专利名称：用来制造由压力金属模铸造成形的非晶质合金制品的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由压力金属模铸造成形的非晶质合金制品的方法和装置。
适于制造非晶质合金的有单辊法、双辊法、气体喷雾法等，因为这种制造需要大约104-106K/s的高冷却速度才能实现。用这些方法可获得的产品的形状仅限于薄带、细丝和颗粒。这一事实大大限制了非晶质合金的应用。
因此，现在正进行着有关具有大厚度的非晶质合金成形制品的制造方法的研究，即，在不超过合金的结晶温度的温度下，例如通过挤压或冲压之类的方法对制备成粉末状的非晶质合金进行成型加工。然而，用这种方法进行制造需要非常复杂的步骤，例如需要对粉末进行筛选、对粉末进行脱气、在主成形之前对粉末进行预成形，并且还需要昂贵的设备。因此，用该方法只能制造昂贵的产品。
已公开的日本专利申请KOKAI(早期公开)No.8-199,318揭示了一种通过不同于所述粉末模制工艺的简单的工艺来制造的非晶质合金成形制品的方法，通过该方法可以这样来制造一锆基的非晶质合金棒或管子，即设置一具有一模腔的强制冷却模，在所述模腔内开放于顶侧的一熔炉的底部上配备一熔融金属传送工具，将含有能使熔炉内的合金具有非晶质性质的元素的锆合金熔化，随后，使熔融金属传送工具向下抽送，将熔融的锆合金送入强制冷却铸模内，并使锆合金溶液在强制冷却铸模内快速冷却并凝固，从而为锆合金赋予非晶质特性。
然而，根据上述的方法铸造而成的产品的形状仅限于棒状或管状，这是因为它们的形状受到熔融金属传送工具的形状以及抽送该工具的方法的限制。此外，由于熔融合金的传送只是借助熔融金属传送工具的抽送来简单的进行，所以该方法不能对熔融合金施加大的压力。因此，采用该方法难以获得形状细致或复杂的成形制品，并且这样获得的产品难以在致密度和机械性能上有改进的余地。
因此，本发明的一个目的在于，提供一种非晶质合金成形制品的制造方法，由于将传统的金属模模制工艺与能展现一璃态转变区域的非晶质合金的质量相结合，所以通过一简单的工艺，即使在形状复杂或细致的情况下，也能高效、大批量地制造具有所需形状、尺寸精度和表面质量的非晶质合金制品。因此，可以省略进行需要精密机加工的制造，或者是显著减少例如磨削之类机加工的步骤，从而提供一低成本的、并具有极佳耐用性、强度和抗冲击性的非晶质合金成形制品。
本发明的另一目的在于，提供一种用于制造上述非晶质合金制品的结构相对较为简单的装置。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用来制造非晶质合金成形制品的方法，其特点在于，它包括在一熔化用容器内熔化一能生成一非晶质合金的合金材料；强行将所得到的熔融合金传送到一至少具有一个模腔的强制冷却铸模内，同时将压力作用在熔融合金上；以及在所述强制冷却铸模内迅速冷却和凝固所述熔融合金，以使合金具有非晶质特性，从而获得一包含非晶相的合金制品。
在一较佳实施例中，上述步骤是在一真空中或惰性气体气氛中进行的。在另一实施例中，由含有非晶相的合金制成的成形制品是通过在一熔化用容器内熔化一能生成一非晶质合金的合金材料，所述熔化用容器具有一上部开放的端部；借助强制冷却铸模的直浇道、强行将所得到的熔融合金传送到所述至少具有一个模腔的强制冷却铸模内，同时将压力作用在熔融合金上；在所述强制冷却铸模内迅速冷却和凝固所述熔融合金，由此使合金具有非晶质特性，同时将在所述强制冷却铸模的所述直浇道部分内的所述熔融金属逐渐冷却和凝固，从而使所述合金在所述部分内结晶；对藉助所述结晶作用而脆化的部分进行切割；以及其后使所述熔化用容器与所述强制冷却铸模分开，以获得一由含非晶相的合金制成的成形制品。
将熔融合金强行传送入强制冷却铸模内的作业可以较佳地藉助这样一种方法来完成，该方法包括将一适于对熔融合金的强制性传送产生影响的熔融金属传送件可动地设置在所述熔化用容器内，并强行将保持在熔化用容器内的熔融合金传送到强制冷却铸模内，同时藉助熔融金属传送件将压力作用在充填在所述强制冷却铸模模腔内的熔融合金上。
对于该目的来说另一种可行的方法包括预先将所述熔融金属传送件可动地设置在所述强制冷却铸模内，并移动所述熔融金属传送件，以便在所述模腔内产生负压，由此可以强行将熔融合金传送入模腔。在这种方法的另一较佳实施例中，所用的熔融合金传送件的横截面与所述强制冷却铸模的所述模腔的轮廓相一致，并且所述熔融合金传送件可滑动地设置在所述模腔内。将压力作用在所述充填在模腔内的熔融合金上的作业是通过借助直浇道将高压气体加入熔融合金而实现的。
