CN108715956A

CN108715956A - 一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金

Info

Publication number: CN108715956A
Application number: CN201811000750.3A
Authority: CN
Inventors: 杨长江
Original assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd; Guangzhou Yuzhi Technology Co Ltd
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2018-10-30

Abstract

本发明公开了一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金。按照重量百分比,该合金的成分为:Li:0.5‑1.0wt.%,Mg:2.0‑3.0wt.%,In:4.0‑4.5wt.%,Bi:2.0‑3.0wt.%,Ge:1.0‑2.0wt.%,Sn:5.0‑8.0wt.%,Th:0.2‑0.4wt.%,Ag:1.0‑2.0wt.%，余量为铝。该材料为我国藏区铜像铸造用利玛合金提供了一种替代产品的轻量化解决方案，也就是提供了一种新型的铸造用铝合金。该材料的实施和产业化可以有效的推动我国宗教饰品行业新材料的更新和行业升级需求。

Description

一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铝合金。

背景技术

藏传佛教形成于公元10世纪，而铜佛像在藏族宗教活动中的存在，要追溯到吐蕃王朝佛教初传的时代。持续至今一千多年的藏传佛教历史，难以计数的佛像作为信仰的载体被供奉于寺院和家庭之中。铜佛像作为一种艺术表现形式，在藏传佛教宗教文化中居于显要的地位，是西藏艺术和传统技艺最高成就的代表。这些文化瑰宝集中体现了我国古代高超的冶铸技艺和灿烂的文化。

在西藏地区存在的传统铜佛像铸造方法有两种:失蜡铸造法和沙范铸造法。铜佛像的外形尺寸与制作工艺，尤其是铸造工艺有着直接的关系。

(1)失蜡法是古代金属铸造工艺之一，其原理是用蜡料制成与铸件相同的模，外敷造型材料，成为整体铸型，干燥后加热将蜡化掉，形成整体无缝范面的空腔铸模，将金属液浇入。凝固后脱除外范(壳型)，即得铸件。此法在现代金属工艺中称为熔模精密铸造，在古代多用于铸造形制复杂、具有立体透雕效果的铸件。

(2)沙范法传统铸造工艺是以天然的沙子作为制作外范材料，沙子中掺有一定比例的粘土以使沙粒粘结在一起。将沙子放入沙箱中夯实形成沙范，沙范是由尺寸相同的两部分组成。将铸件的模置于两块沙范接触面中模压出铸件形状，并在两块沙范的接触面上撒上粉末颗粒(如草木灰等)，防止两块沙范粘接。将两块沙范分开，取出铸件的模，沙范再闭合形成空腔铸范，将金属液浇入。凝固后去除沙范，即得到铸件。由于沙范是由两半沙范合拢，因而在两块沙范表面接合处存在空隙，当浇铸完成后，流入接合处空隙的铜液必然在铸件表面形成一圈凸起。这圈凸起在后期铜像修饰的过程中，通常会被完全打磨掉，但是在有些部位还会留下痕迹。

不论是沙范法还是失蜡法，都对铸造物的尺寸产生限制。随着铸像尺寸的增大，工艺难度也显著地增加，因此，工匠必须在尺寸和铸像成功率之间求得平衡。失蜡法通常用来制备尺寸比较小的铜像，而砂范法可以制备稍微大型的铜像。沙范铸造法必然存在单体铸造的高度限制，这是由沙范的形式和工艺流程决定的。首先，制作沙范的材料为沙子混合粘土。制范的时候，沙土在铁环内被夯实，从而模印出泥模的形式。沙范由两块闭合组成，在制范的过程中要多次上下翻转，因此，沙范的尺寸难以做得很大。其次，铸造的成功率也是一个重要的因素。当要铸造的铜像过大时，铜液未能充满整个型腔。由此可见，尺寸增加，铸件的铸造成功率会下降。工匠在铸造尺寸大的铜佛像时，可以用沙范法分别铸造铜像部件，然后组合而成，这样可以降低铸像的难度，提高铸像的成功率。

