本發(fā)明涉及金屬材料的制備方法，尤其涉及一種非晶純金屬材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、非晶材料是一種具有組成原子長程無序的材料。非晶金屬材料是一種重要的非晶材料，與傳統(tǒng)的多晶/單晶金屬材料相比，非晶金屬材料具有高強度、高韌度、高硬度等諸多優(yōu)點，是一種面向未來應(yīng)用的關(guān)鍵材料。目前非晶金屬材料多為合金，制備非晶金屬材料主要采用急速冷卻的方法，這是因為純金屬(純金屬是指不含其他雜質(zhì)或其他金屬成分的金屬)材料的非晶化能力(指由多晶狀態(tài)向非晶狀態(tài)轉(zhuǎn)化的能力)很弱，需要在極端條件下才能形成非晶態(tài)(如極高的冷卻速度：1011～1013k/s)。為提高金屬材料的非晶化能力，需要添加不同的金屬元素，以降低金屬材料非晶化的臨界冷卻速度。例如：專利cn118581375a公開了一種六元高熵非晶合金及其制備方法和應(yīng)用，該方法制備的非晶金屬材料包含6種不同金屬元素，同時需要采用熔體旋淬方法以獲得極高的冷卻速度；專利中特別提到若金屬熔體冷卻速度不夠快，容易發(fā)生晶化、不利于形成非晶合金。

2、現(xiàn)有制備非晶金屬材料的技術(shù)由于需要很高的冷卻速度，對于加工設(shè)備的要求高。在這樣的條件下，由于純金屬材料非晶化臨界冷卻速度極高，在現(xiàn)有條件下很難制備較大面積的非晶純金屬。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點，提供一種可以實現(xiàn)多種純金屬非晶化的非晶純金屬材料的制備方法。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明的一種非晶純金屬材料的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟一、準(zhǔn)備多晶或單晶狀態(tài)的純金屬材料，然后對純金屬材料表面進行預(yù)加工使得純金屬材料表面粗糙度不大于sa?1.6μm；

5、步驟二、將純金屬材料固定在超精密機床上，將超精密機床主軸的動平衡參數(shù)調(diào)整至30nm以內(nèi)，采用聚晶金剛石刀具對金屬材料的端面進行切削粗加工，切削粗加工過程中對切削區(qū)域連續(xù)噴射冷卻干燥的保護性氣體，使得制備的非晶純金屬材料不被氧化；

6、步驟三、粗加工完成后，將超精密機床主軸的動平衡參數(shù)重新調(diào)整至30nm以內(nèi)，然后采用單晶金剛石刀具對金屬材料進行精加工，采用步驟二中的保護性氣體對切削區(qū)域連續(xù)噴射；

7、步驟四、將精加工后的純金屬材料從超精密機床迅速取下，并保存在真空環(huán)境或者不能與純金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的保護性氣體氛圍中，精加工后的純金屬材料中包含有非晶體，在純金屬材料加工后的表面上具有非晶體層。

8、本發(fā)明的有益效果是：

9、通過采用具有大圓弧刃(刀尖圓弧半徑不小于5mm)、極鋒利(切削刃鈍圓半徑不大于20nm)的單晶金剛石刀具在極小的進給量下(每轉(zhuǎn)進給量一般不超過2μm/r)對純金屬材料進行超精密切削，利用切削過程中產(chǎn)生的極高的剪應(yīng)變、極高的應(yīng)變率等條件，在表層和亞表層獲得非晶純金屬組織。

技術(shù)特征：

1.一種非晶純金屬材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶純金屬材料的制備方法，其特征在于：所述的非晶體層的厚度為10～30nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非晶純金屬材料的制備方法，其特征在于：精加工后的純金屬材料為加工前的純金屬材料硬度的2～4倍。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的非晶純金屬材料的制備方法，其特征在于：純金屬材料主要元素質(zhì)量百分比不低于99％，余量為雜質(zhì)元素含量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的非晶純金屬材料的制備方法，其特征在于：所述的切削粗加工過程中對切削區(qū)域連續(xù)噴射冷卻干燥的保護性氣體的溫度范圍為：-20℃至20℃，且含水量的質(zhì)量百分比低于0.1％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的非晶純金屬材料的制備方法，其特征在于：所述的切削粗加工過程中刀尖圓弧半徑不小于5mm；切削粗加工工藝參數(shù)是：超精密機床主軸轉(zhuǎn)速1000-3000r/min，切削深度3-15μm，每轉(zhuǎn)進給量10-30μm/r。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非晶純金屬材料的制備方法，其特征在于：精加工的工藝參數(shù)是：主軸轉(zhuǎn)速2000r/min，切削深度1-2μm，每轉(zhuǎn)進給量0.5-2μm/r；刀尖圓弧半徑不小于5mm，刀具切削刃鈍圓半徑不大于20nm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種非晶純金屬材料的制備方法，包括以下步驟：準(zhǔn)備多晶或單晶狀態(tài)的純金屬材料，然后對純金屬材料表面進行預(yù)加工使得純金屬材料表面粗糙度不大于Sa?1.6μm；采用聚晶金剛石刀具對金屬材料的端面進行切削粗加工；采用單晶金剛石刀具對金屬材料進行精加工；將精加工后的純金屬材料從超精密機床迅速取下，并保存在真空環(huán)境或者不能與純金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的保護性氣體氛圍中，精加工后的純金屬材料中包含有非晶體，在純金屬材料加工后的表面上具有非晶體層。通過采用極鋒利的單晶金剛石刀具對純金屬材料進行超精密切削，利用切削過程中產(chǎn)生的極高的剪應(yīng)變、應(yīng)變率等條件，在表層和亞表層獲得非晶純金屬組織。

技術(shù)研發(fā)人員：何春雷,王姝淇
受保護的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9