CN103008614B - 一种用于制备大块非晶合金的铜模及铜模的制备方法 - Google Patents

一种用于制备大块非晶合金的铜模及铜模的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种用于制备大块非晶合金的铜模及铜模的制备方法。包括熔炼凹腔、吸铸口、铜模、型腔，铜模的一端设有熔炼凹腔，熔炼凹腔上设有吸铸口，铜模的几何中心设有型腔。上述吸铸口设置在熔炼凹腔的端部。传统铜模真空吸铸法制备大块非晶合金时，熔融合金在水冷铜模上端部熔炼凹腔中翻腾滚动，吸铸时因吸铸口顶部连接熔炼凹腔底部，易造成炉体内保护性气体在负压下顺势沿合金顶部随吸铸过程快速挤进铜模型腔，常使吸铸出的合金呈中空，且均匀性和致密性差；本发明在熔炼凹腔底部预留？“火山口”状吸铸口，如同吸管插入熔融合金，吸铸时合金周围张力均匀，合金优先于保护性气体填充铜模型腔，吸铸出的非晶合金均匀致密，无中空现象出现。

Description

一种用于制备大块非晶合金的铜模及铜模的制备方法
技术领域
本发明是一种用于制备大块非晶合金的铜模及铜模的制备方法，特别涉及一种防止真空吸铸法制备大块非晶合金空心化的铜模及其制备方法。属于用于制备大块非晶合金的铜模及铜模的制备方法的改造技术。
背景技术
大块非晶合金因独特的结构导致其具有优良的综合性能，是当前材料科学、凝聚态物理及力学领域研究热点，具有广阔的应用前景。目前，形成理论的不断完善和成分设计取得的巨大进展，采用铜模真空吸铸法便可制备出绝大部分大块非晶合金体系。
真空吸铸法是制备大块非晶合金最常用、最方便的一种方法。这种方法在制备高熔点的大块非晶合金方面具有其他方法所不能比拟的独特优势。其基本工作原理是：首先利用电弧熔炼的方法熔化母合金，母合金熔化后，通过熔化腔与铜模之间的气压差所产生的吸力，将液态母合金吸入铜模，液态母合金在铜模及其外侧循环冷却水的共同作用下迅速冷却，产生较快的冷却速率，实现液态合金的快速凝固。为充分利用铜模优良的传热性能和循环冷却水的作用，将铜模与冷却水套采用螺纹联接，使两者充分接触，同时也增大了铜模与冷却水套的接触面积，因而能够提高母合金的冷却速度，更有利于获得大块非晶合金。
然而，传统铜模真空吸铸法制备大块非晶合金时，熔融合金在水冷铜模上端部熔炼凹腔中翻腾滚动，吸铸时因吸铸口顶部连接熔炼凹腔底部，易造成炉体内保护性气体在负压下顺势沿合金顶部随吸铸过程快速挤进铜模型腔，常使吸铸出的非晶合金试样呈中空，且均匀性和致密性均较差。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种使制备出的非晶合金样品填充效果好、合金均匀致密，不会出现中空现象的用于制备大块非晶合金的铜模。
本发明的另一目的在于提供一种操作简单，方便实用是铜模的制作方法。
本发明的技术方案是：本发明的用于制备大块非晶合金的铜模，包括有熔炼凹腔、吸铸口、铜模、型腔，其中铜模的一端设有熔炼凹腔，熔炼凹腔上设有吸铸口，铜模的几何中心设有型腔。
上述吸铸口设置在熔炼凹腔的端部。
上述吸铸口为火山口状吸铸口。
上述铜模的端部设有螺孔，螺孔与型腔相通，螺孔上装设有防止吸铸合金熔体流出型腔的螺钉。
本发明铜模的制备方法，包括如下步骤：
1）将紫铜圆柱按非自耗真空电弧炉水冷铜模腔尺寸及螺纹特征加工出外侧设有外螺纹的铜模的初胚，以及加工出铜模两端的连接螺纹，并加工与连接螺纹配合的螺母；
2）将铜模的初胚沿纵向轴心线切割成对称的两块铜模；
3）用螺母将对称的两块铜模固定在一起，在铜模的一端沿轴心加工螺孔，螺钉拧固在螺孔上；在铜模的另一端加工熔炼凹腔，且在熔炼凹腔的轴心位置做出吸铸口；
4）将固定铜模的螺母拧下，分开两块铜模，在铜模所设螺孔的端部与所设吸铸口的端部之间沿轴心方向加工型腔；
5）使用时用螺母将对称的两块铜模固定在一起即可。
本发明铜模在传统水冷铜模基础上在熔炼合金用凹球坩埚状熔炼凹腔底部预留铜料加工“火山口”状吸铸口，该火山口状吸铸口呈凸出的锥形吸口，传统铜模真空吸铸法制备大块非晶合金时，熔融合金在水冷铜模上端部熔炼凹腔中翻腾滚动，吸铸时因吸铸口顶部连接熔炼凹腔底部，易造成炉体内保护性气体在负压下顺势沿合金顶部随吸铸过程快速挤进铜模型腔，常使吸铸出的合金呈中空，且均匀性和致密性差；本发明的水冷铜模熔炼凹腔内吸铸口，如同吸管插入熔融合金，吸铸时合金周围张力均匀，合金优先于保护性气体填充铜模型腔，吸铸出的非晶合金均匀致密，无中空现象出现。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的用于制备大块非晶合金的铜模及铜模的制备方法。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例：
本发明的结构示意图如图1所示，本发明的用于制备大块非晶合金的铜模，包括有熔炼凹腔1、吸铸口2、铜模3、型腔5，其中铜模3的一端设有熔炼凹腔1，熔炼凹腔1上设有吸铸口2，铜模3的几何中心设有型腔5。
