專利名稱：一種激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法
技術領域：
本發明屬于激光焊接領域，更具體地，涉及一種激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法。
背景技術：
非晶合金是是一種新型的工程材料，其內部原子呈長程無序短程有序的三維拓撲結構，原子間以金屬鍵結合，沒有位錯和晶界等缺陷。這種獨特的結構使非晶合金材料具有許多優異的性能，如高強度、高硬度、耐磨、超強耐蝕性、過冷液相區內良好的超塑性等，被廣泛地應用于精密機械、航空航天器件、信息、國防工業、體育器材、輸電材料等領域。非晶合金是極具前途的新結構與功能材料，不僅有著很好的科學研究價值、而且還有巨大的市場前景。 然而，現有非晶合金材料存在以下問題其在室溫下具有較大的脆性，抗剪切能力差，且其作為新型工程材料的應用價值被大大限制。

發明內容
針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法，旨在解決現有方法中存在的非晶合金材料脆性大、抗剪切能力差、材料應用價值受限的問題。為實現上述目的，本發明提供了一種激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法，其特征在于，包括以下步驟( I)對非晶合金薄板及晶態金屬薄板進行切割和清洗，(2)將非晶合金薄板固定在焊接平臺上，并將晶態金屬薄板左端與非晶合金薄板左端對齊并壓緊在實驗平臺上，右端繞在放料滾筒上，將輥子放在非晶合金薄板及晶態金屬薄板左端并對齊；(3)打開激光器，調整激光掃描速度為V2=8 12m/min、保護氣體流量為q=l(T20L/min，激光束沿著非晶合金薄板及晶態金屬薄板寬度方向快速來回掃描，同時調整輥子的直線運動速度V1=V2/2W*0. 0002m/min,以將非晶合金薄板與晶態金屬薄板的熔化部分壓實，形成非晶合金和晶態金屬復合結構。步驟(I)包括以下子步驟( 1-1)采用切片機分別切割非晶合金薄板及晶態金屬薄板，非晶合金薄板及晶態金屬薄板的寬度同為w=0. 2m ；(1-2)先后用細顆粒砂紙和金相砂紙磨平非晶合金薄板及晶態金屬薄板的待焊接表面并拋光，以去除表面氧化層；(1-3)將非晶合金薄板及晶態金屬薄板放在丙酮中進行超聲波清洗，以去掉表面油脂雜質；(1-4)將非晶合金薄板及晶態金屬薄板放在無水乙醇中進行第二次超聲波清洗，并在清洗干凈后放在干凈的無水乙醇中保存。非晶合金包括Zr41Ti14Cu12.5Ni1QBe22.5 和 Zr55Cu30Al10Ni5,晶態金屬為鋯。激光器的光斑直徑為d=0. 4mm，激光輸出功率為P=IOOO 1500W。通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，本發明具有以下的有益效果I、本發明的復合結構可阻斷非晶合金材料在剪切過程中剪切帶的延伸，從而避免了純非晶合金材料脆性大的問題，增強了抗剪切能力2、本發明采用激光的能量密度大，能在極短的時間內熔化薄板，形成良好的焊接區；3、本發明通過調整激光焊接速度-功率之間的配合，獲得合適的冷卻速率，能 夠使焊接后的非晶材料繼續保持非晶特性，材料結構和性能不僅沒有破壞，材料的抗剪切性能還得到很大的提高，韌性增強，焊接后薄板表面質量高、連接可靠；4、本發明可實現多種材料、多種厚度等不同形式的多層復合材料的制備，實現材料性能的優化，擴大材料在工程上的應用范圍，提高材料的應用價值；5、本發明操作簡單，制造成本及性能方面均有明顯優勢，適用范圍廣，便于推廣使用。


圖I是本發明激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法的原理示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法包括以下步驟(I)對非晶合金薄板及晶態金屬薄板進行切割和清洗，在本實施方式中，非晶合金材料包括Zr41Ti14Cu12.5Ni1QBe22.dP Zr55Cu3tlAlltlNi5,晶態金屬材料為鋯，本步驟具體包括以下子步驟( 1-1)采用切片機分別切割非晶合金薄板及晶態金屬薄板，非晶合金薄板及晶態金屬薄板的寬度同為w=0. 