CN108372278A - 可控直径与壁厚的合金管材的制备方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供可控直径与壁厚的合金管材的制备方法和装置。所述制备装置包括液态合金熔体发生单元、模具和管材成型部件，所述模具设有模腔，所述管材成型部件置于所述模腔中以使所述管材成型部件的外表面与所述模具的内表面之间形成用于制备合金管材的空腔，所述液态合金熔体发生单元可向所述空腔提供液态合金熔体以制备合金管材，所述模具的内表面和/或所述管材成型部件的外表面可粘附所述液态合金熔体。所述方法包括：向所述空腔提供液态合金熔体以制备合金管材；将所述合金管材从所述模具中分离。本发明可制成内径与壁厚均可控且均匀的合金管材，特别是非晶合金管材。

Description

可控直径与壁厚的合金管材的制备方法和装置

技术领域

本发明涉及合金管材技术领域，特别涉及可控直径与壁厚的合金管材的制备方法和装置。

背景技术

合金管材，特别是非晶合金管材，由于其具有高强度、高硬度、高的弹性极限和优异的耐腐蚀性能等优点，在工程上有重要的用途。由于一些合金材料特别是非晶合金材料的物理属性，其管材的制作有特殊的困难或受到特别的限制。

如图1所示，是现有技术中的一种合金管材特别是非晶合金管材铸造方案，其中，熔融的合金熔体12被放置在一个石英容器11里。石英容器11的下端有一个熔体出口13。熔体出口13的口径足够小，使得表面张力的作用足以阻止液态合金12从熔体出口13流出；对于大多数合金，能满足这样条件的表面张力条件的出口13的口径小于约3mm。借助适当的气动装置给石英容器11中的合金熔体12施加压力(图1中用箭头P表示)，迫使一部分液态合金熔体16克服熔体出口13处的表面张力而排出到容器11之外，并在压力作用P导致的冲力和/或重力的作用之下下落到熔体出口13下方的一个模具14的模腔15里。

如果模腔15的口径相对于液态合金熔体16的尺寸足够地小，则落入模腔15的液态合金熔体16会与模腔15的壁相接触，并在压力P导致的冲力和/或重力的作用下在模腔15里继续向下流动。由于模具14是常温的并可由诸如铜等导热材料制成，在液态合金熔体16的下落过程里，液态合金熔体16与模腔15的壁相接触的部分会被冷却，而液态合金熔体16不与模腔15的壁接触的中间部分则继续下落，如此形成了附在模腔壁上的连续的一层冷凝的固体合金，从而形成了成型的合金管材，而多余的液态合金熔体16则从模腔15的下端掉落出去。

这种铸造方法是一些合金管材尤其是非晶合金管材的一种实用的制作方法。但该方法仍有提升的空间：

该方法制备管材需要比实际用料多一些的合金原料，剩余的液态合金熔体16则从模腔15的下端掉落出去，造成合金原料的浪费，特别对于非晶合金管材的制备，其原料昂贵、制备不易且重复利用对非晶合金管材的成型有一定的影响；

另外，该方法所能制成的管材内径不可控且内径管壁上下粗细不均；所能制成的管材外径不能太大，否则液态合金熔体16无法与模腔15的壁接触，无法形成连续大外径的合金管材特别是非晶合金管材。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明人进行了深入的研究和探索，并提出了新颖而卓越的解决方案，克服了现有技术的上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

在一方面，本发明提供可控直径与壁厚的合金管材的制备装置，所述制备装置包括液态合金熔体发生单元、模具和管材成型部件，所述模具设有模腔，所述管材成型部件置于所述模腔中以使所述管材成型部件的外表面与所述模具的内表面之间形成用于制备合金管材的空腔，所述液态合金熔体发生单元可向所述空腔提供液态合金熔体以制备合金管材，所述模具的内表面和/或所述管材成型部件的外表面可粘附所述液态合金熔体。

在一些优选的实施方式中，所述管材成型部件的上部设有导流部，所述导流部可对所述液态合金熔体发生单元提供的液态合金熔体进行导流以使所述液态合金熔体在所述空腔中向四周流动。

