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一种真空吸铸法制备大非晶合金模及其制备方法

阅读:572发布:2024-02-29

专利汇可以提供一种真空吸铸法制备大非晶合金模及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 真空 吸铸法制备大 块 非晶 合金 的 铜 模,包括铜模本体,铜模本体包括若干块截面为扇形且可构成圆柱体的分铜模,分铜模的两端具有 螺纹 ,铜模本体通过固定 螺母 将分铜模固定为整体铜模,铜模本体的纵向轴心处开设有型腔,铜模本体的上端开设有与型腔连通的熔炼凹腔,熔炼凹腔和型腔之间连通有吸铸口,铜模本体的下端开设有与型腔连通的通气口,通气口的 侧壁 上距离型腔设定距离处开设有与纵向轴心垂直的开孔,开孔中插入有销钉。该真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模在吸铸过程中既能保持良好的通气又能防止漏料。本发明还公开了一种制备上述真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法。,下面是一种真空吸铸法制备大非晶合金模及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种真空吸铸法制备大非晶合金模,其特征在于,包括铜模本体(4),所述铜模本体(4)包括若干块截面为扇形且可构成圆柱体的分铜模,所述分铜模的两端具有螺纹(3),所述铜模本体(4)通过固定螺母(8)将所述分铜模固定为整体铜模,所述铜模本体(4)的纵向轴心处开设有型腔(5),所述铜模本体(4)的上端开设有与所述型腔(5)连通的熔炼凹腔(1),所述熔炼凹腔(1)和所述型腔(5)之间连通有吸铸口(2),所述铜模本体(4)的下端开设有与所述型腔(5)连通的通气口(7),所述通气口(7)的侧壁上距离所述型腔(5)设定距离处开设有与纵向轴心垂直的开孔,所述开孔中插入有销钉(6)。
2.根据权利要求1所述的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,其特征在于,所述铜模本体(4)包括两块对称的半铜模。
3.根据权利要求1-2任一项所述的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,其特征在于,所述吸铸口(2)预留于所述熔炼凹腔(1)底部1-3mm处。
4.根据权利要求3所述的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,其特征在于,所述熔炼凹腔(1)为半凹球坩埚状,所述熔炼凹腔(1)的直径与所述铜模本体(4)的外径相同。
5.根据权利要求4所述的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,其特征在于,所述型腔(5)、所述吸铸口(2)、所述熔炼凹腔(1)以及所述通气口(7)的轴线重合。
6.一种真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法,其特征在于,包括步骤:
将圆柱形铜胚加工成设定尺寸的铜模本体(4),在所述铜模本体(4)的两端加工出螺纹(3);
将所述铜模本体(4)沿纵向轴心切割成若干块分铜模,在所述铜模本体(4)的两端螺纹(3)处用固定螺母(8)固定;
在所述铜模本体(4)的下端加工通气口(7),在所述通气口(7)的侧壁上距离型腔(5)设定距离处开设与纵向轴心垂直的开孔,在所述开孔中插入销钉(6);
在所述铜模本体(4)的上端加工熔炼凹腔(1),在熔炼凹腔(1)底部加工吸铸口(2);
将所述固定螺母(8)拧下,在每块所述分铜模上沿纵向轴心方向加工出型腔(5)。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述将所述铜模本体(4)沿纵向轴心切割成若干块分铜模具体为用线切割将所述铜模本体(4)切割成对称的两块半铜模。

说明书全文

