CN101237951A - 用来制备含金属的铸体的方法和用于此的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料科学领域和涉及一种方法，其可应用如制备由金属玻璃构成的型材。本发明的任务在于给出一种方法和一种装置，其中除了高的冷却速率外也在浇铸时达到良好的模具填充。该任务通过一种方法解决，在该方法中，含金属的熔液被引入到能导电的铸模中，其中在引入到铸模期间，含金属的熔液和模具与相同的电源的输出端导电地相连接，以致于预先调节好了的电流流过在熔液和模具之间的界面。此外这任务还通过一种装置而解决，在该装置中，在含金属的熔液和用于熔液的导电的铸模之间存在与电源的导电的连接。

Description

用来制备含金属的铸体的方法和用于此的装置

技术领域

本发明涉及材料科学和工艺流程领域和涉及一种用来制备含金属的铸体的方法，如该方法可应用来制备由金属玻璃构成的型材，以及用来实现这方法的装置。

背景技术

金属玻璃是一种亚稳合金，其与通常的结晶材料相反，不具有长程有序。它的结构是非晶形的和类似于液体的结构。为了在冷却时得到非晶形状态，必须满足许多条件。所以必须压制晶核形成和晶核生长，以凝结液体的结构。为了实现这目的，必须非常快速地冷却金属熔液，例如通过与非常好的导热的冷体的表面接触。热接触体的质量和厚度和液体层的导热性决定了冷却速率。

已知的和广泛传播的、以浇铸金属和还有大量的金属玻璃的方法，是在冷的金属铸型中的浇铸。在此使熔液通过不同的措施而强行进入到金属铸型中，并且在此在由金属铸型预先给出了的形式中冷凝。

为了在金属玻璃的情况下得到高的冷却速率，金属铸型由良好导热的材料制备。在此浇铸过程是非常快速地进行的。首先金属在坩埚中熔融，并且随后使熔液通过气体压力或离心力而强行进入模具中。

为了保证在金属熔液和优选地由铜构成的金属铸型之间的良好的热接触，模具的表面必须是非常清洁的。这可通过机械的清洁和酸洗液而容易地实现的。此外熔液应良好地浸润模具。浸润主要取决于熔液的粘度和熔液对铜金属铸型和对周围大气的界面张力。粘度非常强烈地取决于温度。其以指数地随着增高的温度而下降，而界面张力线性地随着增高的温度而下降。粘度和界面张力的小的值，如其用于良好的浸润和用于模具的良好的填充所力求的，原则上可通过高的温度而调节。然而温度的提高也是以较高的输入的热量为条件的，这导致较小的冷却速度，并且因此不是力求的。熔液的过热在晶形的合金的浇铸时导致模具的良好的填充，然而在浇铸金属玻璃时必须避免过热，以能凝结到非晶形的状态。

此外已知的是，由氧气造成的熔液的污染对金属玻璃的可制备性是有损害的，并且使得其性能变差。通过在熔液中的氧化物微粒处的多相的晶核形成来说明这种效应。一种用来在浇铸之前，通过在熔液上漂浮的炉渣与金属熔液之间的电流通来电化学净化熔液的方法已经在S.Bossuyt等人所著的，Mater.Sci.Eng.A 375-377(2004)240-243中被描述了。

发明内容

本发明的任务在于给出一种用来制备含金属的铸体的方法和用于此方法的装置，在该方法中除了高的冷却速率外还在浇铸时达到良好的模具填充，而没有过热含金属的熔液。

这任务通过本发明的权利要求而解决。扩展是从属权利要求的对象。

在根据本发明的、用来制备含金属的铸体的方法中，含金属的熔液引入到能导电的铸模中，其中在引入到铸模中期间，含金属的熔液和模具均与相同的电源的输出端导电地连接，以致于预先调节了的电流流过熔液和模具之间的界面层。

优选地含金属的熔液的大于50的质量百分比是由金属构成的。

同样优选的是使用作为含金属的熔液熔融了的非晶形金属。

进一步优选的是使用由良好的导热的金属构成的，更优选的是由铜构成的铸模。

也具有优点的是，当含金属的熔液是通过电极与电源相连接的。

并且还具有优点的是，当使用感应加热的含金属的熔液时。

同样优选的是，当电源电压由0.5V升高至42V时。

另外具有优点的是，当将含金属的熔液引入到铸模中是通过压铸法实现时。

对于根据本发明的用来制备含金属的铸体的装置，在含金属的熔液和电源之间有导电的连接。另外还有导电的铸模，含金属的熔液应被引入该铸模中，该铸模也与含金属的熔液同样、导电地和相同的电源相连接。

