阅读说明：本技术 一种非晶合金材料、使用该材料的非晶合金结构件及应用 (Amorphous alloy material, amorphous alloy structural member using amorphous alloy material and application of amorphous alloy structural member ) 是由 高宽 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种非晶合金材料、使用该材料的非晶合金结构件及应用,非晶合金材料的通式为Cu<Sub>a</Sub>Ni<Sub>b</Sub>Q<Sub>c</Sub>R<Sub>d</Sub>Y<Sub>e</Sub>,其中,其中a、b、c、d和e为对应元素的重量百分比,7％≤a≤20％,6％≤b≤23％,20％≤c≤70％,1％≤d≤21％和0％≤e≤10％,a+b+c+d+e＝1,Q为Ti和/或Zr,R为Si、Sn、Al和B中的一种或几种。非晶合金材料与铝合金和不锈钢等常规材料相比,具有强度高、硬度大和耐磨性好的特点,非晶合金材料可应用在制备折叠屏幕手机的支架和折叠结构,能有效地支撑折叠屏幕,其弹性和耐磨性可以使其顺畅的完成折叠的动作,其较高的平面度可以保证该折叠结构在动作时可以不发生扭转翘曲从而实现顺利的折叠。(The invention discloses an amorphous alloy material, an amorphous alloy structural member using the same and application thereof, wherein the general formula of the amorphous alloy material is Cu a Ni b Q c R d Y e Wherein a, B, c, d and e are the weight percentage of the corresponding elements, a is more than or equal to 7% and less than or equal to 20%, B is more than or equal to 6% and less than or equal to 23%, c is more than or equal to 20% and less than or equal to 70%, d is more than or equal to 1% and less than or equal to 21%, e is more than or equal to 0% and less than or equal to 10%, a + B + c + d + e is 1, Q is Ti and/or Zr, R is one or more of Si, Sn, Al and B. Compared with conventional materials such as aluminum alloy, stainless steel and the like, the amorphous alloy material has the characteristics of high strength, high hardness and good wear resistance, and can be applied to the preparation of supports and folding screens of mobile phonesThe structure can effectively support the folding screen, the elasticity and the wear resistance of the folding screen can enable the folding screen to smoothly complete the folding action, and the higher planeness of the folding screen can ensure that the folding structure can not be twisted and warped when in action, thereby realizing smooth folding.)

一种非晶合金材料、使用该材料的非晶合金结构件及应用

技术领域

本发明涉及一种材料科学技术领域，具体涉及一种非晶合金材料、使用该材料的非晶合金结构件及应用。

背景技术

随着软件速度和硬件水平的提高，现有消费电子产品不断地向更轻更薄且具备更加丰富的功能方向发展。消费电子产品的体积不断变小重量不断变轻的同时还要搭载种类和数量繁多的传感器、摄像头模组、指纹采集装置、屏幕和容量越来越大的电池。以上情况对消费电子产品的支撑材料提出了更高的要求，不仅要自身的重量轻，并且要具有较高的强度能够支撑起众多的电子元器件牢固的安装在其之上，起到固定和保护作用，同时又不能对网络和信号有所屏蔽。对于新一代折叠型消费电子产品来说，为了控制整体厚度，其支撑和转轴部分需要更轻更薄，才能即对安装在其之上的电子元器件起到支撑和保护的左右，又不至于增加机身厚度。尤其是其中的转轴部分，还要受到高频率大幅度的转动，为了保证产品使用效果和使用寿命，都需要该部分材料具备较高的机械强度，硬度、耐磨性和较低的密度。

目前塑胶类材料的强度已经无法满足以上的需求，而陶瓷等高强度材料有不具备合适的可加工性而无法批量化生产。因此众多厂家的目光转移到金属材料方面。

金属材料整体由于具有较高的比强度而相对塑胶和陶瓷材料更适合目前的消费电子产品的需求。目前使用较为广泛的是铝合金、不锈钢两种材料。

铝合金的密度较小能够有效的降低产品整体的质量从而满足轻便的要求，但是由于铝合金的强度、硬度和耐磨性等方面指标较低，以其制备的外壳和支架经常面临容易折弯和变形的风险，对产品内部无法有效支撑和保护。同时电磁屏蔽现象较明显，影响部分功能的正常使用。

不锈钢的强度较高，但是密度较大，会加重产品整体质量，降低消费者使用感官。

同时，常规材料在加工过程中需要多道工序反复加工成型。不仅加工成本高涨，同时因晶体结构的特性，在加工过程中存在应力集中，需要多次热处理来消除残余应力，否则会在组装成产品或者在产品使用过程中的很长一个阶段中都存在由于残余应力释放而产生的变形，影响组装或者使用，更有甚者会造成产品的永久破坏。

