CN104039481B - 注塑机的铸块加载机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于将一个或多个合金铸块加载到模塑机中的装置。所述装置包括保持器，所述保持器被配置为保持多个所述合金铸块并穿过所模塑机的模具中的开口将合金铸块中的一个或多个分配到所述模塑机的熔融区中。所述保持器相对于沿着所述模具中的开口的中心的轴线在与模具中的开口成一直线以便分配合金铸块中的一个或多个的第一位置与远离模具中的开口的第二位置之间移动。所述装置可以承载无定形合金材料的铸块，使得当机器使材料熔融并对所述材料进行模塑时，其形成包含块体无定形合金的部件。

Description

注塑机的铸块加载机构

技术领域

本发明整体涉及自动铸块加载机构，该自动铸块加载机构用于将可熔性材料的铸块加载到用于由其熔融和模塑物件的注塑系统中。

背景技术

一些常规的浇铸或模塑机包括使用力将材料移动并塞入模具中的单个柱塞杆。在一些情况下，能够提供预模塑形式的待熔融材料，称为铸块。可以通过加载料口或柱塞杆将铸块引入机器的熔融区内。每当要将材料熔融时，可由操作者手动地加载铸块。然而，具有被设计成自动地加载材料以进行熔融(和后续的模塑)的机构是有利的。

铸块材料的自动加载机构的设计要求独特的考量，这些考量取决于与它一起使用的模塑机的机构和硬件。

发明内容

一种根据本文实施例的所提议解决方案，其用于改善向系统中插入可熔性无定形合金材料以形成块体无定形合金的模塑物件或部件。

本公开的一个方面提供了用于加载一个或多个合金铸块的装置，该装置包括保持器，所述保持器被配置为保持多个合金铸块并将所述合金铸块中的一个或多个穿过模塑机的模具中的开口分配到模塑机的熔融区中。

另一个方面提供了使用包括熔融区和模具的模塑机来形成包含块体无定形合金的部件的方法，所述方法包括：从保持器将一个或多个合金铸块穿过模塑机的模具中的开口加载到模塑机的熔融区中；使熔融区中的一个或多个合金铸块熔融以形成熔融的合金；以及将熔融的合金引入模具中以形成包含块体无定形合金的部件。

另一个方面提供了注塑系统，包括：被配置为使可熔性材料熔融的熔融区；被配置为接收来自熔融区的熔融的材料以模塑成部件的模具，以及用于将可熔性材料穿过模具中的开口加载到熔融区中的装置。

通过以下详细说明、附图和所附权利要求，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1提供了示例性块体凝固型无定形合金的温度-粘度图。

图2提供了示例性块体凝固型无定形合金的时间-温度-转变(TTT)图的示意图。

图3示出了根据本发明实施例的具有用于加载可熔性材料的装置的注塑系统。

图4示出了与如图3所示的注塑系统一起使用的具有第一板和第二板的模具组件的剖视图。

图5示出了图3所示的注塑系统的模具组件和熔融区的部件(第一板)的透视图。

图6示出了根据本发明实施例的用于将材料通过处于第一位置的注塑系统的模具加载到熔融区中的装置的透视图。

图7-10示出了根据实施例的使用图6的装置的方法，该装置相对于模具移动。

图11示出了根据本发明的另一个实施例的用于将材料通过注塑系统的模具加载到熔融区中的装置的使用方法，其中该装置相对于模具移动。

图12示出了注塑系统的模具和熔融区的视图。

具体实施方式

在本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请均在此其全文以引用方式并入。

本文所用冠词“一个”和“一种”是指一个或多于一个(即，至少一个)冠词的语法对象。以举例的方式，“聚合物树脂”意指一种聚合物树脂或多于一种聚合物树脂。本文所引用的任何范围均包括端值在内。在本说明书的全文中所用的术语“基本上”和“约”用于描述并考虑小的波动。例如，它们可以指小于或等于±5％，例如小于或等于±2％、例如小于或等于±1％、例如小于或等于±0.5％、例如小于或等于±0.2％、例如小于或等于±0.1％、例如小于或等于±0.05％。

块体凝固型无定形合金或块体金属玻璃(“BMG”)为最近开发的一类金属材料。这些合金可以相对较慢的速度凝固和冷却，并且它们在室温下保持无定形的非结晶(即，玻璃态)状态。无定形合金具有许多比其晶态对应物优越的特性。然而，如果冷却速度不够快，则晶体可能在冷却期间形成于合金内部，使得无定形状态的有益效果可能丧失。例如，制造块体无定形合金部件的一个挑战在于由缓慢冷却或合金原材料中的杂质所导致的部件的局部结晶。由于在BMG部件中可能需要较高程度的非晶度(相反地，较低程度的结晶度)，因此需要开发用于铸造具有受控量的非晶度的BMG部件的方法。

图1(得自美国专利7,575,040)示出了来自由LiquidmetalTechnology制造的Zr--Ti--Ni--Cu--Be族VIT-001系列的示例性块体凝固型无定形合金的粘度-温度曲线图。应该指出的是，在形成无定形固体期间，不存在块体凝固型无定形金属的明显液体/固体转变。随着过冷却逐渐扩大，熔融的合金变得越来越粘，直至其在大约玻璃化转变温度处接近固体形式。因此，块体凝固型无定形合金的凝固前沿的温度可为大约玻璃化转变温度，此处出于拉出经淬火的无定形片材产品的目的，合金将实际上充当固体。

图2(得自美国专利7,575,040)示出了示例性块体凝固型无定形合金的时间-温度-转变(TTT)冷却曲线或TTT图。与常规金属一样，块体凝固型无定形金属在冷却时不会经历液体/固体结晶转变。相反，随着温度降低(接近玻璃化转变温度Tg)，在高温(接近“熔融温度”Tm)下发现的高度流体化的非晶态形式金属变得更粘，最终呈现常规固体的外在物理特性。

尽管块体凝固型无定形金属并不存在液体/结晶转变，但可将“熔融温度”Tm定义为对应结晶相的热力学液相线温度。在该机构下，块体凝固型无定形合金在熔融温度下的粘度可处于约0.1泊至约10,000泊的范围内，并且甚至有时低于0.01泊。在“熔融温度”下的较低粘度将提供使用块体凝固型无定形金属对壳体/模具的复杂精细部分的更快且完全的填充，以便形成BMG部件。此外，熔融的金属形成BMG部件的冷却速度必须使得在冷却期间时间-温度曲线不横向穿过界定图2的TTT图中的结晶区的鼻形区域。在图2中，Tnose为其中结晶最为迅速且在最短时间尺度内出现的临界结晶温度Tx。

过冷液相区(介于Tg与Tx之间的温度区域)是抵抗块体凝固型合金结晶的卓越稳定性的体现。在该温度区域内，块体凝固型合金可作为高粘度液体存在。块体凝固型合金在过冷液相区中的粘度可以在玻璃化转变温度下的10¹²Pa·s与低至结晶温度(过冷液相区的高温极限)下的10⁵Pa·s之间变化。具有这种粘度的液体可在所施加的压力下发生显著的塑性应变。本文的实施例利用过冷液相区中的较大塑性成形性能作为成形和分离方法。

需要对Tx进行一些阐释。在技术上，TTT图中所示的鼻形曲线将Tx描述为温度和时间的函数。因此，不管在加热或冷却金属合金时采取的是何种轨线，当碰到TTT曲线时，就已达到Tx。在图2中，将Tx示出为虚线，因为Tx可从接近Tm至接近Tg变化。

图2的示意性TTT图示出了在时间-温度轨线(示出为(1)，作为示例性轨线)不碰到TTT曲线的情况下，从处于或高于Tm至低于Tg的压铸加工方法。在压铸期间，成形与快速冷却基本上同时发生以避免轨线碰到TTT曲线。在时间-温度轨线(示出为(2)、(3)和(4)，作为示例性轨线)不碰到TTT曲线的情况下，从处于或低于Tg至低于Tm的超塑性成形(SPF)加工方法。在SPF中，将无定形BMG重新加热至过冷液相区，此处可用的加工窗口可能比压铸大得多，从而使工艺具备更好的可控性。SPF工艺不需要快速冷却来避免在冷却期间出现结晶。另外，如示例性轨线(2)、(3)和(4)所示，SPF可在SPF期间的最高温度高于Tnose或低于Tnose、最高至约Tm的情况下进行。如果对一件无定形合金进行加热且设法避免碰到TTT曲线，则已加热到“介于Tg与Tm之间”，但不会达到Tx。