传统上，藏区用来制备铜像的材料由于历史的原因称为利玛合金。利玛是藏语的意思，就是各类铜合金的总称。传统的利玛合金种类繁多，根据颜色的不同能分为黄利玛，白利玛，青利玛，红利玛和花利玛等。尽管我国宗教装饰材料行业发展迅速，但由于起步晚，起点低，在一些技术环节上与国际水平相比还有很大差距。开发并产业化具有先进性能的利玛合金或者其替代品是西藏宗教领域不可避免的问题，并且对研制和开发新材料的难题解决和产业化会有很大的市场价值。面对日趋激烈的国际国内市场竞争，必须加快结构调整步伐，这是当今世界相关领域的发展趋势。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金。按重量百分比计,合金的组成为Li:0.5-1.0wt.%,Mg:2.0-3.0wt.%,In:4.0-4.5wt.%,Bi:2.0-3.0wt.%,Ge:1.0-2.0wt.%,Sn:5.0-8.0wt.%,Th:0.2-0.4wt.%,Ag:1.0-2.0wt.%，余量为铝。

上述一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在700度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在700度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下加热到650-700度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为200度,时间为0.4小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）近代对利玛佛像合金的研究表明,利玛合金中通常加入一定量的铅和汞。由于铅和汞不与铜形成合金,在利玛合金的凝固中, 随着富铜合金的不断凝固,富铅和汞的液相也不断的从最初的合金溶体中分离出来。这些富铅和汞熔体由于不和富铜熔体相溶,因而在凝固过程中伴随着枝晶的生成而逐渐被排挤到枝晶的间隙中,并在这些狭小的缝隙中最终凝固,起到了补充凝固空洞的作用。因而添加了适量铅和汞的铜合金极其适合用来铸造佛像等大型塑像,因为这种材料产生的凝固空洞等缺陷极少。用专业术语来说，传统的利玛合金的液态合金在凝固的过程中能够产生Spinodal分解效应，生成两种互不溶解的液相，因而低熔点的液相在凝固过程中可以补偿高熔点液相凝固时产生的枝晶空洞，因而具有极其有益的作用。西藏佛像铸造用的利玛合金都是铜合金,长期以来由于铜的价格昂贵,因而铸造每尊体积巨大的佛像需要的铜耗材非常大。利玛合金最初的开发和生产是在古代完成的，那个时候世界上还没有铝出现。在科技发达的今天，铝的应用已经遍布社会和工业的各个领域。考虑到铜的昂贵性，以及铝的耐腐蚀和廉价的特征。开发具备利玛铜合金所具有的铸造性能的铝合金，使之用于佛像铸造在当今具有实际意义。

（2）从技术角度讲，本专利提供了一种铝基铸造用合金，该合金液相在凝固过程中可以进行Spinodal分解，因而在凝固过程中由低熔点的液相来进行对高熔点液相凝固过程中产生的铸造空洞进行补偿，从而得到高致密度的铸造件。降温过程中初始合金熔体会由于Spinodal效应分解为富铝熔体和富铟熔体。因而，该合金具有宽广的凝固温度范围（210-450度）。其中主要的富铝熔体的凝固温度范围为300-450度，富铟的凝固温度范围为250-210度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从450度到210度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，获得的大型佛像的铸造件致密度高，可以达到98%以上而没有明显的孔洞出现。该合金具有极其优异的回用性能，经4次回用后铸造件的外形轮廓清晰，表面光洁。因而，该材料的产业化，不仅可以提高成品率，还可以通过多次回用大大降低生产成本。

