[发明专利]一种热塑性挤压制造Ce基非晶合金微小齿轮的方法

说明书

技术领域

本发明属于非晶态合金的成形应用领域，尤其涉及一种非晶合金微小齿轮的加工方法。

技术背景

自上个世纪六十年代非晶合金被发现以来，非晶态合金以其独特的优于普通合金的力学性能、磁学性能、抗腐蚀性能及良好的生物相容性，而具有极其广泛的潜在应用，并且受到了材料领域的极大关注。非晶态合金由于在加热的过程中经过玻璃化转变后进入过冷液相区，并在过冷液相区里呈现粘流态，能在很低的应力下(2MPa左右)发生流动，为其在将来的加工成型提供了很大的方便，而存在极大的潜在应用价值。另外，非晶合金在凝固的过程中具有较小的收缩，使其在精密成型技术上具有优于普通合金铸造性能。非晶态合金没有晶界，具有光滑的表面和良好的抗腐蚀能力，在耐蚀合金、微机械制造领域也存在着潜在的应用价值。目前以Zr基非晶合金为材料，在400℃左右的加工温度下，采用两阶段冲孔成形工艺方案，已经可以在较小的载荷下获得充型效果良好、轮廓清晰的精密带轮毅直齿圆柱齿轮。

2005年，中国科学院物理所发现了铈基合金具有较低的玻璃化转变温度，使非晶合金的Tg降低到了100℃以下，使得非晶态合金能像普通的聚合物工程塑料一样可以在较低的温度下发生玻璃化转变，进而可以很容易的进行热塑性成型，并把这个体系的合金取名为金属塑料。非晶合金能像工程塑料一样容易的进行变形，而强度却是工程塑料的几倍甚是几十倍。对于非晶合金的加工成型，其玻璃形成能力和过冷液相区的稳定性是很关键的参数。本申请利用已经发现的具有较好玻璃形成能力和很低的过冷液相区的Ce₇₀Ga_8.5Cu_18.5Ni₃非晶合金，在140℃的较低温度下用热塑性挤压的方法制造微小齿轮。使金属塑料在工程上的应用有了进一步的可能性。

发明内容

本发明的目的在于利用金属塑料在过冷液相区的超塑性，通过热塑性挤压的方式获得良好的充型性能，用以制造直径在1毫米量级的齿轮零件。同时由于铈基非晶合金具有玻璃化转变温度低的特点，使得热塑性挤压过程能够在很小的载荷(18N)和较低的温度条件下进行(在加热到140℃附近进行充型)，在节省能源的同时，降低了对成型机械的强度和耐热性要求，从而降低工程实施的难度。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明热塑性挤压制造Ce基非晶合金微小齿轮的方法，其特点在于：将Ce基非晶合金在140℃下、以18N的载荷进行热塑性挤压，即得Ce基非晶合金微小齿轮。

Ce基非晶合金热塑性挤压过程中的温度和载荷的可控和量化利用DMA热分析仪实现。所得Ce基非晶合金微小齿轮的外轮廓直径在1毫米量级。

本发明热塑性挤压制造Ce基非晶合金微小齿轮的方法的具体步骤为：

设置玻璃模具，在所述玻璃模具中心通过光刻技术加工有齿轮形状型腔；设置铜质装载容器，在所述装载容器中心设置有通孔；将所述装载容器放置在所述玻璃模具的上方，且使通孔中轴线与齿轮形状型腔的中轴线对齐；在所述玻璃模具的下方放置一垫板，以封住齿轮形状型腔下方；将Ce基非晶合金放入装载容器的通孔中，然后将一压头伸入通孔中并压住所述Ce基非晶合金，完成模具装配；

将装配完成后的模具放入DMA动态热分析仪中，向压头施加压力，使Ce基非晶合金载荷为18N，以20℃/min的升温速率升温至120℃，然后以3℃/min的升温速率升温至140℃，保温使Ce基非晶合金流动变形，充满齿轮形状型腔，冷却后取出，即获得Ce基非晶合金微小齿轮。

本发明应用的Ce基非晶合金是以纯金属铈作为主要成分，其原子百分比组成可以用如下的公式表示：Ce₇₀Ga_8.5Cu_18.5Ni₃；其中所用原料中Ce金属的纯度不低于99％，Ga、Cu、Ni金属的纯度不低于99.9％。

Ce基非晶合金是通过本领域普通技术人员公知的方法制备的，具体包括如下步骤：

(1)母合金的制备：按照通式Ce₇₀Ga_8.5Cu_18.5Ni₃所需的原子配比，将所需金属元素的质量配好，通过氩气保护电弧熔炼或者是其他的熔炼方法得到母合金铸锭；

(2)吸铸：将步骤(1)中得到的母合金铸锭重新熔化，利用电弧炉中的吸铸装置或者其他本行业内可以利用的装置，将母合金熔体铸成一定形状和尺寸的样品或者制件。