以20℃/分钟的加热速率得到的块体凝固型无定形合金的典型差示扫描量热仪(DSC)加热曲线主要描述了横跨TTT数据的特定轨线，其中将可能看到在某个温度下的Tg、当DSC加热斜坡跨过TTT结晶起点时的Tx、以及当同一条轨线跨过熔融的温度范围时的最终熔融峰。如果以如图2中的轨线(2)、(3)和(4)的倾斜升温部分所示的快速加热速率来加热块体凝固型无定形合金，则可能完全避开TTT曲线，并且DSC数据将示出加热时的玻璃化转变但无Tx。考虑此过程的另一种方式为，只要轨线(2)、(3)和(4)不碰到结晶曲线，这些轨线便可落在TTT曲线的鼻部(以及甚至高于此的地方)与Tg线之间温度的任何位置处。这仅仅意味着轨线的水平平台可能随着提高加工温度而大幅变短。

相

本文中的术语“相”可指见于热力学相图中的相。相为如下空间(如，热力学系统)区域，在该整个区域中材料的所有物理特性基本上是一致的。物理特性的实例包括密度、折射率、化学组成以及晶格周期性。相的简单描述是一个材料区域，所述材料在化学上一致、在物理上不同和/或可机械分离。例如，在位于玻璃罐中的由冰和水构成的系统中，冰块为一个相，水为第二相，并且水上方的湿空气为第三相。罐的玻璃为另一种分离相。相可以指固溶体，其可以是二元、三元、四元或更多元的溶液或化合物，例如金属互化物。又如，无定形相不同于结晶相。

金属、过渡金属和非金属

术语“金属”是指正电性的化学元素。本说明书中的术语“元素”通常是指可见于元素周期表中的元素。在物理上，基态中的金属原子包含部分填充的带，具有接近占有态的空态。术语“过渡金属”为元素周期表中第3族到第12族中的任何金属元素，其具有不完全的内电子层，并且在一系列元素中在最大正电性和最小正电性之间起到过渡连接的作用。过渡金属的特征在于多重价、有色化合物和形成稳定的络合离子的能力。术语“非金属”是指不具有丢失电子和形成阳离子能力的化学元素。

取决于应用，可使用任何合适的非金属元素或它们的组合。合金(或“合金组合物”)可包含多种非金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种、或更多种非金属元素。非金属元素可以是见于元素周期表的第13-17族中的任何元素。例如，非金属元素可以是F、Cl、Br、I、At、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb和B中的任何一种。有时候，非金属元素也可以是第13-17族中的某些准金属(例如，B、Si、Ge、As、Sb、Te和Po)。在一个实施例中，非金属元素可包括B、Si、C、P、或它们的组合。因此，例如，合金可包括硼化物、碳化物、或它们两者。

过渡金属元素可以是钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、(rutherfordium)、(dubnium)、(seaborgium)、铍、(hassium)、(meitnerium)、(ununnilium)、(unununium)和ununbium中的任何一种。在一个实施例中，包含过渡金属元素的BMG可具有Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和Hg中的至少一种。取决于应用，可使用任何合适的过渡金属元素或它们的组合。所述合金组合物可包含多种过渡金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种、或更多种过渡金属元素。

当前所描述的合金或合金“样品”或“样本”合金可具有任何形状或尺寸。例如，所述合金可具有微粒形状，其可具有诸如球状、椭球状、线状、杆状、片状、薄片状或不规则形状之类的形状。所述微粒可具有任何尺寸。例如，它可具有介于约1微米和约100微米之间的平均直径，例如介于约5微米和约80微米之间、例如介于约10微米和约60微米之间、例如介于约15微米和约50微米之间、例如介于约15微米和约45微米之间、例如介于约20微米和约40微米之间、例如介于约25微米和约35微米之间。例如，在一个实施例中，微粒的平均直径介于约25微米和约44微米之间。在一些实施例中，可以使用更小的微粒例如纳米范围内的微粒，或者更大的微粒例如大于100微米的那些。

合金样品或样本还可具有大得多的尺度。例如，它可以是块体结构组件，例如铸块、电子设备的外壳/保护套或甚至是尺度在毫米、厘米或米范围内的结构组件的一部分。

固溶体

术语“固溶体”是指固体形式的溶体。术语“溶体”是指两种或更多种物质的混合物，其可为固体、液体、气体、或这些的组合。该混合物可为均质或异质的。术语“混合物”是指彼此结合并且通常能够被分离的两种或更多种物质的组合物。一般来讲，这两种或更多种物质彼此不化学结合。

合金

在一些实施例中，本文所描述的合金组合物可被完全合金化。在一个实施例中，术语“合金”是指两种或更多种金属的均质混合物或固溶体，一种金属的原子取代或占据其他金属的原子之间的间隙位置；例如，黄铜是锌和铜的合金。与复合物不同，合金可以指金属基体中的一种或多种元素部分或完全的固溶体，诸如金属基体中的一种或多种化合物。本文的术语“合金”可以即指可给出单一固相微结构的完全固溶体合金又指可给出两种或更多种相的部分溶体。本文所描述的合金组合物可以指包含合金的合金组合物，或可以指包含含合金的复合物的合金组合物。

因此，完全合金化的合金可具有均匀分布的成分，不管是固溶体相、化合物相、还是它们两者。本文所使用的术语“完全合金化”可考虑误差容限内的微小变化。例如，其可以指至少90％合金化的，例如至少95％合金化的，例如至少99％合金化的，例如至少99.5％合金化的，例如至少99.9％合金化的。本文的百分比可以指体积百分比或重量百分比，具体取决于上下文。这些百分比可由杂质平衡，所述杂质就组成或相而言可能不是合金的一部分。

无定形或非晶态固体

“无定形”或“非晶态固体”是指缺乏作为晶体特性的晶格周期性的固体。如本文所用，“无定形固体”包括“玻璃”，其是在加热时通过玻璃化转变而软化并转变成类液体状态的无定形固体。一般来讲，尽管无定形材料因化学键的性质而可在原子长度尺度下具有一些短程有序，但是它们缺乏晶体的长程有序特性。基于通过结构表征技术诸如X射线衍射和透射电子显微镜法所确定的晶格周期性，可区分无定形固体和晶态固体。

术语“有序”和“无序”是指定多粒子系统中一些对称性或相关性的存在或不存在。术语“长程有序”和“短程有序”基于长度尺度来区分材料中的有序。

固体中最严格形式的有序是晶格周期性：不断重复一定的样式(晶胞中的原子排列)以形成平移不变的空间拼接(tiling)。这是晶体的限定属性。可能的对称性分为14个布拉菲(Bravais)晶格和230个空间群。

晶格周期性意味着长程有序。如果仅已知一个晶胞，则通过平移对称性可准确地预测在任意距离处的所有原子位置。反过来通常也是正确的，除了例如在具有完美确定性拼接但不具有晶格周期性的准晶体中。

长程有序表征其中相同样品的遥远部分展现相互关联行为的物理系统。这可表示为相关性函数，即自旋-自旋相关性函数：G(x，x′)＝(s(x)，s(x′))。

在上面的函数中，s为自旋量子数，并且x为特定系统中的距离函数。当x＝x'时该函数等于1，并且随着距离|x-x'|增加而减小。通常，其在较大距离处指数衰减至零，并且认为该系统为无序的。然而，如果相关性函数在大的|x-x'|处衰减至常数值，则可认为该系统具有长程有序性。如果其作为距离的幂衰减至零，则可称其为准长程有序。注意，所谓“大的|x-x'|”的数值是相对的。

当定义其行为的一些参数为不随时间变化的随机变量时(即它们是淬火或冷冻的)，则可认为系统呈现淬火无序，如自旋玻璃。这与其中随机变量允许自己演变的退火无序相反。本文的实施例包括包含淬火无序的系统。

本文所述的合金可为晶态、部分晶态、无定形、或基本上无定形。例如，合金样品/样本可包括至少一些结晶度，具有处于纳米和/或微米范围内的尺寸的晶粒/晶体。作为另外一种选择，合金可为基本上无定形的，例如完全无定形的。在一个实施例中，合金组合物至少基本上不是无定形的，例如为基本上晶态的，例如为完全晶态的。

在一个实施例中，晶体或多个晶体在另外的无定形合金中的存在可理解为其中的“结晶相”。合金的结晶度程度(或在一些实施例中简称为“结晶度”)可以指存在于合金中的结晶相的量。所述程度可以指例如存在于合金中的晶体的分数。所述分数可以指体积分数或重量分数，具体取决于上下文。对无定形合金的“无定形”的量度可以是非晶度。无定形度可用结晶度的程度来衡量。例如，在一个实施例中，具有低程度的结晶度的合金可被认为具有高程度的无定形度。在一个实施例中，例如，具有60体积％结晶相的合金可具有40体积％无定形相。