一种真空吸铸法制备大非晶合金模及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及功能材料、材料加工、材料成型与制备等多个领域,特别是涉及一种真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模。此外,本发明还涉及一种制备上述真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法。

背景技术

[0002] 大块非晶合金非晶合金具备许多优异性能,如高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等。大块体非晶合金材料的迅速发展,为材料科研工作者和工业界研究开发高性能的功能材料和结构材料提供了十分重要的机会和巨大的开拓空间。目前,块体非晶合金的研究方向主要集中在制备、性能和稳定性方面,而它的一个制备方法主要采用的是铜模真空吸铸法。制备大块非晶合金最普遍、最实用的方法就是真空吸铸法。该方法最大一个优势在于其工艺过程中控制因素比较少,只有熔体温度、吸入速度等,所以能相对简便地制备出块体非晶合金。其制备的工艺过程是:首先,将熔化腔抽成真空,并在充入氩气做保护气体的情况下,利用电弧熔炼的方法将配置完好的母合金融化,要重复融化3-5次,待其熔化均匀后,再利用熔化腔与铜模之间的产生的气压差,将融化态母合金吸入铜模;由于铜模及其外侧循环冷却的共同作用下产生极大的冷却速率,使得液态母合金迅速冷却,从而来制备出所需要的大块非晶合金。
[0003] 然而,目前我们所用的铜模真空吸铸法制备大块非晶合金时,铜模底部加工的螺纹孔与螺钉之间的配合使得在使用过程中经常一些问题,比如:当螺纹孔与螺钉过盈或过渡配合时,吸铸过程中会由于通气不畅而导致液态母合金充型不完整或空心化等问题;当螺纹孔与螺钉间隙配合时,若间隙过大会导致吸铸过程中螺钉容易脱落,这样可能会漏料导致吸铸管道堵塞,从而使得设备损坏或漏气严重,而当间隙比较合适时又会给我们的加工要求增加一定的难度。
[0004] 综上所述,如何提供一种铜模使其在吸铸过程中既能保持良好的通气又能防止漏料,是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,该真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模在吸铸过程中既能保持良好的通气又能防止漏料;本发明的另一目的是提供一种制备上述真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
[0007] 一种真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,包括铜模本体,所述铜模本体包括若干块截面为扇形且可构成圆柱体的分铜模,所述分铜模的两端具有螺纹,所述铜模本体通过固定螺母将所述分铜模固定为整体铜模,所述铜模本体的纵向轴心处开设有型腔,所述铜模本体的上端开设有与所述型腔连通的熔炼凹腔,所述熔炼凹腔和所述型腔之间连通有吸铸口,所述铜模本体的下端开设有与所述型腔连通的通气口,所述通气口的侧壁上距离所述型腔设定距离处开设有与纵向轴心垂直的开孔,所述开孔中插入有销钉。
[0008] 优选地,所述铜模本体包括两块对称的半铜模。
[0009] 优选地,所述吸铸口预留于所述熔炼凹腔底部1-3mm处。
[0010] 优选地,所述熔炼凹腔为半凹球坩埚状,所述熔炼凹腔的直径与所述铜模本体的外径相同。
[0011] 优选地,所述型腔、所述吸铸口、所述熔炼凹腔以及所述通气口的轴线重合。
[0012] 本发明还提供一种真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法,包括步骤:
[0013] 将圆柱形铜胚加工成设定尺寸的铜模本体,在所述铜模本体的两端加工出螺纹;
[0014] 将所述铜模本体沿纵向轴心切割成若干块分铜模,在所述铜模本体的两端螺纹处用固定螺母固定;
[0015] 在所述铜模本体的下端加工通气口,在所述通气口的侧壁上距离型腔设定距离处开设与纵向轴心垂直的开孔,在所述开孔中插入销钉;
[0016] 在所述铜模本体的上端加工熔炼凹腔,在熔炼凹腔底部加工吸铸口;
[0017] 将所述固定螺母拧下,在每块所述分铜模上沿纵向轴心方向加工出型腔。
