用于凝壳捕集的方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开整体涉及熔融和模塑无定形合金材料以及最大限度减少存在于模塑产品 中的凝壳材料。
【背景技术】
[0002] 在加热并熔融无定形合金之后，如果材料未被均匀加热到高温（以完全熔融），其 中可能会形成晶体或凝壳材料，导致熔融池具有在介于熔融材料和熔融其的容器之间的任 何接口处（例如在底部）形成的凝壳或晶体。无定形合金中有凝壳材料的模塑可能在部件 形成并模塑之后降低其最终质量并劣化其机械性能。
[0003] 因此，减少模塑部件中凝壳或结晶材料的量将会提高其质量，包括但不限于：强度 相关的特性、美观性、耐腐蚀性和无定形均匀度。
【发明内容】
[0004] 一种根据本文实施例的用于改善模塑物件或部件的所提议的解决方案为使用块 体凝固型无定形合金。
[0005] -个方面包括一种柱塞，其被配置为在注塑系统中使用并被配置为将熔融的无定 形合金材料移动到模具中。该柱塞包括柱塞头，柱塞头中具有腔体，腔体被配置为在注入期 间从熔融的无定形合金捕集凝壳材料并捕集到柱塞头之内。
[0006] 另一方面包括一种注塑系统，其包括：被配置为熔融在其中接收的可熔性无定形 合金材料的熔融区，用于对熔融的无定形合金材料进行模塑的模具，以及配置为从熔融区 并向模具中移动熔融的无定形合金材料的柱塞杆。该注塑系统还包括腔体，其被配置为从 熔融的无定形合金捕集凝壳材料，以便大幅减少成品模塑部件中凝壳材料的量。
[0007] 另一方面包括一种制备块体无定形合金部件的方法，包括：提供具有熔融区、柱塞 和模具的注塑装置；提供要在熔融区中熔融的无定形合金材料；向该装置施加真空；在熔 融区中熔融无定形合金材料；在熔融之后利用柱塞将熔融的无定形合金材料移动到模具 中；在注塑装置的腔体中捕集熔融的无定形合金材料的至少一部分；以及将该材料模塑成 块体无定形合金部件。腔体中捕集的恪融无定形合金材料包括来自恪融的无定形合金的凝 壳材料，使得块体无定形合金部件具有更少量的硬化凝壳材料。
[0008] 另一方面包括一种柱塞，其被配置为在注塑系统中使用并被配置为将熔融的无定 形合金材料移动到模具中。该柱塞被配置为在熔融的无定形合金材料进入模具之前引起对 其混合。
[0009] 另一方面包括一种制备模塑部件的方法，包括：提供具有熔融区、柱塞和模具的注 塑装置；提供要在熔融区中熔融的无定形合金材料；向该装置施加真空；在熔融区中熔融 无定形合金材料；在熔融之后利用柱塞将熔融的无定形合金材料移动到模具中；以及将材 料模塑成模塑部件。利用柱塞移动熔融的无定形合金材料引起在熔融的无定形合金材料进 入模具之前对其混合，使得模塑部件具有减少的凝壳材料量。
【附图说明】
[0010] 图1提供了一种示例性块体凝固型无定形合金的温度-粘度图。
[0011] 图2提供了用于一种示例性块体凝固型无定形合金的时间-温度-转变（TTT)图 的示意图。
[0012] 图3示出了根据一个实施例用于实施本文所公开的一种或多种凝壳捕集系统与 方法的注塑系统。
[0013] 图4示出了根据一个实施例，与图3中所示的注塑系统相关联的模具、传送套筒和 熔融区的详细横截面图。
[0014] 图5和图6示出了根据另一个实施例，与图3中所示的注塑系统相关联的柱塞的 柱塞头和模具分别沿图5的线6-6截取的详细截面图和横截面图。
[0015] 图7示出了根据另一个实施例，可用于注塑系统中的图5中所示的柱塞的柱塞头 沿图5的线6-6截取的另选设计的横截面图。
[0016] 图8和图9示出了根据另一个实施例，与图3中所示的注塑系统相关联的柱塞的 柱塞头和模具分别沿图5的线9-9截取的详细截面图和横截面图。
[0017] 图10-图12示出了根据一个实施例在将熔融的材料从熔融区移动到模具时使用 柱塞引起并提供熔融材料混合的详细视图。
[0018] 图13示出了根据另一个实施例可用于注塑系统中以混合熔融材料的柱塞的柱塞 头的另选设计的截面图。
[0019] 图14和图15示出了根据另一个实施例，图3中所示的注塑系统之内通道的详细 截面图和横截面图。
[0020] 图16和图17示出了根据另一个实施例用于从注塑系统中的通路清除刮削或捕集 的凝壳材料的示例性设备与方法。
[0021] 图18示出了根据一个实施例具有要清除的利用横截面如图7所示的柱塞头从捕 集凝壳材料形成的模塑部分的顶出模塑部件的透视图。