在进一步优选的实施方式中，所述导流部的形状包括锥状、圆台状和圆顶状。

在一些优选的实施方式中，所述模具还设有内芯，所述管材成型部件套在所述内芯上。

在一些优选的实施方式中，所述内芯的外表面设有脱模剂，所述脱模剂的有效成分包括如下的至少一者：氮化硅、氮化硼、有机硅油。

在一些优选的实施方式中，所述管材成型部件的具体类型包括管套、棒和杆，所述管套的具体类型包括石英管套和陶瓷管套。

在一些优选的实施方式中，所述液态合金熔体发生单元提供的液态合金熔体是液态非晶合金熔体。

在另一方面，本发明还提供可控直径与壁厚的合金管材的制备方法：

使用一模具和一管材成型部件，所述模具设有模腔，所述管材成型部件置于所述模腔中以使所述管材成型部件的外表面与所述模具的内表面之间形成用于制备合金管材的空腔，所述模具的内表面和/或所述管材成型部件的外表面可粘附液态合金熔体；

向所述空腔提供液态合金熔体以制备合金管材；

将所述合金管材从所述模具中分离。

在一些优选的实施方式中，所述管材成型部件的上部设有导流部，所述导流部可对液态合金熔体进行导流以使所述液态合金熔体在所述空腔中向四周流动；

去除所述合金管材的上部。

在一些优选的实施方式中，所述模具还设有内芯，所述管材成型部件套在所述内芯上，所述管材成型部件由耐热型易被破坏或易于与合金管材分离的材料制成；

破坏所述管材成型部件或者使所述合金管材与所述管材成型部件分离以获得合金管材。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

由于管材成型部件置于模腔中，管材成型部件的外表面与模具的内表面之间形成用于制备合金管材的空腔，这样形成的空腔的形状与后续制备成的合金管材的形状是相近的，液态合金熔体发生单元提供的液态合金熔体都在空腔中流动，可以制备更长的管材，充分利用了原料，具有节约原料的优点。通过改变管材成型部件的外表面的大小，可以控制制备的合金管材的内径和壁厚。液态合金熔体是在管材成型部件的外表面与模具的内表面之间的，可保持制备的合金管材的壁厚均匀，也可制备大外径的合金管材。

在优选的实施方式中，本发明还具有如下有益效果：

进一步地，管材成型部件的上部设有导流部，可对落入模腔的液态合金熔体进行向四周分流，进一步有助于制备大外径的合金管材。

附图说明

图1为现有技术的制备装置的结构示意图；

图2为本发明的可控直径与壁厚的合金管材的制备装置的结构示意图；

图3为本发明的制备装置的使用状态示意图；

图4为本发明的第一对模和第二对模的结构示意图；

图5为本发明的管材成型部件的结构示意图；

图6为本发明的底座和内芯的结构示意图；

图7为本发明的制备装置的一种变型方式的结构示意图；

图8为本发明的液态合金熔体发生单元的一种变型方式的结构示意图；

图9为本发明的液态合金熔体发生单元的另一种变型方式的结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参考图2，可控直径与壁厚的合金管材的制备装置包括液态合金熔体发生单元1、模具14和管材成型部件3。

模具14设有模腔15，模腔15也就是模具14的腔体；具体的，参考图4，模具14包括第一对模21和第二对模22，其中，第一对模21和第二对模22均设有四个用于安装的对模孔210，对模孔210的数量还可根据需要设置，可用螺栓与对模孔210配合从而紧固连接第一对模21和第二对模22，第一对模21与第二对模22连接形成模腔15。示例的，模腔15的内径为5mm，当然，根据实际需要可以设置其它大小的内径。

参考图2，管材成型部件3置于模腔15中，使得管材成型部件3的外表面301与模具14的内表面201之间形成用于制备合金管材的空腔100。具体的，管材成型部件3由耐热型易被破坏或易于与合金管材分离的材料制成，具体类型是管套，优选为石英管套，石英管套的外径可控；当然，不严格要求管材成型部件3合金管材的分离时，管材成型部件3也可用其它材料制成，比如铜或铝等导热材料。示例的，石英管套的外径3mm，当然，根据实际需要可以设置其它大小的内径。

液态合金熔体发生单元1可向空腔100提供液态合金熔体16以制备合金管材。具体的，参考图2，液态合金熔体发生单元1为提供液态合金熔体的设备，液态合金熔体发生单元1包括盛放液态合金熔体的容器11、用于给液态合金熔体施加压力的压力单元17，容器11的下端设有出口13，出口13的口径使得表面张力的作用足以阻止液态合金熔体的下落，对于大多数合金，能满足这样条件的表面张力条件的出口13的口径小于约3mm。容器11可以是石英容器。

