CN113280627A - 一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置及感应熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置及感应熔炼方法，本发明涉及冷壁坩埚感应熔炼装置及感应熔炼方法，本发明的目的是为了解决生产熔铸法的熔炼炉、陶瓷坩埚和铸型对非晶合金污染，不能满足块体非晶熔铸条件的问题，它包括熔炼舱、合金熔炼冷壁坩埚和逆重力充填舱；熔炼舱为密封罐体，合金熔炼冷壁坩埚设置在熔炼舱内，逆重力充填舱设置在合金熔炼冷壁坩埚上方，且逆重力充填舱密封安装在熔炼舱顶部的壳体上。按照以下步骤实现的：锆基非晶合金装入合金熔炼冷壁坩埚；充填舱顶部开口密封；连续抽真空；感应热熔化金属熔炼合金；观测非晶合金料被加热熔化的状态；使合金元素均匀的融合；使液体合金充填到浇注室内的铸型中。本发明属于感应熔炼领域。

Description

一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置及感应熔炼方法
技术领域
本发明涉及冷壁坩埚感应熔炼装置及感应熔炼方法，具体涉及一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置及感应熔炼方法。
背景技术
经过多年不懈的努力，块体非晶合金的成形制备技术发展至今已形成多种方法。诸多制备技术中在合金熔炼环节上主要集中在非自耗电极电弧熔炼和电磁感应熔炼方法上。非自耗电极制备方法，由于技术原因适合在实验室制备少量样品100g～150g。曾经尝试过采用陶瓷坩埚熔炼非晶合金100g～200g利用压铸工艺制备非晶合金手机壳，由于陶瓷坩埚的杂质污染问题未获得理想效果。对于大尺寸复杂非晶合金构件铸造成形成功与否，合金熔炼技术的突破是首要问题。块体非晶合金的成形制备尚处于初期阶段，满足工业化要求的大尺寸复杂结构非晶合金构件的铸造装备及工艺在国内外还处于空白。块体非晶合金的原材料要有极高的纯净度。并且制备所涉及的环境因素也是至关重要的，在合金熔炼和成形等全过程中都要严格控制成分以外的元素和氧等一切杂质的侵入。一旦微量的杂质进入液体合金中都会对块体非晶的形成造成破坏性的影响，这种微量的杂质也会直接作为形核质点导致合金晶化。传统工业生产熔铸法的熔炼炉、陶瓷坩埚和铸型对非晶合金都有污染，均不能满足块体非晶熔铸条件。为了满足块体非晶熔铸条件，也必须需求一种避免液体合金受到污染的熔炼气氛、坩埚材料和结构。并且所采用的熔炼方法和装备要兼顾大尺寸复杂非晶合金构件的铸造成形工艺。针对以上情况，发明了一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统工业生产熔铸法的熔炼炉、陶瓷坩埚和铸型对非晶合金都有污染，均不能满足块体非晶熔铸条件的问题，进而提供一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置及感应熔炼方法。
所述技术问题是通过以下方案解决的：
它包括熔炼舱、合金熔炼冷壁坩埚和逆重力充填舱；熔炼舱为密封罐体，合金熔炼冷壁坩埚设置在熔炼舱内，逆重力充填舱设置在合金熔炼冷壁坩埚上方，且逆重力充填舱密封安装在熔炼舱顶部的壳体上。
所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：启动熔炼舱锁紧环组件，打开熔炼舱门，把成分配比后的锆基非晶合金装入合金熔炼冷壁坩埚内，关闭熔炼舱门并通过熔炼舱锁紧环组件将熔炼舱门和熔炼舱密封；
步骤二：启动充填舱上门驱动缸下降，使充填舱上盖压紧在充填舱顶部开口，实现充填舱顶部开口密封；
步骤三：启动冷却水源和冷却水控制阀对冷壁坩埚、感应线圈部位进行连续的冷却，启动真空机组和真空系统控制阀对熔炼舱和逆重力充填舱同时连续的抽真空；
步骤四：熔炼舱和逆重力充填舱抽真空后启动感应熔炼系统利用感应线圈产生磁场透过合金熔炼冷壁坩埚在金属料中感应热熔化金属熔炼合金；
步骤五：利用熔炼舱可调节摄像仪观测块状非晶合金料被加热熔化的状态，根据观测到的非晶合金熔化成液体时状况，避免发生激烈反应引起的液体飞溅导致合金成分偏离；
步骤六：当非晶合金完全熔化成液体时，利用测温系统测试液体合金的温度是否达到充填温度，通过调节熔炼功率和加热时间调整合金液体温度，在电磁场的连续搅拌作用使得合金元素均匀的融合；
步骤七：液体合金满足浇注温度时，使熔炼舱内压力大于逆重力充填舱压力，使液体合金逆着重力方向充填到浇注室内的铸型中，实现大尺寸复杂非晶构件逆重力浇注成形。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
1、本申请采用水冷铜坩埚实现了冷壁坩埚熔炼合金，当固态金属受热熔化成液体时，在水冷的作用与坩埚内壁接触的液体立刻冷却成固态形成一层薄壳。熔炼过程中这层薄壳是动态的，当熔炼功率高时壳就会薄些，熔炼功率低时壳就会厚些。由于这薄壳的化学成分是与熔炼的合金相同，保护了坩埚内的合金不受到任何污染，保证了形成非晶纯净度的条件。
2、采用电磁感应方法熔炼合金，在电磁场的连续搅拌作用促使坩埚内液体合金元素达到充分均匀融合，为形成非晶合金创造了条件。此外，电磁场的搅拌作用也使得坩埚内液体金属的温度达到了充分均匀化，有利于复杂、薄壁结构非晶构件凝固过程控制。