[0018] 优选地,所述将所述铜模本体沿纵向轴心切割成若干块分铜模具体为用线切割将所述铜模本体切割成对称的两块半铜模。
[0019] 本发明所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,包括铜模本体,铜模本体包括若干块分铜模,分铜模的截面为扇形,若干块分铜模可构成圆柱体。每块分铜模的两端的外侧具有螺纹,也就是铜模本体的两端具有螺纹,铜模本体通过固定螺母将分铜模固定为整体铜模。铜模本体的纵向轴心处开设有型腔,型腔的形状不受限制,具体形状可以根据实际应用情况而定。铜模本体的上端开设有熔炼凹腔,熔炼凹腔与型腔连通,熔炼凹腔和型腔之间连通有吸铸口。铜模本体的下端开设有通气口。通气口与型腔连通,通气口的侧壁上距离型腔设定距离处开设有开孔,开孔与与铜模本体的纵向轴心垂直,为圆柱孔,开孔中插入有销钉。
[0020] 本发明所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,将传统铜模底部的螺钉与螺纹孔改成用侧插销钉,通过调节销钉的位置来控制吸铸过程中的通气流畅性。销钉与开孔的配合在吸铸过程中,既能保证保持良好的通气,又能保证母合金不容易漏到吸铸管道损坏设备,防止漏料;还能保证吸铸过程中销钉位置的稳定性,不易脱落,吸铸出的非晶合金均匀致密、性能稳定、形状完整。
[0021] 本发明还提供一种真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法,包括步骤:将圆柱形铜胚加工成设定尺寸的铜模本体,设定尺寸可以按非自耗真空电弧炉水冷铜模腔尺寸确定,尺寸较为匹配。在铜模本体的两端加工出螺纹,和与螺纹匹配的固定螺母,用于后续固定使用。将铜模本体沿纵向轴心切割成若干块分铜模,具体数量不受限制,可以根据具体使用情况而定。在铜模本体的两端螺纹处用固定螺母固定,将分铜模紧固为整体铜模。
在铜模本体的下端加工通气口,在通气口的侧壁上距离型腔设定距离处开设与纵向轴心垂直的开孔,比如钻一个直径为2.5-3.5mm的圆柱小孔在开孔中插入与开孔匹配的销钉,通过调节销钉的位置来控制吸铸过程中的通气流畅性。在铜模本体的上端加工熔炼凹腔,在熔炼凹腔底部加工吸铸口,具体的,可以在上端沿轴心向下加工与铜模本体外径大小的凹球型坩埚状熔炼凹腔,沿轴心从圆锥顶向下加工圆孔状吸铸口直达坩埚状型腔底以下1-3mm。
将固定螺母拧下,分开若干块分铜模,在每块分铜模上根据铜模腔尺寸沿纵向轴心方向加工出所需要形状的型腔。本发明所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法,既能保证保持良好的通气,又能保证母合金不容易漏到吸铸管道损坏设备,防止漏料;
还能保证吸铸过程中销钉位置的稳定性,不易脱落,吸铸出的非晶合金均匀致密、性能稳定、形状完整。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1为本发明中一种具体实施方式所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的结构示意图;
[0024] 图2为图1中A-A处的结构示意图。
[0025] 附图中标记如下:
[0026] 1-熔炼凹腔、2-吸铸口、3-螺纹、4-铜模本体、5-型腔、6-销钉、7-通气口、8-固定螺母。

具体实施方式

[0027] 本发明的核心是提供一种真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,该真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模在吸铸过程中既能保持良好的通气又能防止漏料;本发明的另一核心是提供一种制备上述真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法。
[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0029] 请参考图1和图2,图1为本发明中一种具体实施方式所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的结构示意图;图2为图1中A-A处的结构示意图。