无定形合金或无定形金属

“无定形合金”为具有大于50体积％的无定形含量、优选大于90体积％的无定形含量、更优选大于95体积％的无定形含量、并且最优选大于99体积％至几乎100体积％的无定形含量的合金。注意，如上所述，无定形度高的合金相当于结晶度程度低。“无定形金属”为具有无序的原子尺度结构的无定形金属材料。与晶态的并因此具有高度有序的原子排列的大多数金属相比，无定形合金为非结晶的。其中这种无序结构由冷却期间的液体状态直接产生的材料有时被称为“玻璃”。因此，通常将无定形金属称为“金属玻璃”或“玻璃态金属”。在一个实施例中，块体金属玻璃(“BMG”)可以指其微结构至少部分地为无定形的合金。然而，除极其快速冷却外，还存在许多制备无定形金属的方式，包括物理气相沉积、固态反应、离子辐照、熔融纺丝和机械合金化。不管无定形合金是如何制备的，它们可能均为单一类材料。

无定形金属可通过多种快速冷却方法制备。例如，可通过将熔融的金属溅射到旋转金属盘上来制备无定形金属。大约上百万度每秒的快速冷却可能过快而不能形成结晶，并因此将材料“锁定”在玻璃状态。此外，能够以低至足以允许在厚层中形成无定形结构的临界冷却速率来制备无定形金属/合金，如块体金属玻璃。

术语“块体金属玻璃”(“BMG”)、块体无定形合金(“BAA”)和块体凝固型无定形合金在本文中可互换地使用。它们是指具有至少在毫米范围内的最小尺度的无定形合金。例如，所述尺度可为至少约0.5mm、例如至少约1mm、例如至少约2mm、例如至少约4mm、例如至少约5mm、例如至少约6mm、例如至少约8mm、例如至少约10mm、例如至少约12mm。取决于几何形状，所述尺度可以指直径、半径、厚度、宽度、长度等。BMG也可为具有在厘米范围内(例如至少约1.0cm、例如至少约2.0cm、例如至少约5.0cm、例如至少约10.0cm)的至少一个尺度的金属玻璃。在一些实施例中，BMG可具有至少在米范围内的至少一个尺度。BMG可呈现上述的与金属玻璃有关的任何形状或形式。因此，在一些实施例中，本文所述的BMG在一个重要方面可能不同于通过常规沉积技术制成的薄膜—前者可具有比后者大得多的尺度。

无定形金属可为合金而不是纯金属。该合金可包含显著不同尺寸的原子，从而导致熔融状态中的低自由体积(并因此具有比其他金属和合金高至数个数量级的粘度)。该粘度防止原子充分移动以形成有序的晶格。材料结构可导致冷却期间的低收缩率和对塑性变形的抵抗性。晶界(在某些情况下为晶态材料的弱点)的缺乏可例如导致对磨损和腐蚀的较好抵抗性。在一个实施例中，无定形金属(技术上讲，亦即玻璃)还可比氧化物玻璃和陶瓷坚韧得多且不那么脆。

无定形材料的热导率可低于其晶态对应物的热导率。为了即使在较缓慢冷却期间仍能实现无定形结构的形成，该合金可由三种或更多种组分组成，从而导致具有较高势能和较低形成几率的复杂晶体单元。无定形合金的形成可取决于多个因素：合金的组分的组成；组分的原子半径(优选具有超过12％的显著区别以获得高堆积密度和低自由体积)；以及负热量，所述负热量混合组分的组合、抑制晶体成核并延长熔融的金属处于过冷却状态的时间。然而，由于无定形合金的形成基于很多不同的变量，因此可能难以事先确定合金组合物是否会形成无定形合金。

例如，硼、硅、磷及其他玻璃形成元素与磁性金属(铁、钴、镍)的无定形合金可为磁性的，具有低矫顽磁力和高电阻。高电阻导致在经受交变磁场时因涡流所致的低损耗，例如作为变压器磁芯的有用性质。

无定形合金可具有多种潜在有用的性质。具体地，它们倾向于比类似化学组成的晶态合金更强，并且它们可承受比晶态合金更大的可逆(“弹性”)变形。无定形金属的强度直接源于它们的非晶态结构，所述非晶态结构可能不具有限制晶态合金强度的任何缺陷(例如位错)。例如，一种现代无定形金属，称为Vitreloy^TM，具有的抗拉强度几乎是高级钛的抗拉强度两倍。在一些实施例中，室温下的金属玻璃是不可延展的并且当在受力情况下加载时趋于突然失效，这限制了在注重可靠性的应用中的材料可应用性，因为即将发生的失效是不可见的。因此，为了克服该挑战，可使用金属基体复合物，所述金属基体复合物具有包含可延展的晶态金属的枝晶粒子或纤维的金属玻璃基体。作为另外一种选择，可使用趋于导致脆化的一种或多种元素(例如，Ni)含量低的BMG。例如，可使用不含Ni的BMG来提高BMG的延展性。

块体无定形合金的另一种有用性质是它们可为真玻璃；换句话讲，它们可在加热时软化和流动。这可允许以与聚合物基本上相同的方式容易地加工，例如通过注塑。因此，可使用无定形合金来制备运动器材、医疗设备、电子组件以及装备和薄膜。可经由高速氧燃料技术沉积无定形金属的薄膜作为保护性涂层。

材料可具有无定形相、结晶相、或它们两者。无定形相和结晶相可具有相同的化学组成并且仅在微结构方面不同，即一者为无定形微结构而另一者为晶态微结构。在一个实施例中的微结构是指由显微镜以25倍放大率或更高放大率显示的材料的结构。作为另外一种选择，这两个相可具有不同的化学组成和微结构。例如，组合物可为部分地无定形的、基本上无定形的、或完全无定形的。

如上所述，可通过合金中存在的晶体分数来测量非晶度的程度(反之为结晶度的程度)。该程度可以指合金中存在的结晶相的体积分数或重量分数。部分无定形组合物可以指其至少约5体积％(例如至少约10体积％、例如至少约20体积％、例如至少约40体积％、例如至少约60体积％、例如至少约80体积％、例如至少约90体积％)是无定形相的组合物。已经在本申请的其他地方定义了术语“基本上”和“约”。因此，至少基本上无定形的组合物可以指其至少约90体积％(例如至少约95体积％、例如至少约98体积％、例如至少约99体积％、例如至少约99.5体积％、例如至少约99.8体积％、例如至少约99.9体积％)为无定形的组合物。在一个实施例中，基本上无定形的组合物内可存在一些附带的轻微量的结晶相。

在一个实施例中，相对于无定形相，无定形合金组合物可为均质的。具有均一组成的物质为均质的。这与异质的物质相反。术语“组成”是指物质中的化学组成和/或微结构。当将物质的体积划分成两半并且两半均具有基本上相同的组成时，该物质为均质的。例如，当微粒悬浮液的体积分为两半且两半均具有基本上相同体积的粒子时，该微粒悬浮液为均质的。然而，在显微镜下可能看到单独的粒子。均质物质的另一实例为空气，虽然空气中的粒子、气体和液体可单独分析或从空气中分离，但其中的不同成分相等地悬浮。

相对于无定形合金为均质的组合物可指具有在其整个微结构中基本上均匀分布的无定形相的组合物。换句话讲，该组合物宏观上包含在整个组合物中基本上均匀分布的无定形合金。在可供选择的实施例中，该组合物可为具有无定形相的复合物，该无定形相中具有非无定形相。该非无定形相可为一种晶体或多种晶体。晶体可为任何形状例如球形、椭球形、线形、杆形、片形、薄片形或不规则形状的微粒形式。在一个实施例中，其可具有枝晶形式。例如，至少部分地无定形的复合组合物可具有分散于无定形相基体中的枝晶形状的结晶相；该分散体可为均匀的或非均匀的，并且该无定形相和结晶相可具有相同的或不同的化学组成。在一个实施例中，它们具有基本上相同的化学组成。在另一个实施例中，结晶相可以比BMG相更易延展。

本文所描述的方法可应用于任何类型的无定形合金。类似地，本文中作为组合物或制品的成分描述的无定形合金可为任何类型。无定形合金可包含元素Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Be、或它们的组合。即，合金可在其化学式或化学组成中包括这些元素的任意组合。所述元素可以不同的重量或体积百分比存在。例如，铁“基”合金可以指具有非轻微的重量百分比的铁存在于其中的合金，该重量百分比可为例如至少约20重量％、例如至少约40重量％、例如至少约50重量％、例如至少约60重量％、例如至少约80重量％。作为另外一种选择，在一个实施例中，上文所述的百分比可为体积百分比，而不是重量百分比。因此，无定形合金可为锆基、钛基、铂基、钯基、金基、银基、铜基、铁基、镍基、铝基、钼基等等。该合金还可以不含前述元素中的任一种以适合特定目的。例如，在一些实施例中，该合金或包含合金的组合物可基本上不含镍、铝、钛、铍、或它们的组合。在一个实施例中，该合金或复合物完全不含镍、铝、钛、铍、或它们的组合。