在上述的任一种方法中，作为上述的合金化材料，采用这样一种合金是有利的，它具有一由通式XaMbAlc表示的成分且能生成一温度宽度不小于30K的璃态转变区的非晶质合金，在所述通式中，X表示两种元素Zr和Hf中的一种元素或这两种元素，M表示从由Mn、Fe、Co、Ni和Cu组成的小组中选择出来的至少一种元素，a、b和c表示那些分别满足25≤a≤85、5≤b≤70，以及0≤c≤35的原子百分比，所述非晶质合金含有一体积比至少为50％的非晶相。
根据本发明的第二方面，它提供了一种适于用来制造一上述非晶质合金成形制品的装置。
本发明的用来制造非晶质合金成形制品的装置的第一实施例的特点在于它包括一强制冷却铸模，在其下部内具有一直浇道，并且在其内部内至少具有一个通过一横浇道介质与所述直浇道连通的模腔，所述强制冷却铸模具有一切割件，所述切割件设置在所述铸模内，并且在所述直浇道方向可动；一设置在所述铸模下方、可以在所述直浇道方向上运动的熔化用容器，所述熔化用容器设置有一具有一上开放端部的原材料容纳孔，以及一可滑动地设置在所述原材料容纳孔内的熔融合金传送件。
本发明装置的第二实施例的特点在于它包括一具有一下开放端部的垂直可动的熔化用容器；以及一设置在所述熔化用容器下方的强制冷却铸模，所述铸模设置有一可关闭的直浇道，和至少一个模腔，所述模腔适于在所述铸模与所述熔化用容器的下部紧密接触时通过一横浇道与所述直浇道连通，并且还设有一可在所述模腔内滑动的熔融金属传送件，以及一设置在所述模腔内并可沿所述直浇道方向滑动的切割件。
在上述的每一实施例中，较佳的是，一可在垂直于所述切割件的移动方向上移动的闭合件设置在所述切割件和所述横浇道之间，并且所述直浇道的周壁部分和/或所述闭合件是由绝热材料制成的。而且，所述强制冷却铸模和所述熔化用容器最好都设置在真空中或惰性气体气氛下。
从以下结合附图所作的描述中，本发明的其它目的、特征和优点将变得更清楚。其中
图1是示意性地说明用来模制一管子的本发明装置的一例子的局部剖视图；图2是在注入熔融合金过程中、图1所示装置的要部的局部剖视图；图3是在熔融合金凝固后、图1所示装置的要部的局部剖视图；图4是在熔融合金切断后、图1所示装置的要部的局部剖视图；图5是在再注入熔融合金过程中、图1所示装置的要部的局部剖视图；图6是由图1所示装置制造的铸造制品的立体图；图7是图6所示铸造制品的俯视图；图8是铸造制品的另一例子的俯视图；图9是按照本发明用来形成一齿轮的强制冷却铸模的一例子的局部剖视图；图10是由图9所示的强制冷却铸模制造的齿轮的立体图；以及图11是用来形成本发明管子的装置的另一例子的局部剖视图。
如上所述，制造本发明的非晶质合金成形制品的特点在于它包括将一种能产生一非晶质合金的合金材料熔化在一熔化用容器内，强行将所得的熔融合金移动到一强制冷却铸模内，所述强制冷却铸模具有一用来模制一产品同时还能将压力作用在熔融合金上的内腔，迅速冷却和凝固铸模内的熔融合金，以获得一由含有一非晶相的合金制成的成形制品。在这种情况中，将熔融合金强行移动到强制冷却铸模内腔中是藉助这样一种方法来实现的它包括借助一例如液压缸或气压缸来驱动一可滑动地设置在熔化用容器内的熔融金属传送件，从而将保持在容器内的熔融合金强制性移动到铸模的模腔内，同时压紧装填在模腔内的熔融合金，或者藉助另一种方法，它包括预先将熔融金属传送件可滑动地设置在铸模模腔内部，移动所述熔融金属传送件以使模腔内产生负压，并对将熔融合金强制性地移动入所述模腔内产生影响，同时将一气体压力加入所述熔化用容器。
由于放置在强制冷却铸模模腔内的熔融合金被保持在受压状态，因此，借助一种简单工艺，这些方法甚至能大批量、高效地进而低成本地制造出形状复杂或精制的成形制品。所以，最终的成形制品能忠实地再现模腔的轮廓，并且具有较高的尺寸精度，并可以获得较高的致密度和光滑表面。
此外，通过在真空下或者在惰性气体气氛下实施所述工艺的各步骤，可以防止熔融合金产生一氧化膜，因而可以令人满意地、高质量地制造出非晶质合金的成形制品。为了防止熔融合金产生氧化膜，最好将所述装置全部设置在真空状态或例如氩气之类的惰性气体中，或者借助惰性气体流来清除所述熔化用容器的至少上部，该上部使熔融合金暴露于周围空气中。