附图说明
图1为本申请的整体结构示意图。
图2为本申请锁紧法兰1.22与熔炼舱门1.1连接示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，它包括熔炼舱、合金熔炼冷壁坩埚5和逆重力充填舱10；熔炼舱为密封罐体，合金熔炼冷壁坩埚5设置在熔炼舱内，逆重力充填舱10设置在合金熔炼冷壁坩埚5上方，且逆重力充填舱10密封安装在熔炼舱顶部的壳体上。
具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，熔炼舱包括熔炼舱体1、熔炼舱锁紧环组件2和熔炼舱门3，熔炼舱门3通过熔炼舱锁紧环组件2安装在熔炼舱体1上。熔炼舱门3上设有熔炼舱体观测窗。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，它还包括惰性气体输入阀16、真空阀20和熔炼舱排气阀21；惰性气体输入阀16、真空阀20和熔炼舱排气阀21安装在熔炼舱体1上。惰性气体输入阀16与惰性气体气源105连通，通过惰性气体气源105提供气体,熔炼舱体1的液压缸与液压系统106连接，惰性气体气源105与液压缸与液压系统106均与逆重力填充控制单元108连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，熔炼舱体1通过真空阀20与真空机组101连接，冷却水控制阀19与冷却水源102连通。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，合金熔炼冷壁坩埚5内设有冷却水循环水道6，合金熔炼冷壁坩埚5外部缠绕有感应线圈8，感应线圈8内设有冷壁坩埚冷却水通道。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，它还包括测温系统17、电力输入系统18和冷却水控制阀19；测温系统17的测温探头安装在冷壁坩埚5内侧壁上，电力输入系统18与感应线圈8连接，冷却水控制阀19通过管路与冷却水循环水道6的输入端和冷壁坩埚冷却水通道连通输入端连通，冷却水循环水道6的输出端和冷壁坩埚冷却水通道连通输出端通过管路与熔炼舱体1外部冷却水回水管连接。测温系统17与温度控制系统104连接，电力输入系统18与电源103连接，真空机组101、冷却水源102、电源103和温度控制系统104与非晶合金熔炼控制单元107连接，非晶合金熔炼控制单元107和逆重力填充控制单元108与计算机控制中心110连接。计算机控制中心109控制逆重力填充控制单元108和非晶合金熔炼控制单元107进行控制工作，逆重力填充控制单元108控制液压系统106和惰性气体气源105进行工作，非晶合金熔炼控制单元107控制温度控制系统104、电源103、冷却水源102和真空机组101进行控制工作。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，它还包括离心浇注盘9，离心浇注盘9通过转轴转动连接安装在熔炼舱体1内，转轴与外部转动电机连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置的感应熔炼方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：启动熔炼舱锁紧环组件2，打开熔炼舱门3，把成分配比后的锆基非晶合金装入合金熔炼冷壁坩埚5内，关闭熔炼舱门3并通过熔炼舱锁紧环组件2将熔炼舱门3和熔炼舱1密封；
步骤二：启动充填舱上门驱动缸14下降，使充填舱上盖13压紧在充填舱顶部开口，实现充填舱顶部开口密封；
步骤三：启动冷却水源102和冷却水控制阀19对冷壁坩埚、感应线圈部位进行连续的冷却，启动真空机组101和真空系统控制阀20对熔炼舱和逆重力充填舱10同时连续的抽真空；
步骤四：熔炼舱和逆重力充填舱10抽真空后启动感应熔炼系统利用感应线圈8产生磁场透过合金熔炼冷壁坩埚5在金属料中感应热熔化金属熔炼合金；
步骤五：利用熔炼舱可调节摄像仪15观测块状非晶合金料被加热熔化的状态，根据观测到的非晶合金熔化成液体时状况，避免发生激烈反应引起的液体飞溅导致合金成分偏离；
步骤六：当非晶合金完全熔化成液体时，利用测温系统17测试液体合金的温度是否达到充填温度，通过调节熔炼功率和加热时间调整合金液体温度，在电磁场的连续搅拌作用使得合金元素均匀的融合；
步骤七：液体合金满足浇注温度时，使熔炼舱1内压力大于逆重力充填舱10压力，使液体合金逆着重力方向充填到浇注室内的铸型中，实现大尺寸复杂非晶构件逆重力浇注成形。
具体实施方式九：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，步骤一种所述非晶合金为锆基非晶合金装原料。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式十：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，步骤三中对熔炼舱和逆重力充填舱10同时连续的抽真空使其压力达到0.6Mpa。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式十一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种大尺寸复杂非晶合金构件逆重力充填成形方法，合金熔炼冷壁坩埚5是由铜制成的合金熔炼冷壁坩埚，其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。