参考图2，模具14的内表面201和管材成型部件3的外表面301均可粘附液态合金熔体16，这样制备的合金管材的内壁和外壁更平坦。具体的，模具14可由诸如铜等导热材料制成，管材成型部件3为石英套管。

下面对本发明的制备装置的工作原理以及合金管材的制备方法进行说明：

本发明的制备方法可使用本发明的制备装置。参考图3，将非晶合金原材料放置在由石英制成的容器11里，使模具14置于盛放液态合金熔体的容器11的出口13的下方，并使管材成型部件3也即石英套管的上部对着出口13，且距离足够小。

参考图3，向空腔100提供液态合金熔体16以制备合金管材。具体的，利用线圈感应加热使容器11里面的非晶合金原材料熔化，当然，如果非晶合金原材料本来就是液态的则可不再加热；通过借助压力单元17给容器11中的液态合金熔体16施加压力P，使至少一部分液态合金熔体16克服出口13处的表面张力而被排出到容器11之外，并在压力P导致的冲力和/或重力的作用之下下落到出口13下方的空腔100里，液态合金熔体16可沿着管材成型部件3的外表面301和模具14的内表面201流动，由于模具14是常温或者是物理降温的并可由诸如铜等导热材料制成，在液态合金熔体16下落的过程里，液态合金熔体16与模具14相接触被快速冷却，从而形成可控内径和壁厚且均匀的合金管材18。

将合金管材18从模具14中分离。具体的，将模具14拆卸，取出合金管材18，然后使合金管材18脱离管材成型部件3。

根据上述可知，由于管材成型部件3置于模腔15中，管材成型部件3的外表面301与模具14的内表面201之间形成用于制备合金管材18的空腔100，这样形成的空腔100的形状与后续制备成的合金管材18的形状是相近的，液态合金熔体发生单元1提供的液态合金熔体16都在空腔100中流动，可以制备更长的合金管材，充分利用了原料，具有节约原料的优点。通过改变管材成型部件3的外表面的大小，也即改变石英管套的外径，可以控制制备的合金管材18的内径和壁厚。液态合金熔体16是在管材成型部件3的外表面301与模具14的内表面201之间的，可保持制备的合金管材18的壁厚均匀，也可制备大外径的合金管材18。

以上对本发明作了说明，但本发明还可以有一些变型方式，比如：

管材成型部件3的具体类型还可以是棒或者杆；

管套还可以采用陶瓷管套；

参考图8，液态合金熔体发生单元1还可以是提供液态合金熔体的冶炼器1A，冶炼器1A包括用于将固态合金熔化成液体的熔化单元1A1以及使液态合金熔体滴落的滴落单元1A2，熔化单元1A1包括用于放置合金原材料的器皿1A11和熔化合金原材料的加热组件1A12，滴落单元1A2可以是脉冲气压组件；

参考图9，液态合金熔体发生单元1还可以是电磁悬浮冶炼器1B，其包括高频感应发生器1B1和与高频感应发生器1B1连接的电磁悬浮线圈1B2，电磁悬浮线圈1B2设置在空腔100的上方，使用时，向电磁悬浮线圈1B2中添加固态合金原材料，在高频感应发生器1B1产生的高频交变电磁场的作用下，固态合金熔化成熔融态，当高频交变电磁场撤除后，熔融态合金在重力的作用下滴落到空腔100中；

模具14的内表面201或管材成型部件3的外表面301可粘附液态合金熔体16，比如：模具14的内表面201设有导热材料，或者管材成型部件3的外表面301设有导热材料，或者管材成型部件3由导热材料制成。

以下对本发明作进一步的说明：

参考5和图7，管材成型部件3的上部设有导流部31，导流部31可对液态合金熔体发生单元1提供的液态合金熔体16进行导流以使液态合金熔体16在空腔100中向四周流动。导流部31的形状为锥状。

参考图7，在制备合金管材时，使管材成型部件3的锥状导流部31对准出口13，管材成型部件3的锥状尖头的作用在于使得液态合金熔体16下落时均匀向四周分流，并在压力P导致的冲力和/或重力的作用之下在空腔100里继续向下流动，可以更快地使更多的液态合金熔体16流到空腔100里，进一步有助于制备大外径的合金管材，以及有利于制备较长的合金管材。