在本发明的用来制造非晶质合金成形制品的装置中，一切割件设置在强制冷却铸模内，因此它可以朝着铸模直浇道的方向移动，在熔融合金凝固完成之后，能切断残存在所述直浇道内或者另一些位于熔化用容器内部的硬化部分而离开放置和硬化在所述铸模内的铸造制品，并可以在铸造步骤完成之后很方便地将熔化用容器与铸模相分离。因此，可以顺利地进行下一铸造步骤，并且工作效率有所提高。
有利的是，直浇道的周壁部和/或设置在切割件和铸模横浇道之间并且可以垂直于所述切割件的移动方向移动的闭合件都是由一种绝热材料制成的，从而使这些部分的冷却速率低于模腔内部的冷却速率。通过象上文所描述的那样来绝热所述直浇道，熔融合金的流动是顺畅的，并且注入铸模模腔内的熔融合金可以得到迅速冷却和凝固，并且可以认为是非晶质的。由于容纳在直浇道的一部分内的熔融合金冷却、凝固较缓慢，并从而结晶，因此可以很方便地切断由于结晶所脆化的部分。
用于本发明成形制品的材料并不受限于任一种特定材料，相反，它可以是任何一种能生成一基本上由非晶质合金形成的制品的材料。在其它一些与该描述相符的材料中，由上述通式所表示的并且在璃态转变温度(Tg)和结晶温度(Tx)之间有很大温差的Zr-TM-Al和Hf-TM-Al(TM过渡金属元素Transition metal)非晶质合金呈现出较高的强度和较高的耐蚀性，并且具有不小于30K的、较宽的过冷却液体范围(璃态转变范围)，Δ＝Tx-Tg，并且在采用Zr-TM-Al非晶质合金的情况下，具有不小于60K的、极宽的过冷却液体范围。在上述温度范围内，由于即使在不超过几十MPa这样低的压力下也呈现粘性流动，因此这些非晶质合金具有非常良好的可加工性。正如由以下事实所表明的那样藉助一种铸造方法、利用一数量级为几十K/s的冷却率，可以使它们提供一非晶质的大体积材料，因此，它们的特点在于制造方便且十分稳定。前述的Zr-TM-Al和Hf-TM-Al非晶质合金在1991年7月16日授予Masumoto等人的美国专利No.5,032,196中有所揭示，在本文中将该专利的内容引为参考。藉助从熔融状态开始的金属模铸造，以及藉助使用回复到璃态转变范围的粘性流动的模制加工，这些合金能生产出非晶质材料，并能十分忠实地再现一金属模的模腔的形状和尺寸。
用在本发明中的Zr-TM-Al和Hf-Tm-Al非晶质合金所具有的ΔTx的范围非常大，尽管它可以随着合金的成分和确定的方法而改变。例如，Zr60Al15Co2.5Ni7.5Cu15合金(Tg652K，Tx768K)具有一达到116K那样极宽的ΔX范围。它还能提供十分优良的抗氧化性能，即使当它在空气中被加热至Tg的高温时，也极难以氧化。从室温到Tg附近，该合金在各温度时的维氏硬度(Hv)是460(DPN)，其抗拉强度是1,600MPa，其抗弯强度可达3,000Mpa。从室温到Tg附近，该合金的热膨胀系数α只有1×10-5/K那样大，其杨式模量是91Gpa，其压缩状态的弹性极限超过4-5％。而且，合金的韧度较高，从而使摆锤式冲击值落在6-7J/cm2的范围内。虽然这种合金呈现出如以上所述的极高的强度性能，但是，当将这种合金加热至其璃态转变范围时，它所具有的流动压力可降至10MPa附近。因此，这种合金的特点在于加工十分方便，并且只要用低压力就可以制造出微小的部件和形状复杂的高精度部件。而且，由于所谓的玻璃(非晶质)物质的性能，这种合金的特点在于所制造出来的成形(变形)制品具有极光滑的表面，并且基本上不会有形成这样一个步骤的可能，该步骤将会在结晶合金变形过程中当该表面上出现一滑动带时出现。
通常，将非晶质合金加热至其璃态范围并保持较长的一段时间，就可以使非晶质合金开始结晶。相反，前述的具有较宽范围ΔTx的合金可享有一稳定的非晶相，并且当保持在一个适当选择的在ΔTx范围内的温度时，可在高达2小时的持续时间避免产生任何晶体。因此，这些合金的使用者不必为在标准模制过程中出现结晶化现象而感到焦虑。
前述的合金在从熔融态转变成固态的过程中可完全地显示这些特性。通常，非晶质合金的生产需要快速冷却。相反，通过以大约10K/s的速率进行冷却，就可以由处于熔融状态的合金生产出具有单一非晶相的大体积材料。如此成形的固态大体积材料还具有一非常光滑的表面。该合金具有可转印能力，因而即使当金属模的表面因进行磨光加工而产生微米数量级的刮痕，也可以忠实地再现。
因此，当上述的合金被用作为合金材料时，用来生产成形制品的金属模只需要具有能实现制品所需表面质量的模具表面，这是因为这样生产的制品可忠实地再现金属模的表面质量。因此，在传统的金属模铸造方法中，这些合金可允许省略对模制品的尺寸和表面粗糙度加以调节的步骤。