例如，无定形合金可具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu,Fe)_b(Be,A1,Si,B)_c，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在30至75的范围内，b在5至60的范围内，并且c在0至50的范围内。作为另外一种选择，无定形合金可具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu)_b(Be)_c，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在40至75的范围内，b在5至50的范围内，并且c在5至50的范围内。该合金还可具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu)_b(Be)_c，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在45至65的范围内，b在7.5至35的范围内，并且c在10至37.5的范围内。作为另外一种选择，合金可具有式(Zr)_a(Nb,Ti)_b(Ni,Cu)_c(A1)_d，其中a、b、c和d各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在45至65的范围内，b在0至10的范围内，c在20至40的范围内，并且d在7.5至15的范围内。前述合金体系的一个示例性实施例为由LiquidmetalTechnologies(CA,USA)制造的商品名为Vitreloy^TM(例如Vitreloy-1和Vitreloy-101)的Zr-Ti-Ni-Cu-Be基无定形合金。表1中提供了不同系统的无定形合金的一些例子。

无定形合金还可为铁基合金，例如(Fe,Ni,Co)基合金。此类组合物的例子在美国专利6,325,868、5,288,344、5,368,659、5,618,359和5,735,975，Inoue等人的,Appl.Phys.Lett.,(第71卷第464页(1997年))、Shen等人的，Mater.Trans.,JIM,(第42卷第2136页(2001年))以及日本专利申请200126277(公开号2001303218A)中有所公开。一种示例性组合物为Fe₇₂A1₅Ga₂P_llC₆B₄。另一实例为Fe₇₂A1₇Zr_l0Mo₅W₂B₁₅。美国专利申请公开2010/0084052中公开了可用于本文涂层中的另一种铁基合金体系，其中无定形金属包含例如锰(1至3原子％)、钇(0.1至10原子％)以及硅(0.3至3.1原子％)，组成范围在括号内给出；并且包含以下元素：铬(15至20原子％)、钼(2至15原子％)、钨(1至3原子％)、硼(5至16原子％)、碳(3至16原子％)，并且余量为铁，指定的组成范围在括号内给出。

前述的无定形合金体系还可包含附加的元素，例如附加的过渡金属元素，包括Nb、Cr、V和Co。所述附加的元素能够以小于或等于约30重量％、例如小于或等于约20重量％、例如小于或等于约10重量％、例如小于或等于约5重量％的量存在。在一个实施例中，附加的任选元素为钴、锰、锆、钽、铌、钨、钇、钛、钒和铪中的至少一种，以形成碳化物并进一步改善耐磨性和耐腐蚀性。其他的任选元素可包括磷、锗和砷，总量至多约2％，并且优选地少于1％，以降低熔点。换句话讲，附带的杂质应小于约2％，并且优选为0.5％。

表1：示例性无定形合金组成成分

合金

原子％

原子％

原子％

原子％

原子％

原子％

1

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

41.20％

13.80％

12.50％

10.00％

22.50％

2

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

44.00％

11.00％

10.00％

10.00％

25.00％

3

Zr

Ti

Cu

Ni

Nb

Be

56.25％

11.25％

6.88％

5.63％

7.50％

12.50％

4

Zr

Ti

Cu

Ni

Al

Be

64.75％

5.60％

14.90％

11.15％

2.60％

1.00％

5

Zr

Ti

Cu

Ni

Al

52.50％

5.00％

17.90％

14.60％

10.00％

6

Zr

Nb

Cu

Ni

Al

57.00％

5.00％

15.40％

12.60％

10.00％

7

Zr

Cu

Ni

Al

Sn

50.75％

36.23％

4.03％

9.00％

0.50％

8

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

46.75％

8.25％

7.50％

10.00％

27.50％

9

Zr

Ti

Ni

Be

21.67％

43.33％

7.50％

27.50％

10

Zr

Ti

Cu

Be

35.00％

30.00％

7.50％

27.50％

11

Zr

Ti

Co

Be

35.00％

30.00％

6.00％

29.00％

12

Au

Ag

Pd

Cu

Si

49.00％

5.50％

2.30％

26.90％

16.30％

13

Au

Ag

Pd

Cu

Si

50.90％

3.00％

2.30％

27.80％

16.00％

14

Pt

Cu

Ni

P

57.50％

14.70％

5.30％

22.50％

15

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

36.60％

31.40％

7.00％

5.90％

19.10％

16

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

9 -->

38.30％

32.90％

7.30％

6.20％

15.30％

17

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

39.60％

33.90％

7.60％

6.40％

12.50％

18

Cu

Ti

Zr

Ni

47.00％

34.00％

11.00％

8.00％

19

Zr

Co

Al

55.00％

25.00％

20.00％

在一些实施例中，具有无定形合金的组合物可包含少量的杂质。可特意添加杂质元素以改变组合物的性质，例如改善机械性质(如，硬度、强度、断裂机构等)和/或改善抗腐蚀性。作为另外一种选择，杂质可作为不可避免的附带杂质如作为加工和制造的副产物获得的那些而存在。杂质可小于或等于约10重量％、例如约5重量％、例如约2重量％、例如约1重量％、例如约0.5重量％、例如约0.1重量％。在一些实施例中，这些百分比可为体积百分比，而不是重量百分比。在一个实施例中，合金样品/组合物基本上由无定形合金组成(仅具有少量的附带杂质)。在另一个实施例中，该组合物包含无定形合金(没有可观察到的痕量杂质)。

在一个实施例中，最终的部件超过块体凝固型无定形合金的临界铸造厚度。

在本文的实施例中，过冷液相区(其中块体凝固型无定形合金可作为高粘度液体存在)的存在允许超塑性成形。可获得大的塑性变形。将在过冷液相区中发生大的塑性变形的能力用于成形和/或切割工艺。与固体相反，液体块体凝固型合金局部产生变形，这极大地降低了切割和成形所需的能量。切割和成形的容易性取决于合金、模具和切割工具的温度。随着温度提高，粘度会下降，因此切割和成形就越容易。

本文的实施例可利用例如以无定形合金在Tg与Tx之间进行的热塑性成形工艺。在本文中，根据在典型加热速率(如20℃/分钟)下的标准DSC测量值，将Tx和Tg确定为结晶温度的起始点和玻璃化转变温度的起始点。

无定形合金组分可具有临界铸造厚度，并且最终的部件可具有比临界铸造厚度更厚的厚度。此外，将加热和模塑操作的时间和温度选择为使得无定形合金的弹性应变极限可基本上保持为不小于1.0％，并且优选地不小于1.5％。在本文的实施例的上下文中，大约玻璃化转变的温度意指成形温度可低于玻璃化转变温度、处于玻璃化转变温度处或在玻璃化转变温度周围以及高于玻璃化转变温度，但优选地处于低于结晶温度T_x的温度。采用与加热步骤的加热速率类似的速率，并且优选地采用高于加热步骤的加热速率的速率来进行冷却步骤。冷却步骤还优选地在成形和模塑负荷仍得以保持的同时实现。

电子设备

本文的实施例在使用BMG制造电子设备的过程中可为有价值的。本文的电子设备可以指本领域已知的任何电子设备。例如，其可为电话诸如蜂窝电话和座机电话，或任何通讯设备诸如智能电话(包括例如iPhone^TM)，以及电子邮件收/发设备。其可为显示器(例如数字显示器)、电视监视器、电子书阅读器、便携式网页浏览器(例如，iPad^TM)、以及计算机监视器的一部分。其还可为娱乐装置，包括便携式DVD播放器、常规DVD播放器、蓝光碟片播放器、视频游戏控制台、音乐播放器例如便携式音乐播放器(如，iPod^TM)等。其还可为提供控制的装置的一部分，例如控制图像流、视频流、声音流(如，AppleTV^TM)，或其可为用于电子装置的遥控器。其可为计算机或其附件的一部分，例如硬盘塔外壳或保护套、膝上型计算机外壳、膝上型计算机键盘、膝上型计算机轨触摸板、台式计算机键盘、鼠标和扬声器。该制品还可应用于例如手表或时钟的设备。

本文示出的方法、技术和设备并不旨在受所示实施例的限制。

如本文所公开，装置或系统(或设备或机器)被配置为执行材料(诸如无定形合金)的熔融和注塑。所述装置被配置为通过以下方式处理此类材料或合金：在较高的熔融温度下熔融，然后将熔融的材料注入模具中以进行模塑。提供了一种自动将可熔性材料插入系统中以进行熔融和模塑的装置(或设备或机构)。在一个实施例中，装置的部件可被定位成彼此成一直线。根据一些实施例，装置的部件(或到达其的通道)在水平轴线上排成一行。