另一方面，由于常规材料在去材加工或增材加工的过程中难免会发热导致翘曲，即使是通过热处理及整形也存在后续变形的情况。从而难以保证在制成薄壁件时的平面度要求，表现在产品中即为无法装配或者对与其匹配的结果产生磨损而影响使用。

材料特性的上限限制了消费电子向更轻更薄的方向变革，例如至今尚未有能够达到量产水平的折叠手机出现，正是因为常规材料的特性无法同时满足折叠结构中支撑和折叠的两个功能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供通过一种非晶合金材料，通过该非晶合金材料制造出一种比强度高、耐磨性和弹性好而且不易出现塑性变形的非晶合金结构件，该非晶合金结构件适用于折叠屏幕手机的转轴和通过转轴与其他部件相匹配的结构，非晶合金结构件具有高强度的特性可以有效的支撑该类手机因独特设计而须减薄的结构，尤其是处于折叠动作的关键位置，非晶合金结构件可以有效地支撑折叠屏幕，其弹性和耐磨性可以使其顺畅的完成折叠的动作，其较高的平面度可以保证该折叠结构在动作时可以不发生扭转翘曲从而实现顺利的折叠。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种非晶合金材料，所述非晶合金材料的通式为Cu_aNi_bQ_cR_dY_e，其中，其中a、b、c、d和e为对应元素的重量百分比，7％≤a≤20％，6％≤b≤23％，20％≤c≤70％，1％≤d≤21％和0％≤e≤10％，a+b+c+d+e＝1，Q为Ti和/或Zr，R为Si、Sn、Al和B中的一种或几种。

本发明的非晶合金材料具有高强度和高韧性，该非晶合金材料应用在折叠式手机的转轴和通过转轴和其它部件相匹配的结构。由于具有较高的比强度、与耐磨性，弹性好且不易出现塑性变形，在使用过程中可防止因长期使用而出现的变形松动，对消费电子产品内部的零件起到最大限度的保护和支撑作用，使消费电子产品可以具有尺寸更大的屏幕，容量更大的电池，更多的传感器或摄像模组。并且可以控制整机重量在可接受的范围之内，提高了产品的实用性，不会使产品过重造成消费者无法持续使用。

以本发明的非晶合金材料制成的非晶合金结构件具有较高的薄壁件平面度，当非晶合金结构件的厚度与长度之比在0.1％～20％时，非晶合金结构件平面度与长度之比在0.2％以内。通过改进非晶合金材料成分和成型工艺后，非晶合金结构的平面度与长度之比可以达到0.1％以内。当使用非晶合金材料加工成特定形状和尺寸时，能够保持对该尺度和形状的精密度，并不会产生较大的尺寸偏差。

进一步，所述非晶合金材料为锆基非晶合金，通式为Zr_aCu_bNi_cY_dAl_e，其中a、b、c、d和e为对应元素的重量百分比，30％≤a≤70％，13.4％≤b≤37％，6％≤c≤23％，0.05％≤d≤10％和5％≤e≤21％，a+b+c+d+e＝1。

非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按比例混合后，在10^-1～10^-2MPa的真空度下加热至900-1100℃后，压铸到水冷模具定型，冷却至室温后，得到非晶合金结构件。

再进一步，所述非晶合金材料为Zr₆₀Cu_21.24Ni_8.9Y_0.09Al_9.6。

进一步，所述非晶合金材料的通式为Cu_aNi_bQ_cR_d，其中a、b、c和d为对应元素的重量百分比，50％≤a≤65％，7％≤b≤20％，20％≤c≤35％和1％≤d≤6％，a+b+c+d＝1，Q为Ti和/或Zr，R为Si、Sn、Al和B中的一种或几种。

所述非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按比例混合后加工得到厚度为0.5-1mm的非晶态板，加热至400-450℃后，采用热压成型后，冷却到室温，得到非晶合金结构件。