在空腔100里的液态合金熔体16冷却形成合金管材18后，将合金管材18从模具14中分离，然后去除合金管材18的上部锥状部分以获得形状规则的合金管材。

当然，导流部31的形状还可以为圆台状或者圆顶状，可根据需要设计。

以下对本发明作进一步的说明：

参考图6和图7，模具14还设有内芯23，管材成型部件3套在内芯23上。具体的，内芯23为柱状的，管材成型部件3的内径吻合柱状内芯23。示例的，内芯23直径为2mm。

为固定内芯23，模具14还设有底座24，内芯23安装在底座24上，第一对模21和第二对模22也安装在底座上。具体的，参考图6，底座24的上表面241设有出气小孔2401以及用于固定上模也即第一对模21和第二对模22的安装孔240。

在制备合金管材时，使内芯23的外表面均匀涂上脱模剂以便于后续脱模，可涂覆氮化硼涂料，然后套上外径为3mm的石英管套。脱模剂的选择原则是不能与模具14和管材成型部件3参与反应，且为耐热润滑离型的；具体的，脱模剂的有效成分包括如下的至少一者：氮化硅、氮化硼、有机硅油；当然，在对脱模要求不严格的情况下，也可以选用其它脱模剂。

在空腔100里的液态合金熔体16冷却形成合金管材18后，将合金管材18从模具14中分离，破坏管材成型部件3或者使合金管材18与管材成型部件3分离以获得合金管材18。

在本发明中：管材成型部件3的作用除了控制合金管材的内径和保持壁厚均匀外，由于合金熔体凝固后会收缩，而管材成型部件3是套在内芯23上的，可将管材成型部件3从内芯23中取出，易于脱模，可以保护模具。

特别的，管材成型部件3由易被破坏或易于与合金管材分离的材料制成，比如石英管套，石英管套易碎，可震荡敲碎取出，经济方便。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.可控直径与壁厚的合金管材的制备装置，其特征在于：包括液态合金熔体发生单元、模具和管材成型部件，所述模具设有模腔，所述管材成型部件置于所述模腔中以使所述管材成型部件的外表面与所述模具的内表面之间形成用于制备合金管材的空腔，所述液态合金熔体发生单元可向所述空腔提供液态合金熔体以制备合金管材，所述模具的内表面和/或所述管材成型部件的外表面可粘附所述液态合金熔体。

2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于：所述管材成型部件的上部设有导流部，所述导流部可对所述液态合金熔体发生单元提供的液态合金熔体进行导流以使所述液态合金熔体在所述空腔中向四周流动。

3.根据权利要求2所述的制备装置，其特征在于：所述导流部的形状包括锥状、圆台状和圆顶状。

4.根据权利要求1至3任一项所述的制备装置，其特征在于：所述模具还设有内芯，所述管材成型部件套在所述内芯上。

5.根据权利要求4所述的制备装置，其特征在于：所述内芯的外表面设有脱模剂，所述脱模剂的有效成分包括如下的至少一者：氮化硅、氮化硼、有机硅油。

6.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于：所述管材成型部件的具体类型包括管套、棒和杆，所述管套的具体类型包括石英管套和陶瓷管套。

7.根据权利要求1-3、5至6任一项所述的制备装置，其特征在于：所述液态合金熔体发生单元提供的液态合金熔体是液态非晶合金熔体。

8.可控直径与壁厚的合金管材的制备方法，其特征在于：

使用一模具和一管材成型部件，所述模具设有模腔，所述管材成型部件置于所述模腔中以使所述管材成型部件的外表面与所述模具的内表面之间形成用于制备合金管材的空腔，所述模具的内表面和/或所述管材成型部件的外表面可粘附液态合金熔体；

向所述空腔提供液态合金熔体以制备合金管材；

将所述合金管材从所述模具中分离。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：

所述管材成型部件的上部设有导流部，所述导流部可对液态合金熔体进行导流以使所述液态合金熔体在所述空腔中向四周流动；

去除所述合金管材的上部。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于：

所述模具还设有内芯，所述管材成型部件套在所述内芯上，所述管材成型部件由耐热型易被破坏或易于与合金管材分离的材料制成；

破坏所述管材成型部件或者使所述合金管材与所述管材成型部件分离以获得合金管材。