CN107983927B - 一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置及其方法，所述装置包括铜基非晶合金上引杆和T2紫铜水冷上引凝固器，所述T2紫铜水冷上引凝固器包括法兰盖、密封圈、T2紫铜冷却管、水冷套和卡板，所述方法包括：步骤一、采用Ar气氛围保护非真空半封闭式单溶沟双体电磁炉对铜基非晶合金的各成分组元进行熔炼；步骤二、待液态合金保温结束后，在上引的过程中对处于半固态的铜基非晶合金进行半固态处理；步骤三、通过该装置对铜基非晶合金进行快速冷却、凝固。本发明实现了铜基非晶合金的连续性快速凝固，极大的降低了铜基非晶合金的制造难度，实现了铜基非晶合金的连续性制造，满足了铜基非晶合金的铸造工艺适用于现代工业大规模制造的发展需求。

Description

一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置及其方法。
背景技术
铜基非晶合金相较于传统的铜及其合金具有诸多优异性能，如高硬度、高强度、、高导电性、强耐蚀性等，因为该类合金具有液态金属原子无序排列的结构特性，不存在晶体结构，因此非晶合金的结构缺陷通常只限制在几个原子尺寸范围内，不会像晶体金属材料那样当外力足够大时优先于某个特定的晶界、晶面进行滑移。基于非晶合金的这一特性，其力学性能、电学性能和化学性能表现的十分优异，广泛应用于超导材料、半导体材料的制造。
虽然铜基非晶合金广泛应用于高端制造行业，但在诸多的民用领域还存在诸多空白，究其原因，其技术开发难点主要集中在：（1）由于铜基非晶在制造的过程中，需要极高的冷却速率，对铸造设备要求极高；（2）目前，制造非晶合金的方法主要采用真空熔炼-铸造，此类较为复杂工艺条件下制备的铜基非晶合金的尺寸太小，极大地限制了其大规模工业化应用。
如申请号为200510043708.6的中国发明申请介绍了基于Cu、Pr、Al三种金属元素开发的铜基非晶合金Cu50Pr30Al20或Cu60Pr30Al10，该发明申请所采用的工艺方法是：采用高纯Ar气保护氛围真空电弧熔炼，通过甩带工艺制备非晶薄带，该工艺条件制备的铜基非晶合金极易发生晶化转变，导致产品的最终性能波动较大。
又如申请号为201410133026.3的中国发明专利申请介绍了一种铜基非晶合金及其制备方法，该发明申请基于Cu、Ti、Zr、Ni四种金属元素合金化作用，利用真空压铸工艺开发了Cu-Ti-Zr-Ni铜基非晶合金，该工艺条件下无法实现铜基非晶合金部件任意大小的生产。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足和缺点，提供了一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置及其方法，具有生产的产品性能稳定、易于实现连续性生产、防止合金元素散失、非晶成形性优异等优点。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置，所述一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置包括铜基非晶合金上引杆和T2紫铜水冷上引凝固器，所述T2紫铜水冷上引凝固器包括法兰盖、密封圈、T2紫铜冷却管、水冷套和卡板。
进一步地，所述T2紫铜冷却管包覆在铜基非晶合金上引杆周围，所述法兰盖对所述T2紫铜冷却管和所述水冷套进行衔接并固定，所述密封圈对衔接部位进行密封，所述卡板对所述密封圈进行固定。
本发明还提供了一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固方法：
步骤一、采用Ar气氛围保护非真空半封闭式单溶沟双体电磁炉对铜基非晶合金的各成分组元进行熔炼，并保温一段时间；
步骤二、待液态合金保温结束后，在上引的过程中对处于半固态的铜基非晶合金进行半固态处理；
步骤三、待液态合金经在线熔体半固态处理结束后，使用上述铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置，将处于半固态的铜基非晶合金继续上引至T2紫铜水冷上引凝固器内，并通过该装置对铜基非晶合金进行快速冷却、凝固，再通过牵引轮将铜基非晶合金上引铸造杆牵引出。
进一步地，步骤一中铜基非晶合金的熔炼是在Ar气氛围保护中进行的，其中Ar气的流量为20L/min，待各组元合金元素完全熔化后，保温10min，保温温度保持在纯铜液相线以上1℃左右。
进一步地，步骤二中利用虹吸原理通过所述石墨吸管对所述熔池中的液态铜基非晶合金进行上引，所述石墨吸管采取从侧面进液的方式对其进行上引，对液态铜基非晶合金的上引流动进行过滤。
进一步地，步骤三中向T2紫铜水冷凝固器中通入的循环液态水初始温度保持在15℃以下，循环水的流速为10L/min。
步骤一中铜基非晶合金的熔炼是在Ar气氛围保护中进行的，其中Ar气的流量为20L/min，待各组元合金元素完全熔化后，保温10min，保温温度保持在纯铜液相线以上1℃左右。
步骤二中利用虹吸原理通过所述石墨吸管对所述熔池中的液态铜基非晶合金进行上引，在这一过程中为防止熔池底部沉积的炉渣进入到石墨吸管内，所述石墨吸管采取从侧面进液的方式对其进行上引，对液态铜基非晶合金的上引流动起到了一定的过滤作用。
