骤（5）中，需先将硅模放入丙酮溶液中经超声机清洗一段时间，再将预成型的非晶合金板放于其上。

进一步地，所述步骤（5）中预成型的非晶合金板与硅模接触的面需去除表面的氧化物和污渍，后用乙醇清洗干净并且吹干。

进一步地，所述步骤（5）中上热压块缓慢施加压力所达到的数值为5-10kn。

进一步地，所述步骤（6）中非晶合金板和硅模的结合体在100^oc的浓度为20%koh溶液中浸泡1-3h。

进一步地，所述步骤（7）中，先切除余料，再对印有零部件或工艺品图案的非晶合金板上、下面分别用不同目数的水砂纸和抛光剂在自动研磨抛光机上进行粗磨和精抛。

进一步地，所述步骤（7）中获得的非晶合金既精密又复杂的零部件或工艺品表面无划痕且表面粗糙度为1μm。

本发明的精密及复杂非晶合金零部件或工艺品的制备方法具有操作简单方便，成型效率高，精度高，尺寸均匀性好，成型力小，可控性好等优点。

附图说明

图1为本发明一个实施例的工艺流程图。

图2为本发明一个实施例中带有所需零部件图案的硅模示意图。

图3为通过本发明一个实施例得到的非晶合金齿轮零部件示意图。

图4为通过本发明一个实施例得到的非晶合金法兰轮零部件示意图。

图5为通过本发明一个实施例得到的非晶合金传感器件示意图。

图6为通过本发明一个实施例得到的非晶合金雪花片工艺品示意图。

图7为通过本发明一个实施例得到的非晶合金昆虫翅膀工艺品示意图。

图8为通过本发明一个实施例得到的非晶合金蜘蛛网工艺品示意图。

图9为通过本发明一个实施例得到的非晶合金组织结构工艺品示意图。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本发明实施例用于说明一种精密及复杂非晶合金零部件或工艺品的制备方法，采用的非晶合金为zr基非晶合金，其组成为zr44ti11cu10ni10be25（at.%），如图1所示，工艺流程如下：

（1）利用光刻技术在1mm厚度的硅片上刻制出550μm深度的齿轮零部件图案，即成带有齿轮零部件的硅模，如图2所示，随即刻制成的硅模需放入丙酮溶液中在超声机里清洗1h，后取出晾干；

（2）将上下热压块加热到zr44ti11cu10ni10be25非晶合金的玻璃转变温度tg＝350^oc和结晶温度tx＝471^oc之间的425^oc温度，保持恒温；

（3）将切割好的体积为150mm³的块状zr44ti11cu10ni10be25非晶合金放置在上下热压块之间，上热压块缓慢下移接触到zr44ti11cu10ni10be25非晶合金块体时停止移动上热压块，在425^oc恒温下放置20s后，接着在40s内缓慢施加压力达到5kn压制出1mm厚度的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板，后取出zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板立即投入水中迅速冷却；

（4）再次将上下热压块加热到425^oc温度，保持恒温；

（5）在上下热压块之间放置带有齿轮零部件图案的硅模和经预成型的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板，经预成型的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板放置在带有齿轮零部件图案的硅模的上方并且覆盖整块硅模，上热压块缓慢下移接触到经预成型的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板，此时停止上热压块下移并在425^oc温度下保温30s的时间，后对上热压块缓慢施加压力，当压力在30s内达到7kn之后保压60s后再快速卸载压力，取出zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板已压入带有齿轮零部件图案的硅模的结合体立即投入水中迅速冷却；

（6）从水中取出zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板已压入硅模的结合体，在浓度为20%的koh溶液中且在100^oc温度下浸泡1h后清除干净硅模，剩下印有齿轮零部件图案的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板，印有齿轮零部件图案的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板从koh溶液中取出用清水冲洗干净；