2m ；(1-2)先后用細顆粒砂紙和金相砂紙磨平非晶合金薄板及晶態金屬薄板的待焊接表面并拋光，以去除表面氧化層；(1-3)將非晶合金薄板及晶態金屬薄板放在丙酮中進行超聲波清洗，以去掉表面油脂雜質；( 1-4)將非晶合金薄板及晶態金屬薄板放在無水乙醇中進行第二次超聲波清洗，并在清洗干凈后放在干凈的無水乙醇中保存；(2)將非晶合金薄板固定在焊接平臺上，并將晶態金屬薄板左端與非晶合金薄板左端對齊并壓緊在實驗平臺上，右端繞在放料滾筒上，將輥子放在非晶合金薄板及晶態金屬薄板左端并對齊；(3 )打開激光器，調整激光器的光斑直徑為d=0. 4mm、激光輸出功率為P=100(Tl500W、激光掃描速度為V2=8 12m/min、保護氣體流量為q=l(T20L/min，激光束沿著非晶合金薄板及晶態金屬薄板寬度方向快速來回掃描，同時調整輥子的直線運動速度V1=V2/2W*0. 0002m/min,以將非晶合金薄板與晶態金屬薄板的熔化部分壓實，形成非晶合金和晶態金屬復合結構。實施例I首先對Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板及鋯薄板進行切割和清洗，其后將Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板固定在焊接平臺上,并將錯薄板左端與Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板左端對齊并壓緊在實驗平臺上，右端繞在放料滾筒上，將輥子放在Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板及鋯薄板左端并對齊，然后打開激光器，調整激光器的光斑直徑為d=0. 4mm、激光輸出功率為P=1000W、激光掃描速度為V2=8m/min、保護氣體流量為q=10L/min，激光束沿著Zr41Ti14Cu12.5附1(^22.5薄板及鋯薄板寬度方向快速來回掃描，同時調整輥子的直線運動速度Vl=O. 04m/min,以將Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板及錯薄板的熔化部分壓實,形成非晶合金和晶態金屬復合結構。 實施例2首先對Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板及鋯薄板進行切割和清洗，其后將Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板固定在焊接平臺上,并將錯薄板左端與Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板左端對齊并壓緊在實驗平臺上，右端繞在放料滾筒上，將輥子放在Zr41Ti14Cu12.5Ni1(lBe22.5薄板及鋯薄板左端并對齊，然后打開激光器，調整激光器的光斑直徑為d=0. 4mm、激光輸出功率為P=1000W、激光掃描速度為V2=12m/min、保護氣體流量為q=20L/min，激光束沿著Zr41Ti14Cu12.5附1(^22.5薄板及鋯薄板寬度方向快速來回掃描，同時調整輥子的直線運動速度Vl=O. 06m/min,以將Zr41Ti14Cul2.5Ni1(lBe22.5薄板及錯薄板的熔化部分壓實,形成非晶合金和晶態金屬復合結構。實施例3首先對Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板及鋯薄板進行切割和清洗，其后將Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板固定在焊接平臺上，并將鋯薄板左端與Zr55Cu3ciAliciNi5薄板左端對齊并壓緊在實驗平臺上，右端繞在放料滾筒上，將棍子放在Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板及錯薄板左端并對齊，然后打開激光器，調整激光器的光斑直徑為d=0. 4mm、激光輸出功率為P=1500W、激光掃描速度為V2=8m/min、保護氣體流量為q=10L/min,激光束沿著Zr55Cu3ciAlltlNi5薄板及錯薄板寬度方向快速來回掃描，同時調整輥子的直線運動速度Vl = O. 04m/min,以將Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板及鋯薄板的熔化部分壓實，形成非晶合金和晶態金屬復合結構。