再进一步，所述非晶合金材料为Ti₅₄Ni₂₀Cu₂₀B₁Si₂Sn₃。

由改性非晶合金材料制成的非晶合金结构件具有较高的弹性极限(1％-3％)，考虑到不同体系弹性极限的差异以及材料成分的影响，在满足常规消费电子使用要求的情况下，可选用成本较低和弹性极限略低的非晶合金体系(0.8-1.5％)。以非晶合金结构件作为折叠屏幕手机的支架在常规使用，比如折叠和支撑的过程中并不会超越非晶合金材料弹性极限，从而不会出现支架变形的情况。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)非晶合金材料与铝合金和不锈钢等常规材料相比，具有强度高、硬度大和耐磨性好的特点，所以非晶合金材料可应用在制备折叠屏幕手机的转轴和通过转轴和其它部件相匹配的结构，可以有效地支撑折叠屏幕，其弹性和耐磨性可以使其顺畅的完成折叠的动作，其较高的平面度可以保证该折叠结构在动作时可以不发生扭转翘曲从而实现顺利的折叠；

(2)改性后的非晶合金材料制备非晶合金结构件时可一次成型，无需多个后续处理工序，降低成本。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

非晶合金材料的通式为Zr_60.17Cu_21.24Ni_8.90Y_0.09Al_9.60。

所述非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按上述比例混合后，在10^-2MPa的真空度下加热至1100℃后，压铸到水冷钢模中形成条状结构(具体结构的形状为现有技术，可根据具体成件调整尺寸)，冷却至室温后，得到非晶合金结构件(转轴)。

本实施例的非晶结构件可用作折叠手机的转轴，硬度为523Hv，弯曲强度为2793MPa，密度为6.83g/cm³；长度为130mm，厚度为0.5mm，平面度为0.2mm。其中，抗拉强度是根据DIN50150德国标准换算。抗拉强度为1712N/mm²。比强度为1712/6830＝0.251N·m/kg。厚度与长度之比为0.39％，平面度与长度之比为0.15％。

实施例2

非晶合金材料的通式为Zr₅₅Cu_15.6Ni_7.9Y₃Al_18.5。

所述非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按上述比例混合后，在10^-1MPa的真空度下加热至1050℃后，压铸到水冷钢模中形成条状结构(具体结构的形状为现有技术，可根据具体成件调整尺寸)，冷却至室温后，得到非晶合金结构件(转轴)。

本实施例的非晶结构件可用作笔记本电脑的转轴，硬度为508Hv，弯曲强度为2724MPa，密度为6.83g/cm³；长度为300mm，厚度为0.8mm，平面度为0.5mm。

其中，抗拉强度是根据DIN50150德国标准换算。抗拉强度为1658N/mm²。比强度为1658/6830＝0.243N·m/kg。厚度与长度之比为0.27％，平面度与长度之比为0.16％。

实施例3

非晶合金材料的通式为Zr₆₈Cu₁₄Ni₆Y₂Al₁₀。

所述非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按上述比例混合后，在10^-2MPa的真空度下加热至900℃后，压铸到水冷钢模中形成齿轮状结构(具体结构的形状为现有技术，可根据具体成件调整尺寸)，冷却至室温后，得到非晶合金结构件。

本实施例的非晶结构件可用作折叠手机的转轴，硬度为519Hv，弯曲强度为2693MPa，密度为6.82g/cm³；长度为110mm，厚度为1mm，平面度为0.05mm。

其中，抗拉强度是根据DIN50150德国标准换算。抗拉强度为1696.5N/mm²。比强度为1696.5/6820＝0.249N·m/kg。厚度与长度之比为0.91％，平面度与长度之比为0.045％。

实施例4

非晶合金材料的通式为Cu₃₁Ti₄₈Zr₁₃Ni₇Si₁。

所述非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按上述比例混合后制成0.8mm厚度的非晶合金薄壁件，采用电阻加热将非晶合金薄壁件加热到400℃后，再进行压力成型，得到带有内部结构的遥控器外框结构(具体结构的形状为现有技术，可根据具体成件调整尺寸)，成型后采用水冷冷却使非晶合金薄壁件冷却到室温脱模，得到非晶合金结构件。

本实施例的非晶结构件可用作手机柔性屏幕的支撑件，硬度为624Hv，弯曲强度为1845MPa，密度为6.62g/cm³；长度为80mm，厚度为0.6mm，平面度为0.3mm。

其中，抗拉强度是根据DIN50150德国标准换算。抗拉强度为2084N/mm²。比强度为2084/6620＝0.315N·m/kg。厚度与长度之比为0.75％，平面度与长度之比为0.375％。

实施例5

非晶合金材料的通式为Cu₂₅Ti₄₂Zr₁₀Ni₁₈Sn₅。

所述非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按上述比例混合后制成0.5mm厚度的非晶合金薄壁件，采用感应加热将非晶合金薄壁件加热到450℃后，再进行压力成型，得到带有内部结构的环状外框结构(具体结构的形状为现有技术，可根据具体成件调整尺寸)，成型后采用水冷冷却使非晶合金薄壁件冷却到室温脱模，得到非晶合金结构件。