图3示出了根据本发明的实施例的具有用于加载可熔性材料的装置的此类示例性系统的示意图。更具体地讲，图3示出了注塑装置或系统10。根据一个实施例，注塑系统10具有被配置为使其中接收的可熔性材料熔融的熔融区12，和至少一个被配置为将熔融的材料从熔融区12顶出并使其进入模具16的柱塞杆14。在一个实施例中，至少柱塞杆14和熔融区12成一直线并在水平轴线(如，X轴)上提供，使得柱塞杆14在水平方向上(如，沿着X轴)基本上穿过熔融区12移动，从而将熔融的材料移动到模具16中。在另一个实施例中(如，图11中大致示出了其部件)，至少柱塞杆14和熔融区12成一直线并在垂直轴线(如，Y轴)上提供，使得柱塞杆14(如，沿着Y轴)基本上穿过熔融区12在垂直方向上移动，从而将熔融的材料移动到模具16中。模具可被定位成与熔融区相邻。

通常，可熔性材料能够以多种形式被接收在熔融区中。例如，可熔性材料可以铸块(固态)、半固态、预加热的浆料、粉末、球剂等形式提供到熔融区12中。在本发明的全文中，将铸块描述和设计为被插入系统10中以便自动加载到熔融区12内。也就是说，下文进一步描述的加载装置/机构被设计为将一个或多个合金铸块分配到熔融区12中。

系统10的熔融区12包括被配置为接收可熔性材料并在将材料加热至熔融状态时来保持材料的熔融机构。熔融机构可为例如容器20的形式，其具有用于接收可熔性材料并被配置为使其中的材料熔融的主体。在本发明的全文中所用的容器是由用于将物质加热至高温的材料所制成的器皿。例如，在一个实施例中，容器可以是坩埚，诸如船型坩埚或凝壳炉。在一个实施例中，容器20为冷炉床熔炼设备，其被配置为当在(如，通过真空设备38或泵施加的)真空下时用于可熔性材料。在一个实施例中，容器为调温容器。

在该实施例中，容器20的主体包括基本上U形的结构。例如，主体可包括基座，该基座具有从其延伸的侧壁。然而，该所示的形状并不旨在进行限制。容器20可具有多种形状或配置。容器的主体具有长度并可沿纵向(水平或垂直地)与柱塞14的纵向轴线成一直线延伸，使得可以用柱塞14将熔融的材料从其移除。进行加热或熔融的材料可被接收在容器的熔融部分24中。熔融部分24被配置为接收要在其中熔融的可熔性材料。例如，熔融部分24具有用于接收材料的表面。如下所述，容器20使用铸块加载装置50将材料(如，一个或多个铸块的形式)接收在它的熔融部分24中。

在一个实施例中，主体和/或它的熔融部分24可包括基本上圆形和/或光滑的表面。例如，熔融部分24的表面可被成形为弧形。然而，主体的形状和/或表面并不旨在进行限制。主体可以是一体的结构，或由连接或机加工在一起的独立部件形成。容器20的主体可由任意种材料(如，铜、银)形成，包括一个或多个涂层，和/或配置或设计。例如，一个或多个表面中可以具有凹槽或沟槽。

容器20的主体可被配置为接收柱塞杆，经由柱塞杆使熔融的材料移动。也就是说，在一个实施例中，熔融机构与柱塞杆位于同一轴线上，并且主体可被配置为和/或尺寸被设计为接收柱塞杆的至少一部分。因此，柱塞杆14可被配置为通过基本上穿过容器20移动而将熔融的材料(加热/熔融之后)从容器移动到模具16中。参考图3中系统10的图示实施例，例如，柱塞杆14将从右向左沿水平方向移动穿过容器20，从而将熔融的材料朝着模具16移动并将熔融的材料推动到模具16中。在如图11所示的实施例中，柱塞杆14将沿垂直方向向上移动穿过容器20，从而将熔融的材料朝着模具16移动并将熔融的材料推动到模具16中。

为了加热熔融区12并使接收在容器20中的可熔性材料(铸块)熔融，注入系统10还包括用于加热和熔融可熔性材料的热源。容器的至少熔融部分24(或基本上整个主体本身)被配置为受热，使得接收在其中的材料熔融。使用例如定位在被配置为熔融可熔性材料的熔融区12内的感应源26来实现加热。在一个实施例中，感应源26定位在容器20附近。例如，感应源26可以是基本上围绕容器主体的长度以螺旋模式定位的线圈的形式。因此，容器20可被配置为通过使用电源或源28向感应源/线圈26提供电力而使熔融部分24内的可熔性材料(如，插入的铸块)感应地熔融。因此，熔融区12可包括感应区。感应线圈26被配置为在不熔融和润湿容器20的情况下对容器20所容纳的任何材料进行加热和熔融。感应线圈26朝容器20发射射频(RF)波。如图3所示，主体和环绕容器20的线圈26可被配置为沿着水平轴线(如，X轴)以水平方向定位，或者，沿着垂直轴线以垂直方向定位(如图11所示)。

在一个实施例中，容器20为调温容器。此类容器可包括一条或多条调温管线，它们被配置为在容器中所接收的材料的熔融期间使液体(如，水或其他流体)在其中流动，以调节容器20的主体的温度(如，以便强制冷却容器)。此类强制冷却坩埚还可在与柱塞杆相同的轴线上提供。一条或多条冷却管线可有助于防止容器20自身的主体的过度加热和熔融。可将一条或多条冷却管线连接到被配置为引起容器中的液体流动的冷却系统。一条或多条冷却管线可包括一个或多个供液体或流体流经的入口和出口。可以用多种方式来构造冷却管线的入口和出口，并且并不旨在进行限制。例如，冷却管线可相对于熔融部分24定位，使得上面的材料熔融并调节容器温度(即，热量被吸收，并使容器冷却)。冷却管线的数量、定位和/或方向不应受到限制。当感应源26通电时，冷却液体或流体可被配置为在可熔性材料熔融期间流经所述一条或多条冷却管线。

材料在容器20中熔融之后，可使用柱塞14迫使熔融的材料从容器20进入模具16中以模塑成物件、部件或工件。在可熔性材料为合金(诸如无定形合金)的情况下，模具16被配置为形成模塑的块体无定形合金物件、部件或工件。模具16具有用于接收熔融的材料穿过其中的入口。容器20的输出端和模具16的入口可以成一直线(如，并位于水平轴线上)提供，使得柱塞杆14移动穿过容器20的主体，从而顶出熔融的材料并使其通过入口进入模具16中。

如先前所指出的那样，用于使材料(诸如金属或合金)模塑的系统(如注塑系统10)可在迫使熔融的材料进入模具或模腔时实施真空。注塑系统10还可包括至少一个被配置为向至少熔融区12和模具16施加真空压力的真空源或泵38。真空压力可施加于注塑系统10的至少用于熔融、移动或传送以及使其中的材料模塑的部件上。例如，在熔融和模塑过程中，容器20、传送套筒30和柱塞杆14可以全部处于真空压力下和/或被封闭在真空室中。

在一个实施例中，模具16为真空模具，该真空模具为被配置成在对材料进行模塑时调节其中的真空压力的封闭式结构。例如，在一个实施例中，真空模具16包括(分别)相对于彼此相邻定位的第一板40(也称为“A”模具或“A”板)和第二板42(也称为“B”模具或“B”板)。图4示出了根据一个实施例的与诸如图3所示的注塑系统10一起使用的示例性模具组件16(具有第一板40和第二板42)的剖视图。第一板40和第二板42通常各自具有分别与其相关联的用于模塑两者之间的熔化的材料的模具腔体44和模具腔体46。腔体44和腔体46被配置为通过从熔融区12推动材料穿过传送套筒30而对接收在其之间的熔融的材料进行模塑。模具腔体44和46可包括用于在其中形成和模塑部件的部件腔体。

通常，第一板(“A”板)可连接到传送套筒30上(参见图4)。根据一个实施例，在一个循环期间，柱塞杆14被配置为使熔融的材料从容器20穿过传送套筒30移动到模具16中。传送套筒30(本领域和本文中有时称为射料套筒、冷套筒或注入套筒)可在熔融区12与模具16之间提供。传送套筒30具有开口，该开口被配置为接收熔融的材料并允许熔融的材料穿过其中并传送到模具16中(使用柱塞14)。在图3所示的实施例中，它的开口在沿着水平轴线(如，X轴)的水平方向上提供。该开口也可在垂直轴线上提供(参见图11)。传送套筒不需要是冷室。在一个实施例中，至少柱塞杆14、容器20(如，其接收或熔融部分)以及传送套筒30的开口成一直线并在同一轴线上提供，使得柱塞杆14可以沿着所述轴线在一定方向上移动穿过容器20，以便将熔融的材料移动到传送套筒30的开口中(并随后穿过该开口)。