實施例4首先對Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板及鋯薄板進行切割和清洗，其后將Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板固定在焊接平臺上，并將鋯薄板左端與Zr55Cu3ciAliciNi5薄板左端對齊并壓緊在實驗平臺上，右端繞在放料滾筒上，將棍子放在Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板及錯薄板左端并對齊，然后打開激光器，調整激光器的光斑直徑為d=0. 4_、激光輸出功率為P=1500W、激光掃描速度為V2=12m/min、保護氣體流量為q=20L/min,激光束沿著Zr55Cu3ciAlltlNi5薄板及錯薄板寬度方向快速來回掃描，同時調整輥子的直線運動速度Vl=O. 06m/min,以將Zr55Cu3tlAlltlNi5薄板及鋯薄板的熔化部分壓實，形成非晶合金和晶態金屬復合結構。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等， 均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)對非晶合金薄板及晶態金屬薄板進行切割和清洗， (2)將非晶合金薄板固定在焊接平臺上，并將晶態金屬薄板左端與非晶合金薄板左端對齊并壓緊在實驗平臺上，右端繞在放料滾筒上，將輥子放在非晶合金薄板及晶態金屬薄板左端并對齊； (3)打開激光器，調整激光掃描速度為V2=8 12m/min、保護氣體流量為q=l(T20L/min，激光束沿著非晶合金薄板及晶態金屬薄板寬度方向快速來回掃描，同時調整輥子的直線運動速度V1=V2/2W*0. 0002m/min,以將非晶合金薄板與晶態金屬薄板的熔化部分壓實，形成非晶合金和晶態金屬復合結構。
2.根據權利要求I所述的激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法，其特征在于，步驟(I)包括以下子步驟 (1-1)采用切片機分別切割非晶合金薄板及晶態金屬薄板，非晶合金薄板及晶態金屬薄板的寬度同為W=O. 2m； (1-2)先后用細顆粒砂紙和金相砂紙磨平非晶合金薄板及晶態金屬薄板的待焊接表面并拋光，以去除表面氧化層； (1-3)將非晶合金薄板及晶態金屬薄板放在丙酮中進行超聲波清洗，以去掉表面油脂雜質； (1-4)將非晶合金薄板及晶態金屬薄板放在無水乙醇中進行第二次超聲波清洗，并在清洗干凈后放在干凈的無水乙醇中保存。
3.根據權利要求I所述的激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法，其特征在于，非晶合金包括Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5和Zr55Cu30Al10Ni5,晶態金屬為鋯。
4.根據權利要求I所述的激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法，其特征在于，激光器的光斑直徑為d = O. 4mm，激光輸出功率為P=100(Tl500W。
全文摘要
本發明公開了一種激光快掃制備非晶合金和晶態金屬復合結構的方法，其特征在于，包括以下步驟對非晶合金薄板及晶態金屬薄板進行切割和清洗，將非晶合金薄板固定在焊接平臺上，并將晶態金屬薄板左端與非晶合金薄板左端對齊并壓緊在實驗平臺上，右端繞在放料滾筒上，將輥子放在非晶合金薄板及晶態金屬薄板左端并對齊，打開激光器，調整激光掃描速度為V2＝8~12m/min、保護氣體流量為q=10~20L/min，激光束沿著非晶合金薄板及晶態金屬薄板寬度方向快速來回掃描，同時調整輥子的直線運動速度V1=V2/2W*0.0002m/min，以將非晶合金薄板與晶態金屬薄板的熔化部分壓實，形成非晶合金和晶態金屬復合結構。本發明能夠解決現有方法中存在的非晶合金材料脆性大、抗剪切能力差、材料應用價值受限的問題。
文檔編號B23K101/18GK102896423SQ20121037211
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者廖廣蘭, 李默, 陳彪, 史鐵林 申請人:華中科技大學