[0030] 在一种具体实施方式中,本发明所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,包括铜模本体4,铜模本体4包括若干块分铜模,分铜模的截面为扇形,若干块分铜模可构成圆柱体。每块分铜模的两端的外侧具有螺纹3,也就是铜模本体4的两端具有螺纹3,铜模本体4通过固定螺母8将分铜模固定为整体铜模。铜模本体4的纵向轴心处开设有型腔5,型腔5的形状不受限制,具体形状可以根据实际应用情况而定。铜模本体4的上端开设有熔炼凹腔1,熔炼凹腔1与型腔5连通,熔炼凹腔1和型腔5之间连通有吸铸口2。铜模本体4的下端开设有通气口7。通气口7与型腔5连通,通气口7的侧壁上距离型腔5设定距离处开设有开孔,开孔与与铜模本体4的纵向轴心垂直,为圆柱孔,开孔中插入有销钉6。
[0031] 本发明所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模,将传统铜模底部的螺钉与螺纹3孔改成用侧插销钉6,通过调节销钉6的位置来控制吸铸过程中的通气流畅性。销钉6与开孔的配合在吸铸过程中,既能保证保持良好的通气,又能保证母合金不容易漏到吸铸管道损坏设备,防止漏料;还能保证吸铸过程中销钉6位置的稳定性,不易脱落,吸铸出的非晶合金均匀致密、性能稳定、形状完整。
[0032] 上述真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模仅是一种优选方案,具体并不局限于此,在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整,从而得到不同的实施方式,铜模本体4包括两块对称的半铜模,也就是说分铜模的数量为两块,结构较为简单,易于分割。
[0033] 在上述具体实施方式的基础上,本领域技术人员可以根据具体场合的不同,对真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模进行若干改变,吸铸口2预留于熔炼凹腔1底部1-3mm之间任意值,包括端点值,比如2mm,大小适中。
[0034] 显然,在这种思想的指导下,本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变,熔炼凹腔1为半凹球坩埚状,熔炼凹腔1的直径与铜模本体4的外径相同,熔炼凹腔1的内腔较大,易于熔炼。
[0035] 需要特别指出的是,本发明所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模不应被限制于此种情形,型腔5、吸铸口2、熔炼凹腔1以及通气口7的轴线重合,对称分布,结构较为简单,吸铸出的非晶合金均匀致密、性能稳定、形状完整。
[0036] 本发明还提供一种真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法,包括步骤:将圆柱形铜胚加工成设定尺寸的铜模本体4,铜模本体4可以由紫铜圆柱机加工制备而成,设定尺寸可以按非自耗真空电弧炉水冷铜模腔尺寸确定,尺寸较为匹配。在铜模本体4的两端加工出螺纹3,和与螺纹3匹配的固定螺母8,用于后续固定使用。将铜模本体4沿纵向轴心切割成若干块分铜模,具体数量不受限制,可以根据具体使用情况而定。在铜模本体4的两端螺纹3处用固定螺母8固定,将分铜模紧固为整体铜模。在铜模本体4的下端加工通气口7,在通气口7的侧壁上距离型腔5设定距离处开设与纵向轴心垂直的开孔,比如钻一个直径为
2.5-3.5mm的圆柱小孔在开孔中插入与开孔匹配的销钉6,通过调节销钉6的位置来控制吸铸过程中的通气流畅性。在铜模本体4的上端加工熔炼凹腔1,在熔炼凹腔1底部加工吸铸口
2,具体的,可以在上端沿轴心向下加工与铜模本体4外径大小的凹球型坩埚状熔炼凹腔1,沿轴心从圆锥顶向下加工圆孔状吸铸口2直达坩埚状型腔5底以下1-3mm。将固定螺母8拧下,分开若干块分铜模,在每块分铜模上根据铜模腔尺寸沿纵向轴心方向加工出所需要形状的型腔5。本发明所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法,既能保证保持良好的通气,又能保证母合金不容易漏到吸铸管道损坏设备,防止漏料;还能保证吸铸过程中销钉6位置的稳定性,不易脱落,吸铸出的非晶合金均匀致密、性能稳定、形状完整。