（3）铅和汞是常见的重金属，在人体内蓄积时间长、排泄慢，对神经、血液、肾脏系统均有毒性。工人或者用户在长期接触含铅和汞的合金后,这些重金属会经过烟尘进入呼吸道和消化道,引起铅中毒和汞中毒。传统的利玛合金中，铅和汞是两种重要的原材料，在环保意识极其重要的今天，本专利申请保护的新型合金对于保护环境，维护人民身体健康起到了积极重要的作用。

（4）相比利玛铜合金而言，该合金具有极低的密度。一般维持在2.6-2.7g/cm³,而传统利玛铜合金的密度一般在8.5g/cm³左右变动。由于大大降低了密度，对于藏区的地形环境以及佛像经常安放的场地（山峰和山谷）而言，就有极其优异的移动和安装优势。该合金在空气中的耐蚀性属于较稳定材料，在弱酸、弱碱汗水中属于稳定型材料，其耐蚀性靠形成热力学稳定性较高的合金元素氧化膜。在腐蚀环境中，能形成钝化的保护膜，这种膜在不同的介质中，由于去极化作用的结果，从而表现出优异的耐腐蚀性能。采用该合金铸造的佛像在使用10年后并没有明显的腐蚀现象发生。可以预计，该材料的实施和产业化必将取得优异的经济效益和社会效益。

具体实施方式

实施例1

一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金。按重量百分比计，合金的组成为Li:0.5wt.%,Mg:2.0wt.%,In:4.0wt.%,Bi:2.0wt.%,Ge:1.0wt.%,Sn:5.0wt.%,Th:0.2wt.%,Ag:1.0wt.%，余量为铝。上述一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在700度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在700度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下加热到650-700度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为200度,时间为0.4小时。

该合金具有宽广的凝固温度范围（210-450度）。其中主要的富铝熔体的凝固温度范围为300-450度，富铟的凝固温度范围为250-210度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从450度到210度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，获得的大型佛像的铸造件致密度高，可以达到98%以上而没有明显的孔洞出现。该合金具有极其优异的回用性能，经4次回用后铸造件的外形轮廓清晰，表面光洁。该合金具有极低的密度。一般维持在2.6g/cm³,而传统利玛铜合金的密度一般在8.5g/cm³左右变动。由于大大降低了密度，对于藏区的地形环境以及佛像经常安放的场地（山峰和山谷）而言，就有极其优异的移动和安装优势。该合金具有极其优异的耐腐蚀性能，采用该合金铸造的佛像在使用10年后并没有明显的腐蚀现象发生。

实施例2

一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金。按重量百分比计，合金的组成为Li:1.0wt.%,Mg:3.0wt.%,In:4.5wt.%,Bi:3.0wt.%,Ge:2.0wt.%,Sn:8.0wt.%,Th:0.4wt.%,Ag:2.0wt.%，余量为铝。上述一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在700度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在700度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下加热到650-700度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为200度,时间为0.4小时。

实施例3

一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金。按重量百分比计，合金的组成为Li:0.8wt.%,Mg:2.5wt.%,In:4.2wt.%,Bi:2.4wt.%,Ge:1.5wt.%,Sn:5.2wt.%,Th:0.3wt.%,Ag:1.4wt.%，余量为铝。上述一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在700度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在700度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下加热到650-700度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为200度,时间为0.4小时。

Claims

1.一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金；按照重量百分比,该合金的成分为:Li:0.5-1.0wt.%,Mg:2.0-3.0wt.%,In:4.0-4.5wt.%,Bi:2.0-3.0wt.%,Ge:1.0-2.0wt.%,Sn:5.0-

8.0wt.%,Th:0.2-0.4wt.%,Ag:1.0-2.0wt.%，余量为铝。

2.根据权利要求1所述一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金，其特征在于包括如下冶炼步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在700度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在700度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。

3.根据权利要求1所述一种具有利玛合金凝固特性的含In和Li铝基合金，其特征在于包含如下使用步骤：将所得的铸锭在室温下加热到650-700度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为200度,时间为0.4小时。