前述的那种具有高抗拉强度和高弯曲强度的非晶质合金的特性是，它具有让人满意的杨式模量、高的弹性极限、和高的抗冲击能力，细的表面光滑度，并且具有高精度的可铸造性能或可加工性。可以有利地应用于各种领域中的成型制品，诸如例如由光纤接头内的套圈(ferrules)和套筒代表的精密部件、齿轮和微型电机。
以上提到的、由通式XaMbAlc表示的非晶质合金具有与以上提到的相同的特征，即使当它们含有比率不超过5原子％的、诸如Ti、C、B、Ge或Bi之类的元素时。
下面，将结合附图所示的各实施例，对本发明进行更具体地描述。
图1示意性地示出了藉助本发明方法制造一非晶质管子的所述装置的一实施例的结构。
一强制冷却铸模10是一由一上模11和一下模20组成的拼合铸模。上模11具有一对形成在其内并且适于确定一铸造制品的外侧尺寸的模腔12a和12b，这些模腔12a和12b通过一横浇道13而相互连通，这样熔融金属就可以通过所述横浇道的那些以预定间距隔开半包围住模腔12a和12b圆周部分14a和14b的前端而流入模腔12a和12b。在上模11中，所形成的通气孔15a和15b是这样的，它自模腔12a和12b的上端起延伸并通过上模的顶侧。这些通气孔15a和15b都与一真空泵3相连。可选择的，如果不与真空泵3相连，可以将通气孔15a和15b用作排放废气的槽沟。
一与上述横浇道13相连通的直浇道(通孔)21形成在下模20的适当位置处。在直浇道21的下方，形成有一凹部22，其形状与一圆柱形原材料容纳部分32的形状相一致，所述圆柱形原材料容纳部分本身构成熔化用容器30的上部。有诸如陶瓷体或导热率较小的金属之类的绝热材料制成的进口环或直浇道套23安装于下模20的直浇道21。直浇道21(直浇道套23的内壁)向下扩张，以形成一截锥形空间，这样熔融合金就可以顺利地引入模腔内。
在上模11内，还有一垂直的通孔16形成在直浇道21上部的上方。在通孔16内，设置有一沿着其下端圆形边缘形成有一刀刃18的杆状切割件17，从而使它可以朝着直浇道21的方向垂直地往复运动。切割件17是由一设置在其上方图中未予示出的液压缸(或一气压缸)来驱动的。一闭合件或闭合杆19插设在切割件17下端和横浇道13之间。如图2中清楚所示的那样，该闭合件19具有若干个凸脊24，这些凸脊从闭合件的相对侧面凸伸出来并与水平地形成在上模内的孔25内的诸凹槽26相啮合，这样，闭合件19就可以在垂直方向、相对于切割件17的运动方向(图面支承方向、垂直于纸面)滑动。在引入熔融合金的过程中，闭合件19将其前端部推入通孔16中以防止熔融合金注入通孔16。在熔融合金已被注入和凝固之后，闭合件19回缩到能将通孔16下部开放的程度，并使切割件17下端的刀刃18凸伸出来直至直浇道21。闭合件19最好是由诸如以上提到的绝热材料制成的。
虽然强制冷却铸模10可以由诸如铜、铜合金、硬质合金或超耐热不锈钢之类的材料制成，但最好是由热容量较大且导热率较大的诸如铜或铜合金之类的材料制成的，以提高注入模腔12a和12b内的熔融合金的冷却速率。上模11内设置有这样一个流道，它能让诸如冷却水或冷却气体之类的冷却介质流过。由于收到空间限制，图中省去了所述流道。
在熔化用容器30的主体31的上部内，所述容器30设置有圆柱形的原材料容纳部分或坩埚32，并且直接设置在下模20的直浇道21的下方，以便使容器30能上下垂直运动。在原材料容纳部分32的原材料容纳孔33中，可滑动地设置有一熔融金属传送件或活塞34，其直径与原材料容纳孔33的直径几乎相同。熔融金属传送件34可以在一图中未予示出的液压缸(或气压缸)柱塞35的作用下垂直运动。设置一作为热源的感应线圈36，以围住熔化用容器30的原材料容纳部分32。至于热源，除了高频感应加热之外，还可以采用任何一种适当的诸如借助电阻加热的方法。原材料容纳部分32的材料和熔融金属传送件34的材料最好都是耐热材料，诸如陶瓷或涂覆有耐热薄膜的金属材料。
为了防止熔融金属形成氧化膜，强制冷却铸模10和熔化用容器30都设置在腔室1内。通过驱动一与腔室1内部相连的真空泵2，可以将所述装置全部保持在真空中。否则，将一诸如氩气之类的惰性气体引入腔室1内，以建立惰性气体气氛，并用所述气氛来笼罩住各相关部件。