步骤三中所采用的装置为T2紫铜水冷上引凝固器，所述T2紫铜水冷上引凝固器包含内置T2紫铜铜管通道、冷却水套、法兰盖、密封圈和卡板。由于紫铜的导热性能优异，在快速冷却且相对运动的环境中不会与铜合金发生焊合。另外，为保证液态铜合金的快速冷却要求，要求向T2紫铜水冷凝固器装置中通入的循环液态水初始温度保持在15℃以下（温度越低，凝固效果越好），循环水的流速为10L/min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
采用了全新设计开发的T2紫铜水冷上引凝固器，达到了铜基非晶合金极高的凝固冷却速率要求，保证了合金的液态结构在凝固后仍然保存了下来，实现了铜基非晶合金的连续性快速凝固。本发明所使用的铜基非晶合金的快速冷却、凝固方法，极大的降低了铜基非晶的制造难度，实现了铜基非晶合金的连续性制造，满足了铜基非晶合金的铸造工艺适用于现代工业大规模制造的发展需求。
附图说明
图1为本发明一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置的实施例结构示意图。
其中：
法兰盖1
密封圈2
T2紫铜冷却管3
铜基非晶合金上引杆4
水冷套5
卡板6。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置，包括铜基非晶合金上引杆4和T2紫铜水冷上引凝固器，所述T2紫铜水冷上引凝固器包括法兰盖1、密封圈2、T2紫铜冷却管3、水冷套5和卡板6。
本实施例中的一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固方法，它包含以下步骤：
步骤一、采用Ar气氛围保护非真空半封闭式单溶沟双体电磁炉对铜基非晶合金的各成分组元进行熔炼，并保温一段时间，其中Ar气的流量为20L/min，待各组元合金元素完全熔化后，保温10min，保温温度保持在纯铜液相线以上1℃左右。；
步骤二、待液态合金保温结束后，在上引的过程中对处于半固态的铜基非晶合金进行半固态处理，利用虹吸原理通过石墨吸管对所述熔池中的液态铜基非晶合金进行上引，在这一过程中为防止熔池底部沉积的炉渣进入到石墨吸管内，所述石墨吸管采取从侧面进液的方式对其进行上引，对液态铜基非晶合金的上引流动起到了一定的过滤作用；
步骤三、待液态合金经在线熔体半固态处理结束后，将处于半固态的铜基非晶合金继续上引至T2紫铜水冷上引凝固器中的T2紫铜冷却管3内，利用所述水冷套5对处于半固态的铜基非晶合金进行快速降温，利用所述法兰盖1对所述T2紫铜冷却管3和所述水冷套5进行衔接并固定，利用所述密封圈2对衔接部位进行密封，利用所述卡板6对所述密封圈2进行固定。最终，通过所述T2紫铜水冷上引凝固器对铜基非晶合金进行快速冷却、凝固，再通过牵引轮将铜基非晶合金上引铸造杆牵引出。为保证液态铜合金的快速冷却要求，要求向T2紫铜水冷凝固器装置中通入的循环液态水初始温度保持在15℃以下（温度越低，凝固效果越好），循环水的流速为10L/min。
实施例采用了全新设计开发的T2紫铜水冷上引凝固器，达到了铜基非晶合金极高的凝固冷却速率要求，保证了合金的液态结构在凝固后仍然保存了下来，实现了铜基非晶合金的连续性快速凝固。本发明所使用的铜基非晶合金的快速冷却、凝固方法，极大的降低了铜基非晶的制造难度，实现了铜基非晶合金的连续性制造，满足了铜基非晶合金的铸造工艺适用于现代工业大规模制造的发展需求
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固方法，其特征在于：
步骤一、采用Ar气氛围保护非真空半封闭式单溶沟双体电磁炉对铜基非晶合金的各成分组元进行熔炼，并保温一段时间；
步骤二、待液态合金保温结束后，在上引的过程中对处于半固态的铜基非晶合金进行半固态处理；
步骤三、待液态合金经在线熔体半固态处理结束后，使用铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置，将处于半固态的铜基非晶合金继续上引至T2紫铜水冷上引凝固器内，并通过该装置对铜基非晶合金进行快速冷却、凝固，再通过牵引轮将铜基非晶合金上引铸造杆牵引出；
所述铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固装置包括铜基非晶合金上引杆（4）和T2紫铜水冷上引凝固器，所述T2紫铜水冷上引凝固器包括法兰盖（1）、密封圈（2）、T2紫铜冷却管（3）、水冷套（5）和卡板（6）；
所述T2紫铜冷却管（3）包覆在铜基非晶合金上引杆（4）周围，所述法兰盖（1）对所述T2紫铜冷却管（3）和所述水冷套（5）进行衔接并固定，所述密封圈（2）对衔接部位进行密封，所述卡板（6）对所述密封圈（2）进行固定。
2.根据权利要求1所述的一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固方法，其特征在于：步骤一中铜基非晶合金的熔炼是在Ar气氛围保护中进行的，其中Ar气的流量为20L/min，待各组元合金元素完全熔化后，保温10min，保温温度保持在纯铜液相线以上1℃。
3.根据权利要求1所述的一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固方法，其特征在于：步骤二中通过石墨吸管对熔池中的液态铜基非晶合金进行上引，所述石墨吸管采取从侧面进液的方式对其进行上引。
4.根据权利要求1所述的一种铜基非晶合金连续性快速冷却、凝固方法，其特征在于：步骤三中向T2紫铜水冷凝固器中通入的循环液态水初始温度保持在15℃以下，循环水的流速为10L/min。
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