[0037] 本发明所提供的真空吸铸法制备大块非晶合金的铜模的制备方法,在其它部件不改变的情况下,将铜模本体4沿纵向轴心切割成若干块分铜模具体为用线切割将铜模本体4切割成对称的两块半铜模,结构简单,易于加工,精确度较高。
[0038] 举例说明,真空吸铸法制备大块非晶合金的制备过程;
[0039] 具体实例1:
[0040] 根据制备样品形状、大小,计算所需母合金理论质量,然后将纯度为99.9%的Zr、纯度为99.8%的Cu、纯度为99.98%的Ni、纯度为99.5%的Al和纯度为99.9%的Y按Zr54Cu19Ni10Al15Y2名义成分进行配料,置于真空电弧炉中;
[0041] 对电弧炉抽真空,当达到低真空3Pa的真空度后再进行抽高真空,当高真空达到3x10-3Pa时充入氩气至一个大气压,在氩气的保护下先熔锭吸残余,再将合金重复熔炼3~5次成母合金;
[0042] 打开炉腔取出钛锭和母合金进行表面打磨,打磨完之后放入炉腔中再进行抽真空和充氩气保护,然后启动电弧将熔炼凹腔1中母合金熔化成液体,打开吸铸的瞬间紧接着关闭电弧电源,利用炉腔和真空之间产生的压差将合金液吸入铜模内的型腔5中;
[0043] 冷却数分钟后,取出铜模,取出制备的片体形状Zr54Cu19Ni10Al15Y2大块非晶合金试样;得到的非晶合金样品填充效果好、合金均匀致密,均未出现漏料现象。
[0044] 具体实例2:
[0045] 根据制备样品形状、大小,计算所需母合金理论质量,然后将纯度为99.9%的Zr、纯度为99.8%的Cu、纯度为99.5%的Al和纯度为99.9%的Y按Cu46Zr42Al7Y5名义成分进行配料,置于真空电弧炉中;
[0046] 对电弧炉抽真空,当达到低真空3Pa的真空度后再进行抽高真空,当高真空达到3x10-3Pa时充入氩气至一个大气压,在氩气的保护下先熔钛锭吸残余氧,再将合金重复熔炼3~5次成母合金;
[0047] 打开炉腔取出钛锭和母合金进行表面打磨,打磨完之后放入炉腔中再进行抽真空和充氩气保护,然后启动电弧将熔炼凹腔1中母合金熔化成液体,打开吸铸阀的瞬间紧接着关闭电弧电源,利用炉腔和真空泵之间产生的压力差将合金液吸入铜模内的型腔5中;
[0048] 冷却数分钟后,取出铜模,取出制备的片体形状Cu46Zr42Al7Y5大块非晶合金试样;得到的非晶合金样品填充效果好、合金均匀致密,均未出现漏料现象。
[0049] 具体实例3:
[0050] 根据制备样品形状、大小,计算所需母合金理论质量,然后将纯度为99.9%的Zr、纯度为99.8%的Cu、纯度为99.5%的Al和纯度为99.98%的Ni按Zr63.8Cu7.6Al11.4Ni17.2名义成分进行配料,置于真空电弧炉中;
[0051] 对电弧炉抽真空,当达到低真空3Pa的真空度后再进行抽高真空,当高真空达到3x10-3Pa时充入氩气至一个大气压,在氩气的保护下先熔钛锭吸残余氧,再将合金重复熔炼3~5次成母合金;
[0052] 打开炉腔取出钛锭和母合金进行表面打磨,打磨完之后放入炉腔中再进行抽真空和充氩气保护,然后启动电弧将熔炼凹腔1中母合金熔化成液体,打开吸铸阀的瞬间紧接着关闭电弧电源,利用炉腔和真空泵之间产生的压力差将合金液吸入铜模内的型腔5中;
[0053] 冷却数分钟后,取出铜模,取出制备的片体形状Zr63.8Cu7.6Al11.4Ni17.2大块非晶合金试样;得到的非晶合金样品填充效果好、合金均匀致密,均未出现漏料现象。
[0054] 在本发明的描述中,需要说明的是,术语上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0055] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0056] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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