Claims (10)

1.一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，其特征在于：它包括熔炼舱、合金熔炼冷壁坩埚(5)和逆重力充填舱(10)；熔炼舱为密封罐体，合金熔炼冷壁坩埚(5)设置在熔炼舱内，逆重力充填舱(10)设置在合金熔炼冷壁坩埚(5)上方，且逆重力充填舱(10)密封安装在熔炼舱顶部的壳体上。
2.根据权利要求1所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，其特征在于：熔炼舱包括熔炼舱体(1)、熔炼舱锁紧环组件(2)和熔炼舱门(3)，熔炼舱门(3)通过熔炼舱锁紧环组件(2)安装在熔炼舱体(1)上。
3.根据权利要求2所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，其特征在于：它还包括惰性气体输入阀(16)、真空阀(20)和熔炼舱排气阀(21)；惰性气体输入阀(16)、真空阀(20)和熔炼舱排气阀(21)安装在熔炼舱体(1)上。
4.根据权利要求3所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，其特征在于：熔炼舱体(1)通过真空阀(20)与真空机组(101)连接，冷却水控制阀(19)与冷却水源(102)连通。
5.根据权利要求1所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，其特征在于：合金熔炼冷壁坩埚(5)内设有冷却水循环水道(6)，合金熔炼冷壁坩埚(5)外部缠绕有感应线圈(8)，感应线圈(8)内设有冷壁坩埚冷却水通道。
6.根据权利要求1所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，其特征在于：它还包括测温系统(17)、电力输入系统(18)和冷却水控制阀(19)；测温系统(17)的测温探头安装在冷壁坩埚(5)内侧壁上，电力输入系统(18)与感应线圈(8)连接，冷却水控制阀(19)通过管路与冷却水循环水道(6)的输入端和冷壁坩埚冷却水通道连通输入端连通，冷却水循环水道(6)的输出端和冷壁坩埚冷却水通道连通输出端通过管路与熔炼舱体(1)外部冷却水回水管连接。
7.根据权利要求1所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置，其特征在于：它还包括离心浇注盘(9)，离心浇注盘(9)通过转轴转动连接安装在熔炼舱体(1)内，转轴与外部转动电机连接。
8.利用权利要求1-7所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置的感应熔炼方法，其特征在于:所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：启动熔炼舱锁紧环组件(2)，打开熔炼舱门(3)，把成分配比后的锆基非晶合金装入合金熔炼冷壁坩埚(5)内，关闭熔炼舱门(3)并通过熔炼舱锁紧环组件(2)将熔炼舱门(3)和熔炼舱(1)密封；
步骤二：启动充填舱上门驱动缸(14)下降，使充填舱上盖(13)压紧在充填舱顶部开口，实现充填舱顶部开口密封；
步骤三：启动冷却水源(102)和冷却水控制阀(19)对冷壁坩埚、感应线圈部位进行连续的冷却，启动真空机组(101)和真空系统控制阀(20)对熔炼舱和逆重力充填舱(10)同时连续的抽真空；
步骤四：熔炼舱和逆重力充填舱(10)抽真空后启动感应熔炼系统利用感应线圈(8)产生磁场透过合金熔炼冷壁坩埚(5)在金属料中感应热熔化金属熔炼合金；
步骤五：利用熔炼舱可调节摄像仪(15)观测块状非晶合金料被加热熔化的状态，根据观测到的非晶合金熔化成液体时状况，避免发生激烈反应引起的液体飞溅导致合金成分偏离；
步骤六：当非晶合金完全熔化成液体时，利用测温系统(17)测试液体合金的温度是否达到充填温度，通过调节熔炼功率和加热时间调整合金液体温度，在电磁场的连续搅拌作用使得合金元素均匀的融合；
步骤七：液体合金满足浇注温度时，使熔炼舱(1)内压力大于逆重力充填舱(10)压力，使液体合金逆着重力方向充填到浇注室内的铸型中，实现大尺寸复杂非晶构件逆重力浇注成形。
9.根据权利要求8所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置的感应熔炼方法，其特征在于:步骤一种所述非晶合金为锆基非晶合金装原料。
10.根据权利要求8所述一种非晶合金冷壁坩埚感应熔炼装置的感应熔炼方法，其特征在于:步骤三中对熔炼舱和逆重力充填舱(10)同时连续的抽真空使其压力达到0.6Mpa。
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