（7）将印有齿轮零部件图案的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板切除余料，再对印有齿轮零部件图案的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板上下面分别用不同目数的水砂纸和抛光剂在自动研磨抛光机上进行粗磨和精抛，即可获得表面没有划痕既精密又复杂且厚度为500μm的zr44ti11cu10ni10be25非晶合金齿轮零部件，如图3所示。

本实施例中步骤（3）中压制zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板的时间加上步骤（5）中在zr44ti11cu10ni10be25非晶合金薄板上压印齿轮零部件图案的时间的总和不得超过zr44ti11cu10ni10be25非晶合金在步骤（2）中425^oc温度下的结晶时间；

实施例2

本发明实施例用于说明一种精密及复杂非晶合金零部件或工艺品的制备方法，采用的非晶合金为pd基非晶合金，其组成为pd43cu27ni10p20（at.%）。

本实施例一种精密及复杂非晶合金零部件或工艺品的制备过程如下：

（1）利用光刻技术在1mm厚度的硅片上刻制出450μm深度的雪花片工艺品图案，即成带有雪花片工艺品图案的硅模，随即刻制成的硅模需放入丙酮溶液中在超声机里清洗1h，后取出晾干；

（2）将上下热压块加热到pd43cu27ni10p20非晶合金的玻璃转变温度tg＝305^oc和结晶温度tx＝384^oc之间的345^oc温度，保持恒温；

（3）将切割好的体积为350mm³的块状pd43cu27ni10p20非晶合金放置在上下热压块之间，上热压块缓慢下移接触到pd43cu27ni10p20非晶合金块体时停止移动上热压块，在345^oc恒温下放置20s后，接着在40s内缓慢施加压力达到7kn压制出1mm厚度的pd43cu27ni10p20非晶合金薄板，后取出pd43cu27ni10p20非晶合金薄板立即投入水中迅速冷却；

（4）再次将上下热压块加热到345^oc温度，保持恒温；

（5）在上下热压块之间放置带有雪花片工艺品图案的硅模和经预成型的pd43cu27ni10p20非晶合金薄板，经预成型的pd43cu27ni10p20非晶合金薄板放置在带有雪花片工艺品的硅模的上方并且覆盖整块硅模，上热压块缓慢下移接触到经预成型的pd43cu27ni10p20非晶合金薄板，此时停止上热压块下移并在345^oc温度下保温30s的时间，后对上热压块缓慢施加压力，当压力在30s内达到7kn之后保压60s后再快速卸载压力，取出pd43cu27ni10p20非晶合金薄板已压入带有雪花片工艺品图案的硅模的结合体立即投入水中迅速冷却；

（6）从水中取出pd43cu27ni10p20非晶合金薄板已压入硅模的结合体，在浓度为20%的koh溶液中且在100^oc温度下浸泡1.5h后清除干净硅模，剩下印有雪花片工艺品图案的pd43cu27ni10p20非晶合金薄板，印有雪花片工艺品图案的pd43cu27ni10p20非晶合金薄板从koh溶液中取出用清水冲洗干净；

（7）将印有雪花片工艺品图案的pd43cu27ni10p20非晶合金薄板切除余料，再对印有雪花片工艺品图案的pd43cu27ni10p20非晶合金薄板上下面分别用不同目数的水砂纸和抛光剂在自动研磨抛光机上进行粗磨和精抛，即可获得表面没有划痕既精密又复杂且厚度为400μm的pd43cu27ni10p20非晶合金雪花片工艺品（如图6所示）。

本实施例中步骤（3）中压制pd43cu27ni10p20非晶合金薄板的时间加上步骤（5）中在pd43cu27ni10p20非晶合金薄板上压印雪花片工艺品图案的时间的总和不得超过pd43cu27ni10p20非晶合金在步骤（2）中345^oc温度下的结晶时间。

同理，图4、图5、图7、图8和图9等的零部件或工艺品可以按照实施例1或实施例2中的制备步骤制得。

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。