在为制造一非晶质合金管子作准备的过程中，首先，将合金原材料A放置在位于熔融金属传送件34上方空的空间内，所述原材料A具有能生成上述非晶质合金的成分，所述熔融金属传送件34则位于原材料容纳部分32内部，同时将熔化用容器30保持在一向下与强制冷却铸模10分离的状态。待使用的合金原材料A可以是呈任何一种形式，诸如棒状、小球形和微粒形。
接下来，驱动真空泵3，以降低腔室2的内压力，或者引入氩气以形成惰性气氛。随后，励磁感应线圈36，以迅速加热合金原材料A。在藉助检测熔融金属的温度确认合金原材料A已熔化之后，使感应线圈36退磁，并升高熔化用容器30，直到其上端插入下模20的凹部22内为止。与此同时，闭合件19推入通孔16的下部，从而堵塞住通孔16和横浇道13之间的连通。
然后，驱动真空泵3，以降低强制冷却铸模10的模腔12a、12b内的压力，使它低于腔室1的压力。随后，驱动液压缸(未示)，以完成熔融金属传送件34的迅速上升以及熔融金属A通过如图2所示的铸模10直浇道21的注入。注入的熔融金属A’是通过横浇道13而向前引入模腔12a、12b，同时受到压缩并在其内迅速凝固。在这种情况下，通过适当设定注入温度、注入速度等，可以得到超过103K/s的冷却速率。
在充填在各模腔内的熔融金属凝固之后，闭合件19回缩以开放通孔16的下部，如图3所示的那样，随后，驱动液压缸(未示)，以实现切割件17的迅速向下推进，随后由其刀刃18来切断凝固材料A”的横浇道部分，如图4所示的那样。与此同时，容纳在直浇道21周缘部分内的凝固材料A”可以被切割件17很方便地切割，因为它能在较低冷却率下冷却，并且由于使用了一种用于直浇道套23和闭合件19的绝热材料，因此可以结晶并脆化。位于直浇道21的被切断部分内的凝固材料A”落入熔化用容器30的原材料容纳部分32内，供再利用。
随后，在熔化用容器30回到如图4中假想线所示的其原始位置并且切割件17已上升之后，闭合件19的前端部就向前进，一直到通孔16的下部关闭为止。
接下来，将上模11和下模20相互分开，并使铸造制品自强制冷却铸模10的内部抽出，从而就完成了制造步骤的第一子步骤(round)。
在制造步骤的下一子步骤中，有需要时，用与上述步骤中相同的合金原材料A来重新充填熔化用容器30，使合金原材料A熔融，使熔化用容器30上升，直到原材料容纳部分32的上端插在下模20的凹部22内为止，熔融金属传送件34如图5所示那样迅速上升，以实行注入作业的所述第二子步骤。随后，重复与上述相同的程序来完成制造步骤的第二子步骤。然后，重复上述程序的该步骤。
在图6和图7中，示出了藉助上述方法而制造的铸造制品的形状。通过将横浇道部分42a和42b从一铸造制品40的圆柱形部分41a和41b上切断下来，并研磨圆柱形部分41a和41b在切断之后所留下的切割面，可以得到这样一些管子，这些管子都具有一忠实地再现铸模模腔表面的平滑表面。虽然铸造制品40的横浇道部分42a和42b和直浇道部分43已经被上述切刀件17所切断，但是，在图6和图7中，它们都处于连接状态，以便于理解图1中示出的强制冷却铸模10的模腔12a和12b、横浇道13以及半圆形部分14a和14b的形状。
上述方法可以制造出尺寸精度L在±0.0005至±0.001mm和表面精度为0.2-0.4μm的管子。
结合图1描述的装置使用了一能形成一对模腔12a和12b的强制冷却铸模10，并且藉助一个步骤就可以制造出两个产品。当然也可以使用一个能形成三个或更多个模腔并且可以制造出很多产品的强制冷却铸模。在图8中示出了制造多个铸造制品的一个实施例。
图8示出了一铸造制品40a，它具有四个与横浇道部分42a和42b相连的圆柱形部分41a、41b、41c和41d。当需要时，藉助一个步骤，通过将多个模腔设置在强制冷却铸模10的直浇道21的周围，可以制造大量的铸造制品。
上述的高压模铸方法可以提供大约100MPa的铸造压力和大约几m/s的注入速度，并具有以下优点。
(1)用熔融金属来充填强制冷却铸模在几毫秒内就可以完成，并且这种快速充填可以大大地提高急冷作用。
(2)熔融金属与强制冷却铸模的高度紧密地接触提高了冷却速度，并且还能精确地模制熔融金属。
(3)可以减少这样一些缺点，诸如因凝固而在铸造制品的收缩过程中可能产生的缩孔。
(4)所述方法可以制造形状复杂或精细的成形制品。
(5)所述方法可以顺利地铸造高粘性的熔融金属。
图9示意性地示出了用来根据本发明方法制造一非晶质合金齿轮的所述装置的一实施例的结构。
