[发明专利]一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法

说明书

本发明公开了一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法及装置，该方法包括：非晶合金样件在感应电流的作用下升温至过冷液态区，同时在洛伦兹力的驱动下变形至模具冷却成形；感应电流和洛伦兹力均由成形线圈放电产生，感应电流由设置在成形线圈周围的导体在成形线圈放电过程中感应产生，洛伦兹力由放电过程中成形线圈产生的磁场与非晶合金样件流过的感应电流共同作用产生，导体与非晶合金样件构成感应回路，以使感应电流流过所述非晶合金样件。非晶合金样件的升温、成形、冷却过程在数毫秒脉冲放电时间内一次完成，具有升温、成形、冷却一体化的优点。

技术领域

本发明属于非晶合金材料成形制造领域，更具体地，涉及一种基于洛伦兹力的非晶合金成形方法及装置。

背景技术

块体非晶合金(又称金属玻璃)是上世纪80年代末和90年代初发展起来的一种新型金属材料，兼具金属和玻璃双重性质，被认为是孕育着继钢铁、塑料之后第三次材料工业革命的新型工程材料。然而其室温脆性导致其通过传统的成形加工困难，从而制约了其广泛的应用。

目前，非晶合金材料的成形主要采用铜模压铸和热塑性成形两种方法。一种是铜模铸造成形法，即将非晶合金熔体注入已加工好形状的铜模内，实现非晶零件的直接成形。但由于非晶熔体的流动性差，需要的冷却速率快，所以对非晶合金的玻璃成形能力要求高，同时成形件中容易产生空洞等缺陷。

非晶合金成形的另一种方法是热塑性成形法，它是利用非晶合金在过冷液态区(玻璃化温度至晶化温度之间的温区)呈现出的粘滞流变特性，实现超塑性变形。由于非晶合金是一种亚稳态材料容易晶化，传统的利用加热炉加热方式升温速率慢，专利(CN201510870920)提出先通过电容器放电产生的脉冲电流流过非晶合金实现快速加热，当其升至预设成形温度(处于过冷液态区)后，再通过线圈放电产生磁场对非晶合金进行电磁成形。非晶合金的加热和成形分别进行，因此需要严格匹配非晶合金样件加热和电磁成形之间的时序，时序匹配不及时会造成非晶合金温升偏低，没有进入过冷液态区难以成形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非晶合金的洛伦兹力成形方法及装置，旨在解决现有技术中由于对非晶合金样件的加热和成形需要分开完成，对加热温度的调控以及成形时间的精确控制要求很高，容易导致非晶合金样件晶化或者氧化，甚至无法成形的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种基于洛伦兹力的非晶合金成形装置，该成形装置包括：电容器、开关、充电模块、成形线圈、外导电通道，非晶合金样件以及模具，所述充电模块与所述电容器构成充电回路，所述电容器、开关以及成形线圈构成放电回路，所述外导电通道与非晶合金样件构成感应回路，所述成形线圈设置在所述感应回路的内部；所述充电模块对所述电容器充电，然后闭合所述开关，充电后的电容器对所述成形线圈放电，所述外导电通道产生相应的感应电流，所述非晶合金样件在所述感应电流的作用下升温至过冷液态区，同时在所述充电后的电容器对所述成形线圈进行放电产生磁场，磁场与非晶合金样件中流过的感应电流的共同作用下产生洛伦兹力，使得升温至过冷液态区的非晶合金样件在所述洛伦兹力的驱动下变形至所述模具冷却成形。

本发明通过选取一定参数的高压电容器，同时，选取电导率较大的材料做外导电通道的导体材料，使得高压电容器通过成形线圈放电过程中，可以使外导电通道感应产生一个较大的感应电流，同时外导电通道使得非晶合金样件中的感应电流分布均匀，可以完成对非晶合金样件的快速加热。另外，当非晶合金样件被快速加热至过冷液态区后，此时，高压电容器在成形线圈放电所产生的洛伦兹力还足够将加热至过冷液态区的非晶合金样件快速驱动，变形至模具快速冷却成形。

具体地，通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于电容器一次放电完成对非晶合金样件加热和成形两个步骤，实现加热、成形一体化，操作简单。整个过程在数毫秒级内完成，进一步节约了成形时 间，不但有效避免了非晶合金在成形过程中可能发生的氧化与晶化，而且大幅提高了成形效率，降低了生产成本。