优选地含金属的熔液处于用来熔融金属的装置中，更优选的为处于感应炉中。

此外优选的是，当含金属的熔液通过电极，优选地通过钨电极，而与电源相连接的时。

这也是具有优点的，即当使用的铸体是由良好导热的材料，优选为由铜构成时。

通过根据本发明的方法和根据本发明的装置，在高的冷却速率时达到良好的模具填充，而没有过热含金属的熔液。

至少在引入到铸模期间在含金属的熔液和能导电的铸模之间施加电压而降低含金属的熔液的界面张力。这导致了在含金属的熔液和能导电的铸模之间的良好的热接触，由此达到铸模的完全填充，而没有过热含金属的熔液。采用根据本发明的方法和装置，复杂的模制件，如由大量的金属玻璃构成的模制件也可以较容易地且以较大的尺寸制备。

优选地将含金属的熔液引入到铸模中是采用压铸技术而进行的。在此熔融和浇铸含金属的化合物在堕性气体大气下在密闭的体系中进行。同样优选地感应熔融了的含金属的熔液也例如通过大气，如氩气大气的过压而压入到模具中。

电压可每个成型过程地变化，或也可在成型过程期间变化。在此在含金属的熔液和导电的铸模之间预先确定了短路电流。

根据本发明的解决方案的主要优点是在熔液和模具之间的浸润性能的期望的可变性，而没有过热熔液，以致于熔液更好地与模具浸润且在熔液和模具之间更均匀的接触。根据熔液的种类给出了用于不同的材料的特殊的性能改善。

根据本发明的解决方案的另一个优点在于，对于软磁体材料通过在成型过程期间施加电压而使得所制备了的铸体的矫顽磁场强度更小而磁化更高。这通过较小的在成型期间的内电压而达到，这归因于均匀的冷却，并且因此导致根据本发明所制备了的产品的更好的磁性能和机械性能。此外可更好地形成复杂的模具，且根据本发明所制备了的产品也是机械上更结实的。

具体实施方式

以下用几个实施例来更清楚地解释本发明。

实施例1

由100g FeCPBSiMn-合金(具有硼和磷添加物的铸铁)在感应炉中、在氩气大气中制备金属熔液。钨电极深入到金属熔液中，钨电极是与电源相连接的。在感应炉下设置有铜金属铸型，其具有用来成形浇铸的环形圆盘的凹槽。环形圆盘以尺寸：内径＝18mm，外径＝26mm，厚度＝1mm，被浇铸。铜金属铸型也与电源导电地连接。在施加230V电压后开启在感应炉中的流出口。同时施加200kPa的氩过压。这样金属熔液被压入到在铜金属铸型内的凹槽中，并且由于较小的表面张力而完全地填充其。在冷却和开启铜金属铸型后，存在的是具有所期望尺寸的完全的环形圆盘。

实施例2

合金Fe_65.5Cr₄Mo₄Ga₄P₁₂C₅B_5.5根据现有技术的方法不能非晶形地浇铸成环形圆盘。根据实施例1的方法现在可由这种合金制备完全的环形圆盘，其中产品是以非晶形的形式存在的。

Claims (16)

1.用来制备含金属的铸体的方法，在所述方法中含金属的熔液引入到能导电的铸模中，其中在引入到铸模期间所述含金属的熔液和模具是与相同的电源的输出端导电地连接的，以致于预先调节好了的电流流过在所述熔液和模具之间的界面。

2.根据权利要求1的方法，在所述方法中所述含金属的熔液的大于50的质量百分比由金属构成。

3.根据权利要求1的方法，在所述方法中使用作为含金属的熔液而熔融了的非晶形金属。

4.根据权利要求1的方法，在所述方法中使用由良好导热的金属构成的铸模。

5.根据权利要求4的方法，在所述方法中使用由铜构成的铸模。

6.根据权利要求1的方法，在所述方法中所述含金属的熔液通过电极而与电源相连接。

7.根据权利要求1的方法，在所述方法中使用感应加热了的含金属的熔液。

8.根据权利要求1的方法，在所述方法中在所述电源处的电压从0.5V升高至42V。

9.根据权利要求1的方法，在所述方法中将所述含金属的熔液引入到所述铸模中是通过压铸法实现的。

10.一种用来制备含金属的铸体的装置，在所述装置中在含金属的熔液和电源之间存在导电的连接，并且此外导电的铸模导电地与所述相同的电源相连接，所述含金属的熔液应引入到所述导电的铸模中。

11.根据权利要求10的装置，在所述装置中所述含金属的熔液处于用于熔融金属的装置中。

12.根据权利要求11的装置，在所述装置中所述含金属的熔液处于感应炉中。

13.根据权利要求10的装置，在所述装置中所述含金属的熔液通过电极与电源相连接。

14.根据权利要求13的装置，在所述装置中所述含金属的熔液通过钨电极与电源相连接。

15.根据权利要求10的装置，在所述装置中使用由良好导热的材料构成的铸模。

16.根据权利要求15的装置，在所述装置中使用由铜构成的铸模。