CN110484801A - 一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺 - Google Patents

一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺。按照重量百分比,该合金的成分为:Li:1.5‑3.0wt.%,Mg:8.0‑12.0wt.%,Sc:0.2‑0.4wt.%,Bi:5.0‑6.0wt.%,Ni:5.0‑8.0wt.%,Al:20.0‑28.0wt.%,Au:2.0‑3.0wt.%,Ag:8.0‑10.0wt.%，余量为铜。该材料为我国藏区铜像铸造用利玛合金提供了一种轻量化的解决方案，且所得产品外表具备白色的观感。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

一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铜合金。
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。
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。
公元16世纪以后，制作大型佛像多采用铜板锻打制作，然后拼接组合而成。从工艺角度看，采用锻打工艺制作铜像，相对于铸造工艺而言，具有更多的便利性。首先，尺寸受到的限制更小，高度从300米到30米的佛像都可以制作;其次，制作时容易实现复杂的形式和外观，能够制作出极具美感的造型;再有，锻打铜板制作佛像，可以节省铜材。因此，锻打工艺制作的铜佛像，在整个西藏铜像制作业中占有极高的比重，而铸造工艺主要用来制作小尺寸的佛像。
不管是上述的铸造法（失蜡法和砂范法），还是锻打法都要求初始的铜合金材料具有优异的铸造性能。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。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。
开发并产业化具有先进性能的利玛合金是西藏宗教领域不可避免的问题，长久以来国内的很多研究机构和企业进行了多方位的尝试，但是令人遗憾的是，目前为止尚未取得任何实质性的进展。通过先进的材料设计技术可以通过底层性的热力学和动力学手段对利玛合金材料进行创新,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，提供一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺。按重量百分比计,合金的组成为Li:1.5-3.0wt.%,Mg:8.0-12.0wt.%,Sc:0.2-0.4wt.%,Bi:5.0-6.0wt.%,Ni:5.0-8.0wt.%,Al:20.0-28.0wt.%,Au:2.0-3.0wt.%,Ag:8.0-10.0wt.%，余量为铜。
上述一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺，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1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200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850-950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400度,时间为0.5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。但是必须注意到，传统的藏区佛像用利玛合金是铜合金，考虑到佛像的数量以及每个佛像的大小，所需要的铜量和总的重量都是非常惊人的。本专利申请保护的新型铜合金，在具备传统利玛合金凝固性能的基础上，能够大大降低铜的使用量以及保持低密度的特征。因而不仅降低了原材料的成本，还能够具备轻量化的特点，便于运输与布局。
（2） 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，本专利申请保护的无铅无汞新型利玛合金对于保护环境，维护人民身体健康起到了积极重要的作用。
（3） 本专利申请保护的轻量化利玛合金，在降温过程中初始合金熔体会由于Spinodal效应分解为富铜熔体和富铋熔体。因而，该合金具有宽广的凝固温度范围（310-850度）。其中主要的富铜熔体的凝固温度范围为700-850度，富铋的凝固温度范围为310-450度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从850度到310度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，金属液与铸型发生反应的机会和程度更小，且合金的抗吸气氧化能力较强，金属液的纯净度提高，改善了合金的回用性能。该合金经4次回用后铸造件的外形轮廓清晰，表面光洁，无明显黑斑或变色，说明合金的回用性能良好。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。
（4） 该新型利玛合金具有白色的外观，且具有优异的低密度特性，密度维持在7.2-7.4g/cm3,而传统利玛合金的密度一般在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铜像经常安放的场地（山峰和山谷）而言，就有极其优异的移动和安装优势。该材料具有极高的硬度，可以达到170-180HB。而传统的利玛合金的硬度维持在100-110HB。采用该利玛合金铸造的佛像，即使指甲在表面划过也不会留下任何划痕。在正常使用10年后，佛像表面也没有因接触硬物形成的划痕。此外，该材料还具有优异的抗变色和耐氧化特性。采用该利玛合金铸造的佛像在使用20年后并没有明显的腐蚀现象发生。相比较而言，传统的利玛合金铸造的佛像在西藏的环境下保持4年之后就会有明显的锈蚀现象发生，严重的影响到了佛像表面的观感和清洁的工作量。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