(如，沿水平方向)推动熔融的材料穿过传送套筒30并且经由(如，在第一板中的)入口进入介于第一板和第二板之间的一个或多个模具腔体44和模具腔体46中。在材料模塑期间，至少第一板40和第二板42被配置为使两者间的材料(如，无定形合金)基本上不暴露于至少氧气和氮气。具体地讲，施加真空，使得基本上排除板内和它们的腔体内的大气。使用经由真空管线连接的至少一个真空源38向真空模具16的内部施加真空。例如，在熔融和后续的模塑循环期间，系统上的真空压力或水平可以保持在1×10^-1至1×10^-4托之间。在另一个实施例中，在熔融和模塑过程期间，真空水平保持在1×10^-2至约1×10^-4托之间。当然，可使用其他压力水平或范围，诸如1×10^-9托至约1×10^-3托，和/或1×10^-3托至约0.1托。

板40和42被配置为相对于彼此移动，以便使板分离(用于插入可熔性材料和/或顶出模塑的部件)、或者使板连接以进行模塑。在一个实施例中，第二“B”板42移动远离第一“A”板40(如通过例如图4中的代表性箭头所示)。板40和板42可沿水平或垂直方向相对于彼此移动。例如，在模塑过程之后，将模塑的部件从一个或多个模具腔体44和46中去除。顶出机构(未示出)被配置为将模塑的(无定形合金)材料(或模塑的部件)从模具16的第一板和第二板之间的模具腔体顶出。顶出机构与致动机构(未示出)相关联或连接至所述致动机构，所述致动机构被配置为经致动以便顶出模塑的材料或部件(如，在第一部件和第二部件水平地且相对地远离彼此移动之后，在释放至少板之间的真空压力之后)。

然而，可在装置10中使用任何数量或类型的模具组件。例如，可在第一板和第二板之间和/或邻近于第一板和第二板提供任何数量的板以形成模具。称为“A”系列、“B”系列和/或“X”系列模具的模具(例如)可在注塑系统/装置10中实施。

如先前所述，系统10还包括用于将可熔性材料穿过模具16中的开口加载到熔融区12中的铸块加载机构或装置50。可将铸块加载装置50添加或装配到现有的注塑系统上和/或与其整合。也可将它装配到现有的模具和模具基座上。铸块加载装置50可以是机器人或其他设备的形式。铸块加载装置50被设计成用于注塑系统的循环重新加载的自动机构。它改进了块体金属工艺的整个注塑过程，例如，缩短了循环时间(从材料的插入到模塑产品的顶出)、降低了复杂性、提高了经济效益等，并可与线上系统一起使用。

出于说明的目的，参照水平轴线(例如，X轴)对本文所公开的加载装置50和注塑系统10的部件进行描述。然而，如下文所述，所述设备中的任何一个都可以定位在垂直轴线上(参见图11)。在本公开中，经由穿过系统10的一个或多个部件的路径加载待熔融的材料。例如，除了顶出模塑部件之外，板40和板42还可相对于彼此移动以将可熔性材料(如，铸块)插入熔融区12中。图5示出了模具组件16的第一“A”板40和熔融区12的透视图。如可通过图4的视图所见，注入/传送套筒30的至少一部分延伸穿过第一板40，使得熔化的材料可被柱塞推动并离开套筒30的末端48处的输出部分，随后进入模具16(介于腔体44和46之间)。该末端48还可用于将可熔性材料分配到熔融区12中。更具体地讲，根据一个实施例，可沿水平方向将材料(如，铸块)从注入系统10的模具侧插入，穿过模具16的第一板40的末端48，穿过传送套筒30(如果存在的话)，随后进入熔融区12(如，容器20)，使得材料可被熔融和模塑。

图6示出了铸块加载装置50的一个例子。铸块加载装置50包括保持器52或给料机构，其保持多个铸块并被配置成将合金铸块中的一个或多个分配到熔融区12中。铸块可以是圆柱体或其他挤出的几何形状固态预模塑物的形式。在一个实施例中，保持器52包括用于保持合金铸块的安装了电枢的仓。例如，铸块可以平行于彼此堆叠、在彼此顶部堆叠、或彼此相邻地堆叠。

铸块加载装置50包括与其相关联的致动或顶出机构54，该机构被配置为从保持器52分配所述合金铸块中的一个或多个。致动或顶出机构54可包括用于移动铸块的任何数量的设备。在一个实施例中，使用机械设备将铸块分配和移动到熔融区12中。例如，可使用电枢设备(类似柱塞)将铸块从保持器52移动穿过模具16并进入熔融区12。该设备可以是能伸缩的，或者可以使用允许设备满足开放式模具几何形状的有限跨度并同时能够延伸足够远(如，在X方向上)以便将一个或多个铸块递送到熔融区中的任何其他机构。在一个实施例中，顶出机构54包括可伸缩的气缸。

在另一个实施例中，空气(空气压力)自身可用作移动铸块的顶出机构。例如，可将软管定位为使得它的输出端位于分配铸块的位置处，并且设备可被配置成分配并施加一阵空气(如，压缩空气)以迫使铸块进入套筒30继而进入熔融区12中。在一些情况下，压力可被配置为使得每个铸块抵靠柱塞14(与熔融区12相邻地提供)的柱塞头与其靠近或在其上方定位。在一个实施例中，柱塞14的顶端可充当有助于将铸块定位在熔融区12中的止动机构。例如，柱塞14可定位成与熔融区12相邻(如，与容器20相邻)，使得如果用于将铸块插入或推动穿过模具16并进入熔融区12的力导致铸块以更快的速度移动或移动更大的距离，那么柱塞14的顶端便可以阻止铸块沿X方向移动，使得它定位于熔融区12中。

在另一个实施例中，可使用加载弹簧的锤或其他故障控制动作(trip-action)致动设备将铸块“踢”(迅速加速)出保持器，使其穿过模具16并进入熔融区12，在此处它可以抵靠在柱塞14上。

在一个实施例中，顶出机构54被配置成完全自动化的，使得在每次熔融和模塑过程开始之前它可被重新加载。在一个实施例中，可使用模具16的板40、42的致动或移动来启动和/或驱动将铸块加载装置50定位在其第一位置或第二位置。在一个实施例中，所述装置具有它自己的致动器，如通过步进马达、皮带、活塞等驱动的致动器。

要移动铸块加载装置50以使得它可以分配一个或多个铸块，保持器52应包括与其相关联的驱动机构。驱动机构(如图3示意性地示出)被配置为选择性地使保持器52的至少一部分在与模具中的开口(在末端48处)成一直线以便分配合金铸块中的一个或多个的第一位置与远离模具中的开口(远离末端48)的第二位置之间移动。例如，在一个实施例中，保持器52被配置为沿垂直方向相对于沿着模具中的开口中心的轴线在第一位置和第二位置之间移动(或通过驱动机构移动)。当熔融区12沿着例如水平轴线定位时，可将合金铸块中的一个或多个沿水平方向(如，沿着或平行于X轴的方向)穿过模具16而分配到熔融区12中。在一个实施例中，当远离分配移动至其第二位置时(如，以便该过程可以开始)，保持器被配置为沿垂直方向(如，向上和/或向下)相对于模具移动。在第二位置中，装置50保持在预备位置，使得当要分配下一个或多个铸块时，可以将它移动至其第一位置，成一直线并准备好将一个或多个铸块插入穿过模具16。

虽然铸块加载装置50的保持器可被配置为相对于模具16大致垂直地移动，但还应当理解，装置50和/或保持器52可被配置为另外沿与模具16平行的方向和/或相对于模具16成角度的方向移动，使得它可以被正确地对齐以便进行分配。例如，应当理解，可使用水平调整和/或垂直调整以使得保持器52与开口对齐并靠近(或较为远离)开口，从而使铸块可以穿过模具16顺畅地插入。

保持器52也可包括其他部件或设备。例如，在一个实施例中，加载每个铸块，使得其与模具16的第一“A”侧40的开口(即，传送套筒30的末端48中的开口)对齐，从而使所述铸块可沿水平方向分配和移动。可通过例如重力来实现每个铸块的对齐。当以仓状方式堆叠铸块时，例如，每个铸块可被配置为通过重力下降至进行分配的位置(如，基本上与穿过模具的路径对齐)。可使用其他设备(诸如斜槽或路径)辅助将铸块移动到模具16中。方法/设备的一些组合也是可行的。

应当指出，本文提及的铸块加载装置50的部件也可与图11所示的垂直系统一起使用。例如，根据一个实施例，注塑系统可包括沿着垂直轴线定位的熔融区，使得所述合金铸块中的一个或多个沿垂直方向分配到熔融区中。如图11所示，保持器被配置为相对于模具沿水平方向移动。通过这种方式，可以启动致动或顶出机构，使得一个或多个铸块可穿过传送套筒30的末端被分配到熔融区/容器中。在另一个实施例中，可使用重力将铸块分配到其中。例如，可使用重力将铸块卸下并向下分配到传送套筒30中，并通过柱塞头使其停留在熔融区12中。