[0022] 图19-图21示出了根据另一个实施例可用于注塑系统中的不同柱塞头的另选设 计。
【具体实施方式】
[0023] 在本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请均据此全文以引用方式并入。
[0024] 本文所用冠词"一个"和"一种"是指一个或多于一个（即，至少一个）冠词的语法 对象。以举例的方式，"聚合物树脂"意指一种聚合物树脂或多于一种聚合物树脂。本文所引 用的任何范围均包括端值在内。在本说明书的全文中所用的术语"基本上"和"约"用于描 述并说明小的波动。例如，它们可指小于或等于±5%，诸如小于或等于±2%、诸如小于或 等于±1%、诸如小于或等于±0. 5%、诸如小于或等于±0. 2%、诸如小于或等于±0. 1%、 诸如小于或等于±0.05%。
[0025] 块体凝固型无定形合金或块体金属玻璃（"BMG"）为最近开发的一类金属材料。 这些合金可以相对较慢的速率凝固和冷却，并且它们在室温下保持无定形的非结晶（即， 玻璃态）状态。无定形合金具有许多比其晶态对应物优越的属性。然而，如果冷却速率不 够快，则晶体可能在冷却期间形成于合金内部，使得无定形状态的有益效果可能丧失。例 如，制造块体无定形合金部件的一个挑战在于由缓慢冷却或合金原材料中的杂质所导致的 部件的局部结晶。由于在BMG部件中期望较高程度的无定形度（相反地，较低程度的结晶 度），因此需要开发用于铸造具有受控量的无定形度的BMG部件的方法。
[0026] 图1 (得自美国专利7, 575, 040)不出了来自由Liquidmetal Technology制造的 Zr-Ti-Ni-Cu-Be族VIT-001系列的示例性块体凝固型无定形合金的粘度-温度曲线 图。应当指出的是，在形成无定形固体期间，不存在块体凝固型无定形金属的明显液体/固 体转变。随着过冷却逐渐扩大，熔融的合金变得越来越粘，直至其在大约玻璃化转变温度处 接近固体形式。因此，块体凝固型无定形合金的凝固前沿的温度可为大约玻璃化转变温度， 其中出于拔出经淬火的无定形片材产品的目的，合金将实际上充当固体。
[0027] 图2(得自美国专利7, 575, 040)示出了一种示例性块体凝固型无定形合金的时 间-温度-转变（TTT)冷却曲线图或TTT图示。与常规金属一样，块体凝固型无定形金属 在冷却时不会经历液体/固体结晶转变。相反，随着温度降低（接近玻璃化转变温度Tg)， 在高温（接近"熔融温度"Tm)下发现的高度流体化的非晶态形式的金属变得更粘，最终呈 现常规固体的外在物理特性。
[0028] 尽管对于块体凝固型无定形金属并不存在液体/结晶转变，但可将"熔融温度"Tm 定义为对应结晶相的热力学液相线温度。在该机构下，在熔融温度下的块体凝固型无定形 合金的粘度可处于约〇. 1泊至约10, 〇〇〇泊的范围内，并且甚至有时低于〇. 01泊。在"熔融 温度"下的较低粘度将提供使用块体凝固型无定形金属对壳体/模具的复杂精细部分进行 更快且完全的填充，以用于形成BMG部件。此外，熔融金属形成BMG部件的冷却速率应使得 在冷却期间的时间-温度曲线不横向穿过界定图2的TTT图中的结晶区的鼻形区域。在图 2中，Tnose为其中结晶最为迅速且在最短时间尺度内发生的临界结晶温度Tx。
[0029] 过冷液相区（介于Tg与Tx之间的温度区）是阻止块体凝固型合金的结晶的卓越 稳定性的体现。在该温度区内，块体凝固型合金可作为高粘性液体而存在。块体凝固型合 金在过冷液相区中的粘度可在玻璃化转变温度下的IO 12Pa · s低至结晶温度（过冷液相区 的高温极限）下的IO5Pa · s之间变化。具有这种粘度的液体可在所施加的压力下经受基 本的塑性应变。本文的实施例使用过冷液相区中的较大塑性成形性作为成形和分离方法。
[0030] 需要对Tx进行一些阐释。在技术上，TTT图中所示的鼻形曲线将Tx描述为温度和 时间的函数。因此，不管在加热或冷却金属合金时采取的是何种轨线，当碰到TTT曲线时， 就已达到Τχ。在图2中，将Tx示出为虚线，因为Tx可从接近Tm变化至接近Tg。
[0031] 图2的示意性TTT图示出了在时间-温度轨线（示出为（1)，作为示例性轨线）不 碰到TTT曲线的情况下，从处于或高于Tm至低于Tg的压铸加工方法。在压铸期间，成形与 快速冷却基本上同时发生，以避免轨线碰到TTT曲线。在时间温度轨线（示出为（