一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为Li:1.5wt.%,Mg:8.0wt.%,Sc:0.2wt.%,Bi:5.0wt.%,Ni:5.0wt.%,Al:20.0wt.%,Au:2.0wt.%,Ag:8.0wt.%，余量为铜。上述一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺，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1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200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850-950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400度,时间为0.5小时。
该合金具有宽广的凝固温度范围（310-850度）。其中主要的富铜熔体的凝固温度范围为700-850度，富铋的凝固温度范围为310-450度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从850度到310度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，金属液与铸型发生反应的机会和程度更小。该新型利玛合金密度维持在7.2g/cm3,而传统利玛合金的密度一般在8.5g/cm3左右变动。该材料具有极高的硬度，采用该利玛合金铸造的佛像，即使指甲在表面划过也不会留下任何划痕。在正常使用10年后，佛像表面也没有因接触硬物形成的划痕。此外，该材料还具有优异的抗变色和耐氧化特性。采用该利玛合金铸造的佛像在使用20年后并没有明显的腐蚀现象发生。
实施例2
一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为Li:3.0wt.%,Mg:12.0wt.%,Sc:0.4wt.%,Bi:6.0wt.%,Ni:8.0wt.%,Al:28.0wt.%,Au:3.0wt.%,Ag:10.0wt.%，余量为铜。上述一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺，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1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200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850-950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400度,时间为0.5小时。
该合金具有宽广的凝固温度范围（310-850度）。其中主要的富铜熔体的凝固温度范围为700-850度，富铋的凝固温度范围为310-450度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从850度到310度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，金属液与铸型发生反应的机会和程度更小。该新型利玛合金密度维持在7.2g/cm3,而传统利玛合金的密度一般在8.5g/cm3左右变动。该材料具有极高的硬度，采用该利玛合金铸造的佛像，即使指甲在表面划过也不会留下任何划痕。在正常使用10年后，佛像表面也没有因接触硬物形成的划痕。此外，该材料还具有优异的抗变色和耐氧化特性。采用该利玛合金铸造的佛像在使用20年后并没有明显的腐蚀现象发生。
实施例3
一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为Li:1.8wt.%,Mg:9.0wt.%,Sc:0.3wt.%,Bi:5.2wt.%,Ni:5.4wt.%,Al:24.0wt.%,Au:2.5wt.%,Ag:9.0wt.%，余量为铜。上述一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺，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1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200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850-950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400度,时间为0.5小时。
该合金具有宽广的凝固温度范围（310-850度）。其中主要的富铜熔体的凝固温度范围为700-850度，富铋的凝固温度范围为310-450度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从850度到310度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，金属液与铸型发生反应的机会和程度更小。该新型利玛合金密度维持在7.3g/cm3,而传统利玛合金的密度一般在8.5g/cm3左右变动。该材料具有极高的硬度，采用该利玛合金铸造的佛像，即使指甲在表面划过也不会留下任何划痕。在正常使用10年后，佛像表面也没有因接触硬物形成的划痕。此外，该材料还具有优异的抗变色和耐氧化特性。采用该利玛合金铸造的佛像在使用20年后并没有明显的腐蚀现象发生。

Claims (3)

1.一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺；按照重量百分比,该合金的成分为:Li:1.5-3.0wt.%,Mg:8.0-12.0wt.%,Sc:0.2-0.4wt.%,Bi:5.0-6.0wt.%,Ni:5.0-8.0wt.%,Al:20.0-28.0wt.%,Au:2.0-3.0wt.%,Ag:8.0-10.0wt.%，余量为铜。
2.根据权利要求1所述一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺，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1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200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所述一种具有轻量化特征藏区佛像铸造用白利玛合金及其工艺，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850-950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400度,时间为0.5小时。
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