非晶压铸用模具材料的选择和优化研究

发布时间：2020-04-14 09:10

【摘要】：块体非晶合金(BMG)具有优异的力学和耐腐蚀性能,已在多个领域获得应用,其中消费类电子产品精密件发展最快。电子产品精密件多有薄壁窄边,成型难度较大,而成型性与铸造压力、熔体温度和模具设计等工艺条件有关,也与熔体与模具的润湿性有关,即与BMG成份和模具材质有关。本文针对两种成型难度有明显差异的手机卡托模具,提出了一种用标准薄板试样长度来量化BMG精密件成型难度的方法,在此基础上对比了Zr_(55)Cu_(30)Ni_5Al_(10)(Zr55)和Zr_(52.5)Cu_(25)Ni_(9.5)Ti_6Al_7(Zr52.5)的成型性和玻璃形成能力(GFA)。采用自建的金属熔体与常温基板的润湿性测试平台,研究了Zr55、(Zr_(55)Cu_(30)Ni_5Al_(10))_(98)Er_2等合金熔体与紫铜、铬铜、铬锆铜、铍镍铜、铍钴铜、碳化钨铜、H13钢以及石英片的润湿性,采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)从形貌、元素分布、界面反应等角度分析了各种合金熔体在不同材料表面润湿性的差异。此外,结合脉冲等离子爆炸轰击对多种铜合金进行了表面处理,研究了工艺参数对表面硬度的影响,通过SEM、EDS、XRD等测试手段从表面形貌和物相分析了表面处理的作用机制。针对宽边和窄边SIM手机卡托两种精密件模具,采用喷铸成型方法确定了熔体温度相差较大的Zr55和Zr_(57)Nb_5Cu_(15.4)Ni_(12.6)Al_(10)(Zr57)可完整成型时的最低熔体温度,在此温度下制备截面为0.5?5 mm~2的薄板试样,两种成份制备的薄板试样长度在误差范围内相同,由此建立了精密件成型难易程度和简单试样长度的等价关系。测量了不同熔体温度下Zr55和Zr52.5的标准薄板试样长度和GFA,给出了两个成份的可成型性-GFA关系图。结果表明Zr55在较宽的熔体温度范围内可保持较大的GFA,而Zr52.5可在达到较高可成型性时仍保持较好的GFA,这为选择适于不同生产要求的成份提供了明确依据。通过润湿性测试发现Zr55合金熔体与H13钢表面产生粘附,通过EDS测试发现两者发生了界面反应,由此说明H13钢不适合作为非晶压铸用模具材料。而Zr55熔体在多种铜合金表面均不会出现粘附,其中与铍镍铜的接触角最大,相比紫铜,铍镍铜的硬度有明显优势,有潜力应用于非晶压铸用模具材料。在Zr55合金中添加2%的Er元素后与各种铜合金的润湿性稍有增加,但与石英的润湿性明显降低。用铜合金模具时,不宜在Zr基合金中加Er;用石英模具时,宜在Zr基合金中加Er。利用脉冲等离子爆炸轰击对多种铜合金进行了表面处理,研究表明样品表面均生成了W、W_2N和炭黑,并出现了局部熔化形成的熔瘤。多次数轰击,低电容轰击和不接地线轰击的工艺条件,有利于熔瘤致密。轰击处理会对铜合金表面造成影响,由表及里可能出现的区域为熔化区、再结晶区和回复区,其区域硬度是依次增加的,因此表面熔化区应该是硬度降低的主要原因。紫铜和碳化钨铜适宜多次数轰击处理。紫铜、铬铜、铬锆铜和铍钴铜适合不接地轰击处理。六种铜合金均不适宜高电容轰击处理。
【图文】：

块体非晶合金,数据图,杨氏模量,抗拉强度

图 1-1 块体非晶合金与传统合金的抗拉强度与杨氏模量数据图[8]体非晶合金具有优异的综合性能，因此在许多领域获得了应用锈钢手术刀在多次使用后刃口易出现损坏，但用 Zr 基块体非保持锋利。如图 1-3 所示，由于 Zr 基块体非晶合金在冲击破损时弹的弹头。如图 1-4 所示，由于 ZrCuNiNbAl 块体非晶合金能惰性气体粒子，被 NASA 用作飞船的太阳风收集板，捕获太图 1-5 所示，由于 Zr 基块体非晶具有良好的反弹性能和能量Technologies 公司用作垒球棒和网球拍的框架。由于 Zr 基块体和耐腐蚀性，被用作了 Turning 手机的机身。述，BMG 具有很好的综合性能，可以获得广泛的应用，近年来精密件发展尤为迅速。Zr 基 BMG 最适于用作电子产品精密件，百种，因此选出适于生产消费类电子产品精密件的 Zr 基 BMG

对比图,基块,手术刀,非晶合金

非晶压铸用模具材料的选择和优化研究一方面，润湿性也对模具材质提出了一定的要求，，另外模具材以利于非晶的形成，且需要足够的表面硬度来保证耐用性。本择适于生产精密件的 Zr 基 BMG 成份，挑选出合适的铜合金作等离子爆炸轰击对铜合金的表面改性作用。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG23

【参考文献】