上述吸铸口2设置在熔炼凹腔1的端部。本实施例中，吸铸口2设置在熔炼凹腔1的端部的最低位置上。
上述吸铸口2为火山口状吸铸口。本发明水冷铜模在传统水冷铜模基础上在熔炼合金用凹球坩埚状熔炼凹腔1底部预留铜料加工“火山口”状吸铸口2，火山口状吸铸口呈凸出的锥形吸口，锥形吸铸口的内径依铜模型腔大小在1-2mm范围变动；传统铜模真空吸铸法制备大块非晶合金时，熔融合金在熔炼凹腔中翻腾滚动，吸铸时因吸铸口顶部连接熔炼腔底部，易造成炉体内保护性气体在负压下顺势沿合金顶部随吸铸过程快速挤进铜模型腔，常使吸铸出的合金呈中空，且均匀性和致密性差；本发明的水冷铜模熔炼凹腔内吸铸口，如同吸管插入熔融合金，吸铸时合金周围张力均匀，合金优先于保护性气体填充铜模型腔，能杜绝制备的非晶合金试样中空或空洞的缺陷。
本实施例中，上述铜模3的外侧设有外螺纹4，外螺纹4呈等腰梯形螺纹。
本实施例中，上述铜模3包括有完全对称的两半块铜模，两半块铜模的两端还分别设有连接螺纹6，螺母7拧固在连接螺纹6上将两半块铜模固定在一起。本实施例中，上述螺母7为圆柱状螺母。
此外，上述铜模3的端部设有螺孔8，螺孔8与型腔5相通，螺孔8上装设有防止吸铸合金熔体流出型腔5的螺钉9。
本发明铜模的制备方法，包括如下步骤：
1）将紫铜圆柱按非自耗真空电弧炉水冷铜模腔尺寸及螺纹特征加工出外侧设有螺纹4的铜模3的初胚，以及加工出铜模3两端的螺纹6，并加工与螺纹6配合的螺母7；
2）将铜模3的初胚沿纵向轴心线切割成对称的两块铜模；
3）用螺母7将对称的两块铜模固定在一起，在铜模3的一端沿轴心加工一定长度的螺孔8，螺钉9拧固在螺孔8上；在铜模3的另一端加工熔炼凹腔1，且在熔炼凹腔（1）的轴心位置做出吸铸口2；
4）将固定铜模3的螺母7拧下，分开两块铜模，在铜模3所设螺孔8的端部与所设吸铸口2的端部之间沿轴心方向加工型腔5；
5）使用时用螺母7将对称的两块铜模固定在一起即可。
本实施例中，上述铜模3由紫铜圆柱机加工制备而成。
本发明具体实施例如下：
实施例子1：
1.将纯度为99.8%的Zr、纯度为99.5%的Cu、纯度为99.98%的Ni和纯度为99.5%的Al按Zr55Cu30Ni5Al10名义成分进行配料，置于电弧炉中；
2.对电弧炉抽真空，当达到3×10-3Pa的真空度后充入氩气至一个大气压，在氩气的保护下先熔钛吸残余氧，再熔炼合金3~5次成母合金；
3.根据制备样品形状、大小，计算所需母合金理论质量，然后把母合金破碎，称量相应质量的母合金碎块，将其移至本发明水冷铜模上端部凹球坩埚状熔炼凹腔；
4.启动电弧将熔炼凹腔中母合金碎块熔化成液体，关闭电弧电源瞬间，打开吸铸阀，利用压力差由熔炼凹腔中的“火山口”状吸铸口将合金液吸入铜模内的型腔中；
5.冷却数分钟后，取出铜模，拧开两端螺母，将铜模两部分分开，取出制备的各种形状Zr55Cu30Ni5Al10大块非晶合金试样；得到非晶合金样品填充效果好、合金均匀致密，均未出现中空现象。
实施例子2：
1.将纯度为99.0%的Fe，99.5%的Y、Cr，99.9%的Mo，99.0%的石墨和Fe-B中间合金（B为17.0wt%）按Fe48Cr15Mo14C15B6Y2名义成分进行配料，置于电弧炉中；
2.对电弧炉抽真空，当达到3×10-3Pa的真空度后充入氩气至一个大气压，在氩气的保护下先熔钛吸残余氧，再熔炼合金3~5次成母合金；
3.根据制备样品形状、大小，计算所需母合金理论质量，然后把母合金破碎，称量相应质量的母合金碎块，将其移至本发明水冷铜模上端部凹球坩埚状熔炼凹腔；
4.启动电弧将熔炼凹腔中母合金碎块熔化成液体，关闭电弧电源瞬间，打开吸铸阀，利用压力差由熔炼凹腔中的“火山口”状吸铸口将合金液吸入铜模内的型腔中；
5.冷却数分钟后，取出铜模，拧开两端螺母，将铜模两部分分开，取出制备的各种形状Fe48Cr15Mo14C15B6Y2大块非晶合金试样；得到非晶合金样品填充效果好、合金均匀致密，均未出现中空现象。
实施例子3：
1.将纯度为99.5%的Cu，99.8%的Zr，99.0%的Ti，99.9%的Mo等原料，按Cu58Zr30Ti10Mo2名义成分进行配料，置于电弧炉中；
2.对电弧炉抽真空，当达到3×10-3Pa的真空度后充入氩气至一个大气压，在氩气的保护下先熔钛吸残余氧，再熔炼合金3~5次成母合金；
3.根据制备样品形状、大小，计算所需母合金理论质量，然后把母合金破碎，称量相应质量的母合金碎块，将其移至本发明水冷铜模上端部凹球坩埚状熔炼凹腔；
4.启动电弧将熔炼凹腔中母合金碎块熔化成液体，关闭电弧电源瞬间，打开吸铸阀，利用压力差由熔炼凹腔中的“火山口”状吸铸口将合金液吸入铜模内的型腔中；
5.冷却数分钟后，取出铜模，拧开两端螺母，将铜模两部分分开，取出制备的各种形状Cu58Zr30Ti10Mo2大块非晶合金试样；得到非晶合金样品填充效果好、合金均匀致密，均未出现中空现象。