在图9所示的装置中，一强制冷却铸模10a是由一上模11a、一下模10a，以及一对侧向相对的模具27和28组成的。这种铸模10a与图1所示的强制冷却铸模10是不同的，其区别在于在上、下模11a和20a以及左模具27和右模具28之间设置了与产品齿轮的轮廓相一致的一对产品模腔29a和29b。由于例如直浇道21a、围绕直浇道21a的直浇道套23a、设置在上方的可垂直移动的切割件17a、设置在下方的闭合件19a之类的铸模构件的材料和结构与如图1所述的强制铸模的相应构件是相同的，因而将不再赘述。
在强制冷却铸模10a的直浇道21a的下方设置一适于沿垂直方向自由往复移动的熔化用容器。由于该熔化用容器的的结构与图1所示的结构相同，所以也不再赘述。强制铸模10a和熔化用容器是设置在腔室1内的。
由于采用图9所示的装置进行生产的过程类似于采用图1所示的装置进行生产的过程，因而不再赘述。
采用图9所示的强制冷却铸模10a可以铸造出如图10所示的由非晶质合金制成的齿轮45。
图11示出了一种利用本发明的另一种方法来生产一种非晶质管子的例子。
该装置具有这样一种结构，即，一强制冷却铸模50的下模51和上模60的布置基本上与图1所示的强制冷却铸模10的上模11和下模20的布置相反。具体地说，下模51具有一对用来限定管子外部尺寸的模腔52a和52b。然后，在模腔52a和52b中，分别设置了用来限定管子内部尺寸的模芯65a和65b。模腔52a和52b通过横浇道53相互沟通，这样，熔融金属可通过以规定距离半围绕模腔52a和52b的周边的横浇道53的部件54a和54b流入模腔52a和52b。在模腔52a、52b和模芯65a、65b之间的空间内设置了可沿垂直方向自由往复运动的熔融金属传送件55a和55b的圆柱形部件。在形成于横浇道53下部的垂直通孔56内设置了一可朝一直浇道移动的切割件57，该切割件57具有一沿其上端的刀刃58。此外，在切割件57的上端和横浇道53之间设置了一可沿垂直于切割件57移动方向滑动的闭合件59。切割件57和闭合件59的结构，以及熔融金属传送件55a和55b、切割件57和闭合件59的工作原理与图1中所示装置中的相同，除了它们的布置情况是相反的。
与上述横浇道53相连通的直浇道(通孔)61形成在上模60的适当位置处，一与圆柱形熔化用容器70的下端一致的凹部62形成在直浇道61的上边缘部内。一由绝热材料制成且具有扩张形内径的直浇道套63安装于上模60的直浇道61，一由绝热材料制成且具有与上述闭合件59相同结构的闭合件64以下述方式设置在直浇道套63的下端部内，即可以使它朝着垂直于直浇道61轴线的方向(切割件57的运动方向)可滑动地运动。
熔化用容器70是一圆柱形的容器，并且是以下述方式直接设置在上模60的直浇道61的上方，即它可以在垂直方向自由地往复运动。它被一感应线圈71所围住。
强制冷却铸模50和熔化用容器70都是设置在腔室1内部，与图1所示的装置相同。
在为藉助图11所示装置制造一管子的准备过程中，首先是降低熔化用容器70。接下来，用合金原材料A来充填熔化用容器70，所述熔化用容器的下端安装在强制冷却铸模50之上模60的凹部62内，而所述合金原材料具有一种能生成诸如以上提到的那些非晶质合金的成分。然后，励磁感应线圈71，以迅速加热合金原材料A。在合金原材料A被熔化后，使感应线圈71退磁，使闭合件64回缩以开放直浇道61的下部，熔融金属传送件55a和55b迅速下降，以在模腔52a和52b中产生负压，藉助横浇道53将熔融金属从直浇道61中吸入模腔52a和52b中，同时，将一高压气体引入熔化用容器70内以压紧所述熔融金属。
在充填各模腔的熔融金属凝固之后，升高熔化用容器70，象图1所示装置那样，闭合件59回缩，以开放通孔56的上部，然后，驱动液压缸(未示)，以引发切割件57的快速向上推进，从而促使切割件57的刀刃58切断凝固材料的横浇道部分。与此同时，容纳在直浇道61内的凝固材料可以被切割件57很方便地切断，因为它能在较低冷却率冷却，并且由于使用了一种用于直浇道套63和闭合件59的绝热材料，因此可以被结晶化和脆化。将位于直浇道61的被切断部分内的凝固材料从上模中除去，以供再利用。
在降低切割件57之后，闭合件59和64的前端部分向前推进并分别封住通孔56的上部和直浇道61的下部。
随后，将上模60和下模51分开，并使熔融金属传送件55a和55b升高，以将铸造制品从强制冷却铸模50中推顶出来，由此完成了制造步骤的第一子步骤。