如先前所述，图6中的铸块加载装置50和其保持器52的配置并不意味着局限于电枢和铸块仓。还设想了装置50的其他实施例。例如，在一个实施例中，装置50包括传送机给料系统，使得一个或多个铸块可在循环传送机(如，皮带或链条)上提供。每个铸块可在狭槽、开口或允许每个铸块沿着传送机分离并间隔开的区域中提供。例如，可沿着传送机使用临时性保持设备(诸如金属叉)。当传送机移动时，铸块也在移动。在分配位置处，铸块可下降至允许它移动穿过模具16(如，对齐以使得顶出机构54可以将其推送)或直接进入经由其穿过的路径的位置。

在另一个实施例中，不需要将铸块堆叠或对齐。例如，在一个实施例中，铸块在保持容器中提供，该容器被配置为(如，沿着滑道或斜槽向下)分配每个铸块，以便将其加载到注塑系统10中。再一次，铸块可下降至允许它移动穿过模具16(如，对齐以使得顶出机构54可以将其推送)或直接进入经由其穿过的路径的位置。

铸块加载装置50的其他设计可包括作为其顶出机构54的一部分的诸如可伸缩活塞或刚性支撑链的设备，所述设备被设计为适应模具两侧之间的空间，然而也将铸块推入熔融区12中。诸如顶出机构54的设备可被设计为经由杠杆机构推动以便将铸块推送到合适位置。更具体地讲，可以推动此类设备，使其延伸至模具16和套筒30的路径中，以便将铸块机械地推送到合适位置，并在插入铸块之后缩回。在一个实施例中，顶出机构54可被配置为相对于模具的开口和熔融区的轴线以一定角度转动。例如，可将链定位为相对于开口至少以90度转动一次，并仍可用于将一个或多个铸块推入熔融区12中。

在本文所述实施例的任何一个中，用于将铸块引入熔融区12中的设备被设计为足够紧凑，以便适配在打开的模具的区域(即，当第一侧40和第二侧42相对彼此远离移动时两者之间的空间)内。

此外，应当指出，设想在某些情况下，还可使用来自注塑系统10的设备来辅助一个或多个铸块的加载过程。例如，如果系统10包括如沿着与柱塞14的方向相反的方向从模具16一侧进入的第二柱塞，则第二柱塞可用作将一个或多个铸块推入熔融区12中的顶出机构(或注入机构)。

当然，还应当注意，铸块加载装置50的移动和定位也不受限制。虽然装置被描述为从注塑系统上方垂直地移动，但还设想在一些实施例中，铸块加载装置可被配置为通过(从上方)垂直向下移动、(从任一侧)水平移动、或甚至(从下方)垂直向上移动而移动成与模具16中的开口对齐。它还可以摆动到合适位置和/或相对于模具16沿不同的方向移动。

图7-10示出了使用铸块加载装置50的方法和它相对于模具16和水平定位在注塑系统(诸如系统10)中的熔融区12的一般运动。通常，该方法需要将一个或多个合金铸块从装置50的保持器52穿过其模具16中的开口加载到模塑机10的熔融区12中。然后可使用该机器使一个或多个合金铸块在它的熔融区12中熔融以形成熔融的合金。在某些情况下，可将模具16闭合(如，第一板40和第二板42相对于彼此移动至闭合位置)并在熔融前对系统的至少某些部分施加真空(使用真空泵38)。然后，将(由铸块熔融而得到的)熔融的合金引入模具16中以形成部件。

更具体地，可采用下列方式来操作注塑系统10和铸块加载装置50：将铸块形式的可熔性材料(如，无定形合金或BMG)加载到铸块加载装置50的保持器52中。在部件模塑期间，装置50位于其远离模具中的开口的第二位置，诸如图7中所示。具体地讲，图7示出了当通过将熔融的材料注入到模具16的腔体中而形成部件时，模具16的板40和42是如何(通过真空)密封的(装置50未示出)。此类注入过程可以例如花费大约1-3秒。一旦部件模塑(如，大约10至15秒)，并且在新的熔融和模塑过程开始之前，第二板42沿水平方向相对于第一板40远离第一板移动(参见箭头D)，并且(例如，从第二板42)顶模塑的部件。然后(例如，使用其驱动机构52)将铸块加载装置50从其第二位置在第一板40和第二板42之间向下移动至其第一位置(参见箭头E)，使得它的分配器/顶出机构54与模具16中的开口(传送套筒30的末端48)对齐，如图9所示。装置50的对齐可以包括垂直移动和水平移动。该过程可以例如花费大约1-3秒。然后，顶出机构54穿过模具16中的开口和套筒30(参见箭头F)分配一个或多个铸块，使得将它/它们插入并接收在容器20(由感应线圈26包围)中的熔融区12中。在某些情况下，可根据需要使用注塑机“喷嘴”冲程或柱塞14将材料对齐到容器20的熔融部分中。然后，如图10所示，铸块加载装置50远离模具16的开口垂直向上移动(参见箭头G)，并返回至其第二位置。在装置50移动时，第二板42相对于第一板40移动以将模具16闭合(参见箭头H)。系统随后读取另一个熔融和模塑循环以形成部件。

可利用真空源38将系统置于真空下，然后通过将感应线圈26加热而发生的感应过程将材料的一个或多个铸块加热。一旦温度达到并保持在使可熔性材料熔融的温度，便可停止使用感应线圈26加热，然后机器将通过使柱塞14在水平方向上(从右至左)沿着水平轴线移动而开始注入来自容器20的熔融的材料，使其穿过传送套筒30并进入真空模具16中。模具16被配置为通过入口(从套筒30的末端48)接收熔融的材料并被配置为使熔融的材料在真空下模塑。也就是说，将熔融的材料注入到所述至少第一板和第二板之间的腔体内以便在模具16中模塑部件。一旦模具腔体已开始填充，便可将真空压力(经由真空管线和真空源38)保持在给定压力以将熔融的材料“塞”入模具腔体内的剩余空隙区域中，并对材料进行模塑。模塑过程(如，大约10至15秒)之后，释放施加于模具16的真空压力。然后打开模具16以释放压力，使得部件暴露于大气环境以便顶出，以及将铸块加载装置50移动至对齐并将一个或多个铸块分配到熔融区12中。然后，可以再次开始该过程。

因此，本文所公开的实施例示出了具有与其相关联的铸块加载装置的示例性注入系统，所述铸块加载装置用于将铸块自动加载和分配到熔融区中，使得可使用模具周期性地形成部件。例如，加载装置可保持无定形合金铸块，并且可使用该系统来形成包含块体无定形合金的部件。

本文所描述的铸块加载装置提供了若干有益效果和优点，包括但不限于：由于不需要在沿着设备镗孔的任何位置处具有铸块加载料口(如在常规系统中所见)，从而简化了注塑机/系统的设计。这继而减少了焊接点、O形环、卡圈、顶盖和其他可能的气体泄漏点的数量。当该过程在真空下进行时，由于将发生诸如泄漏的可能问题的位点减至最少，这进一步消除了来自空气的污染物到达熔融的材料的可能性。

这还将系统的成本降至最低，因为系统的复杂度较低。移除铸块加载料口还减小了系统中需要抽空的室(例如，熔融区中的室、传送套筒和模具腔体)的尺寸和总体积。继而，由于真空密封(抽空)较小的室更为迅速，故还缩短了注入周期的长度，从而缩短了周期时间和/或将周期时间降到最低程度。

铸块加载装置还缩短了给定机器所需的柱塞杆的总长度，因为不需要柱塞杆在感应加热线圈区域外部行进任何距离就能够实现加载铸块的目的。通常，柱塞杆以一定的长度形成，该长度允许其远离熔融区倒退，同时其柱塞头位于熔融区/线圈外部，使得可以将铸块加载到熔融区/容器中。于是形成的柱塞的长度相当长，与机器本身的长度一样。然而，因为去掉了铸块加载料口/区域，柱塞杆不需要撤回那么远，因此其长度可以缩短。此外，可以缩短系统本身的一些长度，这对于空间而言也是有利的。因为在熔融和模塑的过程中通常还需要对柱塞14的整个长度进行加压，所以还可以对系统10施加更高的真空压力；因此，在常规系统中用于施加真空的体积较大。然而，由于至少将柱塞14的长度缩短，所以施加了更好的真空密封。

另外，铸块加载装置50可将执行熔融的区域(位于熔融区12中的容器20上)与形成模塑部件的一个或多个腔体(在模具16中)之间的距离减到最小。例如，如通过图12中的模具和熔融区的视图所示，腔体和熔融区相隔距离D来定位。当使用铸块加载装置(诸如装置50)时，该距离D可以减小(如，通过减小传送套筒30和/或容器20的长度)。这是有益的，因为通过减小距离D，熔融的材料在熔点与注入到模具腔体之间移动和/或行进的长度得以减小。随后，在熔融完成与部件被铸造出来的时间点之间流逝的时间量得以减小。减小熔融与模塑之间的时间量对于熔融的材料(诸如无定形合金)而言是有益的，因为它们具备无定形特性。通过减小此类熔融的材料的淬火时间量，获得了质量更佳的模塑无定形部件。