Claims (9)

1.一种用于制备大块非晶合金的铜模的制备方法,所述用于制备大块非晶合金的铜模包括有熔炼凹腔（1）、吸铸口（2）、铜模（3）、型腔（5），其中铜模（3）的一端设有熔炼凹腔（1），熔炼凹腔（1）上设有吸铸口（2），铜模（3）的几何中心设有型腔（5），其特征在于所述铜模的制备方法包括如下步骤：
1）将紫铜圆柱按非自耗真空电弧炉水冷铜模腔尺寸及螺纹特征加工出外侧设有外螺纹（4）的铜模（3）的初胚，以及加工出铜模（3）两端的连接螺纹（6），并加工与连接螺纹（6）配合的螺母（7）；
2）将铜模（3）的初胚沿纵向轴心线切割成对称的两块铜模；
3）用螺母（7）将对称的两块铜模固定在一起，在铜模（3）的一端沿轴心加工螺孔（8），螺钉（9）拧固在螺孔（8）上；在铜模（3）的另一端加工熔炼凹腔（1），且在熔炼凹腔（1）的轴心位置做出吸铸口（2）；
4）将固定铜模（3）的螺母（7）拧下，分开两块铜模，在铜模（3）所设螺孔（8）的端部与所设吸铸口（2）的端部之间沿轴心方向加工型腔（5）；
5）使用时用螺母（7）将对称的两块铜模固定在一起即可。
2.根据权利要求1所述的铜模的制备方法，其特征在于上述铜模（3）由紫铜圆柱机加工制备而成。
3.根据权利要求1所述的铜模的制备方法，其特征在于上述吸铸口（2）设置在熔炼凹腔（1）的端部。
4.根据权利要求1所述的铜模的制备方法，其特征在于上述吸铸口（2）为火山口状吸铸口。
5.根据权利要求4所述的铜模的制备方法，其特征在于上述火山口状吸铸口呈凸出的锥形吸口。
6.根据权利要求1所述的铜模的制备方法，其特征在于上述铜模（3）的外侧设有外螺纹（4），外螺纹（4）呈等腰梯形螺纹。
7.根据权利要求1至5任一项所述的铜模的制备方法，其特征在于上述铜模（3）包括有完全对称的两半块铜模，两半块铜模的两端还分别设有连接螺纹（6），螺母（7）拧固在连接螺纹（6）上将两半块铜模固定在一起。
8.根据权利要求6所述的铜模的制备方法，其特征在于上述螺母（7）为圆柱状螺母。
9.根据权利要求6所述的铜模的制备方法，其特征在于上述铜模（3）的端部设有螺孔（8），螺孔（8）与型腔（5）相通，螺孔（8）上装设有防止吸铸合金熔体流出型腔（5）的螺钉（9）。
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