接下来，将结合试验结果对前述非晶质合金的机械性能进行描述。各试样是按下述方式进行制造的包括Zr60Al15Co2.5Ni7.5Cu15在内并且在下表中列出的各种合金是通过熔化相关的成分金属来制造的。它们均放置在一石英坩埚内，并通过高频感应加热而完全熔化。这种熔液是通过在2Kgf/cm2的气压下、通过一形成在所述坩埚下部内的细孔而注入到一具有一直径为2mm长度为30mm的圆柱形腔的铜制模具内，并在室温下加以保持，以获得一用来测定机械性能的棒状试样。在下表中示出了这种测定结果。
表
从上表中可以清楚地看到，所制得的非晶质合金材料显示出这样的性质其抗弯强度值大大优于以前作为成形陶瓷制品材料所采用的局部稳定的氧化锆(大约1,000MPa)，杨式模量值约为其1/2，硬度值约为其1/3，这表明这些合金材料都具有作为各种成形制品材料所必需的性能。
如上所述，根据本发明，通过采用基于金属模铸造工艺的技术和能呈现璃态转变区域的非晶质合金，哪怕形状再复杂或细致，也可以高效、低成本地生产出具有预定形状、尺寸精度和表面质量的由非晶质合金制成的成形制品。此外，由于本发明所采用的非晶质合金具有极佳的强度、韧性和耐腐蚀性，因此由这种非晶质合金生产的各种精密的成形制品可以承受较长时间的工作，不会有腐蚀、变形、碎屑或其它类似的缺陷。
虽然已在上文中揭示了一些具体实施例，但是，本发明还可以按其它特定形式来实施而不会背离本发明的精神或本质特征。因此，应认为所述的各实施例是说明性的，而不是限制性的，本发明的保护范围应由所附权利要求书来限定，而不是由以上描述来限定，因此，应该认为，在所附权利要求书的涵义和等同物范围内的所有变化都包含在本发明包围内。
权利要求
1.一种用来制造非晶质合金成形制品的方法，其特征在于，它包括在一熔化用容器内熔化一能生成一非晶质合金的合金材料；强行将所得到的熔融合金传送到一至少具有一个模腔的强制冷却铸模内，同时将压力作用在熔融合金上；以及在所述强制冷却铸模内迅速冷却和凝固所述熔融合金，以使合金具有非晶质特性，从而获得一由含非晶相的合金制成的成形制品。
2.一种用来制造非晶质合金成形制品的方法，其特征在于，它包括在一熔化用容器内熔化一能生成一非晶质合金的合金材料，所述熔化用容器具有一上部开放、处于真空或惰性气体气氛中的端部；强行将所得到的熔融合金传送到一至少具有一个模腔的强制冷却铸模内，同时将压力作用在熔融合金上；以及在所述强制冷却铸模内迅速冷却和凝固所述熔融合金，以使合金具有非晶质特性，从而获得一由含非晶相的合金制成的成形制品。
3.一种用来制造非晶质合金成形制品的方法，其特征在于，它包括在一熔化用容器内熔化一能生成一非晶质合金的合金材料，所述熔化用容器具有一上部开放的端部；借助强制冷却铸模的一直浇道、强行将所得到的熔融合金传送到一至少具有一个模腔的强制冷却铸模内，同时将压力作用在熔融合金上；以及在所述强制冷却铸模内迅速冷却和凝固所述熔融合金，由此使合金具有非晶质特性，同时在所述强制冷却铸模的所述直浇道部分内逐渐冷却和凝固所述熔融金属，从而使所述合金在所述部分内结晶；对藉助所述结晶作用而脆化的部分进行切割；以及；使所述熔化用容器与所述强制冷却铸模分开，以获得一由含非晶相的合金制成的成形制品。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，一用来对熔融合金实施强制性传送的熔融金属传送件可动地设置在所述熔化用容器内，从而可以使所述熔融金属传送件将在所述熔化用容器中的熔融合金强制性地传送到所述强制冷却铸模内，同时将压力作用在充填在所述强制冷却铸模模腔内的所述熔融合金上。
5.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，一熔融金属传送件可动地设置在所述强制冷却铸模内，移动所述熔融金属传送件，可以在所述模腔内产生负压，从而实现所述熔融合金强制性传送入所述模腔。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将压力作用在充填模腔的熔融合金上的作业是通过将高压气体作用于熔融合金来进行的。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述熔融合金传送件的横截面与所述强制冷却铸模的所述模腔的轮廓相一致，所述熔融合金传送件可滑动地设置在所述模腔内。