根据另一个实施例，应当理解，用于对齐和分配铸块的位置应不受限制。例如，虽然图中示出了铸块加载装置50与模具的第一侧40对齐，使得铸块可以移动穿过传送套筒30的末端48并进入熔融区12中，但应当理解，铸块加载装置50也可以被配置为与模具16的第二侧42中的开口对齐。也就是说，模具的第二侧42可以具有允许将材料穿过其中插入熔融区12的开口。因此，应当理解，铸块加载装置50可被配置为从模具的任一侧(取决于与其一起使用的模塑/铸造机的构型)来分配合金铸块中的一个或多个。

铸块加载装置50还可包括控制机构、致动器和/或与其相关联的传感器以辅助进行设备的自动控制(对齐、分配)。例如，当注塑系统10准备好打开模具时，可以向装置50发送移动至其第一位置(如，从系统10开始，通过传感器发送)的信号。因此，铸块加载装置50的参数可以基于与其相关联的注塑系统10。例如，根据模具16的第一板40和第二板42相对于彼此移动的参数(例如(移动—打开和闭合)速度、时间(例如模具16在打开之前等待多长时间和保持打开多长时间)，等等)，也可设定铸块加载机构的参数(例如(在第一位置和第二位置之间移动的)速度、时间(例如，在分配之前等待多长时间和/或分配所用的时间)，等等)。可使用传感器(诸如光闸、激光器(IR)或机械开关)来确定和/或证实铸块加载装置50延伸进模具16中(例如，介于模具的两个半块之间)是安全的，以及移出的时间。可提供将信号从注塑系统10传送至铸块加载装置50的接口盒，并控制铸块加载装置50的不同部件并向它们施加动力。

另外，可使用一个或多个传感器来证实铸块加载装置50的输出端与模具16中的开口已机械对齐。例如，可在顶出机构54附近的保持器52的末端处提供传感器(如，红外传感器)或检测器以确定是否与模具16对齐。一个或多个传感器还可以用作例如避免设备损坏和/或碰撞的安全措施。

此外，任何软件或固件都可与铸块加载装置50一起使用。

除了本文所述的特征之外，应当理解，本文提及的尺寸、构造和材料不应受到限制。可以用不同的材料和/或构造形成不同的部件。

尽管未详细描述，但本文所公开的注入系统可包括附加的部件，包括但不限于一个或多个传感器、流量计等(如，用于监测温度、冷却水流等)和/或一个或多个控制器。此外，密封件可与任何数量的部件一起提供或相邻提供，以便在处于真空压力下熔融和形成熔融的材料的部件期间提供辅助以基本上限制或消除空气的显著暴露或泄漏。例如，密封件可为O形环的形式。密封件被定义为可由任何材料制成并阻止材料(诸如空气)在其所密封的部件之间移动的设备。注入系统可执行不仅是使用铸块加载装置/机构插入其中的可熔性材料(铸块)的自动或半自动过程，而且还执行施加真空、加热、注入和模塑材料以形成部件的过程。

待使用如本文所公开的注入系统的任何实施例模塑(和/或熔融)的材料可包括多种材料并且不应受到限制。在一个实施例中，待模塑的材料为无定形合金，如上文所详述。

虽然在上文阐述的示例性实施例中已明确了本发明的原理，但将对于本领域的技术人员而言显而易见的是，可对本发明的实践中使用的结构、布置、比例、元件、材料和组件进行各种修改。

应当理解，可将上文所公开的以及其他的特征和功能中的多者或它们的替代形式根据需要组合成多种其他不同的系统/设备或应用。本领域的技术人员可随后于其中进行各种目前未预见或未预料的替代、修改、变型或改进，这些替代、修改、变型或改进也意在由以下权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种用于将合金铸块加载到模塑机中的装置，所述模塑机包括相对于彼此水平地设置的熔融区和模具，所述装置包括：

保持器，所述保持器被配置为将合金铸块保持在主体中并被配置为将至少一个合金铸块从所述主体穿过模具中的开口分配并进入到所述熔融区中；

驱动机构，所述驱动机构被配置为选择性地使所述保持器的至少一部分在第一位置和第二位置之间移动，其中：

在第一位置，所述保持器与所述模具中的所述开口成一直线以便将所述至少一个合金铸块分配到所述熔融区中；以及

在第二位置，所述保持器远离所述模具中的所述开口；和

致动机构，所述致动机构被配置为从所述主体分配所述至少一个合金铸块并使所分配的所述至少一个合金铸块移动穿过所述模具并进入所述熔融区中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述保持器被配置为相对于沿着所述模具中的所述开口的中心的轴线在所述第一位置和所述第二位置之间沿垂直方向移动。

3.根据权利要求2所述的装置，其中沿水平方向从所述保持器分配所述至少一个合金铸块，并且其中所述保持器被配置为相对于所述模具沿垂直方向移动。

4.根据权利要求1所述的装置，其中通过所述致动机构从所述保持器移动所述至少一个合金铸块是穿过所述模具中的所述开口沿水平方向进行的。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述致动机构为电枢设备或压缩空气。

6.一种使用铸块加载装置和模塑机形成包含块体无定形合金的部件的方法，所述模塑机包括相对于彼此水平地设置的熔融区和模具，所述铸块加载装置包括：

保持器，所述保持器被配置为保持多个合金铸块并被配置为将所述多个合金铸块中的至少一个合金铸块分配到所述模塑机的所述熔融区中；

驱动机构，所述驱动机构被配置为选择性地使所述保持器的至少一部分在与所述模具中的开口成一直线以便分配所述至少一个合金铸块的第一位置与远离所述模具中的所述开口的第二位置之间移动；以及

致动机构，所述致动机构被配置为使所述至少一个合金铸块从主体移动并穿过所述模具且进入所述熔融区中；

所述方法包括：

通过所述驱动机构将所述保持器移动至所述第一位置中以将所述至少一个合金铸块加载到所述熔融区中；

使用所述致动机构将所述至少一个合金铸块从所述保持器穿过所述模具中的开口加载到所述熔融区中；

使所述熔融区中的所述至少一个合金铸块熔融以形成熔融的合金；以及

将所述熔融的合金引入所述模具中以形成所述包含块体无定形合金的部件。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

所述保持器被配置为相对于沿着所述模具中的所述开口的中心的轴线在所述第一位置和所述第二位置之间沿垂直方向移动；并且

将所述保持器移动至所述第一位置中的操作包括相对于沿着所述开口的中心的轴线沿垂直方向移动所述保持器。

8.根据权利要求7所述的方法，其中移动所述保持器的操作包括相对于所述模具沿垂直方向移动所述保持器。

9.根据权利要求7所述的方法，其中移动所述保持器的操作包括相对于所述模具沿水平方向移动所述保持器。

10.根据权利要求6所述的方法，其中将所述至少一个合金铸块从所述保持器加载到所述熔融区中的操作是穿过所述模具中的所述开口沿水平方向进行的。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述致动机构为电枢设备或压缩空气。

12.一种注塑系统，包括：

被配置为使可熔性材料熔融的熔融区；

被配置为接收来自所述熔融区的熔融的材料以便模塑为部件的模具，以及

用于将所述可熔性材料穿过所述模具中的开口加载到所述熔融区中的装置，所述装置包括：

保持器，所述保持器被配置为保持多个合金铸块；

致动机构，所述致动机构被配置为分配至少一个合金铸块并使所分配的所述至少一个合金铸块移动穿过所述模具并进入所述熔融区中；以及

驱动机构，所述驱动机构被配置为选择性地使所述装置在与所述模具中的所述开口成一直线以便分配所述至少一个合金铸块的第一位置与远离所述模具中的所述开口的第二位置之间移动。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述装置被配置为相对于沿着所述模具中的所述开口的中心的轴线在所述第一位置和所述第二位置之间沿垂直方向移动。

14.根据权利要求13所述的系统，其中：

沿水平方向从所述保持器分配所述至少一个合金铸块；并且

所述装置被配置为相对于所述模具沿垂直方向移动。

15.根据权利要求12所述的系统，其中通过所述致动机构从所述保持器移动所述至少一个合金铸块是穿过所述模具中的所述开口沿水平方向进行的。

16.根据权利要求12所述的系统，还包括定位在所述熔融区中的感应源，所述感应源被配置为使所述可熔性材料熔融。

17.根据权利要求12所述的系统，还包括至少一个真空源，所述至少一个真空源被配置为向至少所述熔融区和所述模具施加真空压力。

18.根据权利要求12所述的系统，其中所述致动机构为电枢设备或压缩空气。