本实施例的非晶结构件可用作转轴与柔性屏幕之间的支撑件，硬度为629Hv，弯曲强度为1903MPa，密度为6.62g/cm³；长度为30mm，厚度为0.3mm，平面度为0.03mm。

其中，抗拉强度是根据DIN50150德国标准换算。抗拉强度为2101.5N/mm²。比强度为2101.5/6620＝0.317N·m/kg。厚度与长度之比为1％，平面度与长度之比为0.1％。

实施例6

非晶合金材料的通式为Cu₃₃Ti₅₇Zr₃Ni₁₂Al₇Si₃B₁。

所述非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按上述比例混合后制成1mm厚度的非晶合金薄壁件，采用放电加热将非晶合金薄壁件加热到430℃后，再进行压力成型，得到带有内部结构的VR眼镜外框结构(具体结构的形状为现有技术，可根据具体成件调整尺寸)，成型后采用风冷冷却使非晶合金薄壁件冷却到室温脱模，得到非晶合金结构件。

本实施例的非晶结构件可用作折叠手机转轴，硬度为630Hv，弯曲强度为1893MPa，密度为6.61g/cm³；长度为70mm，厚度为1.5mm，平面度为0.1mm。

其中，抗拉强度是根据DIN50150德国标准换算。抗拉强度为2105N/mm²。比强度为2105/6610＝0.318N·m/kg。厚度与长度之比为2.14％，平面度与长度之比为0.14％。

实施例7

非晶合金材料的通式为Cu₂₀Ti₅₄Ni₂₀Sn₃Si₂B₁。

所述非晶合金结构件的制备方法，包括以下步骤：

将金属原料按上述比例混合后制成0.8mm厚度的非晶合金薄壁件，采用电阻加热将非晶合金薄壁件加热到350℃后，再进行压力成型，得到带有内部结构的汽车遥控钥匙外框结构(具体结构的形状为现有技术，可根据具体成件调整尺寸)，成型后采用风冷冷却使非晶合金薄壁件冷却到室温脱模，得到非晶合金结构件。

本实施例的非晶结构件可用作汽车遥控钥匙外框的支撑件，硬度为657Hv，弯曲强度为1935MPa，密度为6.61g/cm³；长度为55mm，厚度为0.3mm，平面度为0.1mm。

其中，抗拉强度是根据DIN50150德国标准换算。抗拉强度为2180N/mm²。比强度为2180/6610＝0.330N·m/kg。厚度与长度之比为0.55％，平面度与长度之比为0.18％。

性能总结

2A11铝合金的弯曲强度为390-420MPa，密度为2.74g/cm³，抗拉强度为370N/mm²，比强度为370/2740＝0.135N·m/kg；常用铝合金的硬度为80-162Hv；304不锈钢的密度为7.93g/cm³，抗拉强度为520N/mm²，硬度≤210Hv，在300℃下的弯曲强度为127MPa，比强度为520/7930＝0.0655N·m/kg。将2A11铝合金和304不锈钢的数据与实施例1-7对比得出：硬度顺序：实施例7＞实施例6＞实施例5＞实施例4＞＞实施例1＞实施例3＞实施例2＞304不锈钢≥2A11铝合金；密度顺序：304不锈钢＞实施例1＝实施例2＞实施例3＞实施例4＝实施例5＞实施例6＞实施例7＞2A11铝合金；弯曲强度为：实施例1＞实施例2＞实施例3＞实施例7＞实施例5＞实施例6＞实施例4＞2A11铝合金＞304不锈钢；比强度顺序：实施例7＞实施例6＞实施例5＞实施例4＞实施例1＞实施例3＞实施例2＞2A11铝合金＞304不锈钢。

从上述数据可知，实施例1-7的硬度均大于304不锈钢和2A11铝合金，硬度越大，说明耐磨性越好，即说明实施例1-7的耐磨性也比304不锈钢和2A11铝合金好；实施例1-7的弯曲强度均大于304不锈钢和2A11铝合金，而弯曲强度和弹性模量成正比关系，即说明实施例1-7的弹性模量大于304不锈钢和2A11铝合金；实施例1-7的比强度均大于304不锈钢和2A11铝合金。

证明了非晶合金材料与铝合金和不锈钢等常规材料相比，具有比强度高、硬度大和耐磨性好的特点。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。