8.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，能生成所述非晶质合金的所述合金材料是藉助高频感应加热或电阻加热来熔化的。
9.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述强制冷却铸模是一水冷却铸模或者气体冷却铸模。
10.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述合金材料是这样一种合金，它具有一由通式XaMbAlc表示且具有生成一非晶质合金的能力的成分，所述非晶质合金具有一温度宽度不小于30K的璃态转变区，在所述通式中，X表示两种元素Zr和Hf中的一种元素或这两种元素，M表示从由Mn、Fe、Co、Ni和Cu组成的小组中选择出来的至少一种元素，a、b和c表示那些分别满足25≤a≤85、5≤b≤70，以及0≤c≤35的原子百分比，所述非晶质合金含有一体积比至少为50％的非晶相。
11.一种用来制造一非晶质合金成形制品的装置，它包括一强制冷却铸模，在其下部具有一直浇道，并且在其内部至少具有一个通过一横浇道与所述直浇道连通的模腔，所述强制冷却铸模具有一切割件，所述切割件设置在所述铸模内，并且在所述直浇道方向可动；一设置在所述铸模下方、可以在所述直浇道方向上运动的熔化用容器，所述熔化用容器设置有一具有一上开放端部的原材料容纳孔，以及一可滑动地设置在所述原材料容纳孔内的熔融合金传送件。
12.一种用来制造非晶质合金成形制品的装置，它包括一具有一下开放端部的垂直可动的熔化用容器；以及一设置在所述熔化用容器下方的强制冷却铸模，所述铸模设置有一可关闭的直浇道，和至少一个模腔，所述模腔适于在与所述熔化用容器的下部紧密接触时通过一横浇道与所述直浇道连通，并且还设有一可在所述模腔内滑动的熔融金属传送件，以及一设置在所述模腔内并可沿所述直浇道方向滑动的切割件。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，该装置还包括一闭合件，该闭合件可在垂直于所述切割件的移动方向上移动，并且是设置在所述切割件和所述横浇道之间。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，它还包括一以下述方式设置在直浇道下端部内的闭合件，即它可以垂直于所述切割件移动方向作可滑动地运动。
15.如权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述闭合件和/或所述直浇道的一周壁部分是由绝热材料制成的。
16.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述强制冷却铸模和所述熔化用容器都设置在真空中或惰性气体气氛下。
17.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述熔融金属传送件可以由一液压缸或一气压缸来驱动。
18.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述强制冷却铸模是一拼合铸模。
全文摘要
一种藉助简单工艺来制造一非晶质合金的成形制品的方法和装置。一模制装置包括一具有一直浇道(21,21a,61)和至少一个与所述直浇道连通的模腔(12a,12b,29a,29b,52a,52b)的强制冷却铸模(10,10a,50);以及一设置在铸模内、可以朝着直浇道方向运动的切割件(17,17a,57);一可以在直浇道方向上运动的熔化用容器(30,70);以及一可滑动地设置在熔化用容器或铸模模腔内的熔融金属传送件(34,55a,55b)。一非晶质成形制品是藉助以下方法而获得的:在一容器内熔化一合金材料;借助熔融金属传送件强行将所得到的熔融合金传送到所述模腔内,同时将压力作用在熔融合金上;在铸模内迅速冷却和凝固所述熔融合金,由此使合金具有非晶质特性,同时在所述铸模的所述直浇道的一部分内逐渐冷却和凝固所述熔融金属,从而使所述合金在所述部分内结晶;借助切割件对藉助所述结晶作用而脆化的部分进行切割;以及使所述熔化用容器与所述铸模分开。
文档编号B22D17/30GK1202402SQ9810780
公开日1998年12月23日 申请日期1998年4月30日 优先权日1997年5月1日
发明者谷口武志, 永洞纯一 申请人:Ykk株式会社