制备大块非晶合金的热型连铸方法与装置的制作方法

专利名称：制备大块非晶合金的热型连铸方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明提供一种制备大块非晶合金的热型连铸方法与装置，属于冶金、材料成形与制备技术领域。
背景技术：
与常见的多晶体金属材料相比，非晶态合金(又称为金属玻璃)具有高强度、高硬度、高弹性极限、耐腐蚀、耐磨损等优异性能。进入二十世纪90年代，人们相继发现一些钯、锆、镧合金在102K/秒量级的速率下冷却即可形成金属玻璃。采用普通的铸造技术便可获得金属玻璃块体材料，金属玻璃的应用展示了令人鼓舞的前景。在过去的十年里，块体金属玻璃的研究引起了世界上众多科学家的兴趣，新的研究成果不断断涌现。发展低成本、易于铸造成为大尺寸块体材料的新型合金始终是最受关注的目标，同时也是拥有材料最终实用化知识产权的关键。
1991年，日本东北大学井上明久研究组采用铜模浇铸成形直径4毫米“镁-铜-钇”三元合金玻璃圆棒。1995年6月，韩国科学家制备了直径达到14毫米的镁合金玻璃(见J.Mater.Res.vol.20，2005，p.1465)。镁基金属玻璃的断裂强度可达到800-900兆帕.是普通商业镁合金的2～3倍。中国科学院金属研究沈阳材料科学国家(联合)实验室研制出镁合金Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11铜模浇注获得直径25mm的非晶态合金圆棒，镁合金Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11铜模浇铸的金属玻璃圆棒直径可达到25毫米，断裂强度约1000兆帕(《应用物理快报》，美国物理学会主办，1995年10月31日出版)。Zr55Al10Ni5Cu30合金获得的临界非晶合金尺寸可达直径30mm(Mater.Trans.JIM，1996(37)，P181)。目前，一些玻璃形成能力很强的价格相对低廉的非晶态合金相继见诸报道。例如锆基、镁基合金临界非晶尺寸可以达到10mm以上，临界冷却速率降低到了10～100K/s。
实验室块体非晶态合金制备的主要方法有金属模铸造、楔形模铸造、负压铸造(真空吸铸)、压铸成形、水淬、定向凝固、射流成形等等。
日前在专利技术中公开的大块非晶合金的制备有授权专利CN99250780.4介绍了真空气压铸造大块非晶合金装置，利用气体压力将熔化的合金高速铸入铜膜中，形成大块非晶合金；授权专利CN02111709.8介绍了利用旋流器把熔化的锆基合金分散为细小液滴，液滴下落过程首先被惰性气体预冷却，再进入被强制冷却的冷凝器(铸型)中完成凝固的制备方法；专利CN03121418.5介绍了利用气体压力喷射与真空负压吸铸措施，将熔化的合金高速注入水冷铜模获得非晶体的方法与装置；专利CN03128762.X介绍的方法是，将合金液浇入到一水冷轧辊的缝隙中形成非晶体。
这些技术的共同点是，合金液在铸型(铜模、轧辊等)内冷却凝固，合金液与铸型壁面密切接触。根据经典液态合金结晶理论，液态合金凝固为晶体是一个晶核形成、长大的过程，而冷却铸型的壁面能很好地促进晶核的形成与长大，不利于合金向非晶转化。其次，已经见诸报道的方法中，除了专利CN03121418.5介绍的方法之外，非晶合金的大小受到铸型三维尺寸的局限。

发明内容
本发明的目的是提供一种高效率的制备大块非晶合金的热型连铸方法与装置，其技术方案为一种制备大块非晶合金的热型连铸方法，其特征在于采用热型连铸技术连续制备大块非晶合金。
为实现上述目的，所述的制备大块非晶合金的热型连铸方法，其制备步骤依次为a、坩锅、导流与静置容器及铸型安装在真空容器内，将非晶引锭杆密封穿过真空容器置入铸型；b、对真空容器抽真空，然后启动电加热系统，待合金在坩埚中熔化为液态，合金液在压块挤压下先进入导流与静置容器进行保温和静置处理，即而充满铸型，启动冷却装置，液态合金凝固为非晶组织；c、启动非晶杆牵引装置，液态合金连续不断的变为非晶杆。
为实现上述目的，所述的制备大块非晶合金的热型连铸方法，在步骤b中，如果合金含有高蒸汽压的组分，在合金熔化之前对真空容器充入高纯惰性保护气体，其压力略大于外界空气的大气压力，以拟制合金组分的挥发。
为实现上述目的，所述的制备大块非晶合金的热型连铸方法，如果真空容器内一直保持真空状态且冷却装置设置在真空容器内，则采用油类或其它蒸气压较低的冷却介质。
为实现上述目的所采用的装置，包括牵引装置、非晶引锭杆、冷却装置、铸型、坩埚、压块、伺服电机、进给机构和若干加热器，其特征在于增设真空容器和导流与静置容器，其中铸型、坩埚和导流与静置容器均设置在真空容器内，且各自有独立的加热器，导流与静置容器的两端分别密封连接坩埚和铸型，非晶引锭杆密封穿过真空容器置入铸型，由伺服电机驱动的进给机构密封穿过真空容器，其底部与压块连接。
为实现上述目的，所述的大块非晶合金的连续制备装置，导流与静置容器的横截面是铸型横截面的2～100倍。
为实现上述目的，所述的大块非晶合金的连续制备装置，坩埚、导流与静置容器和铸型均采用高纯石墨制作。
为实现上述目的，所述的大块非晶合金的连续制备装置，真空容器内设置有多个铸型，分别与导流与静置容器密封连接；或者真空容器内设置有多个导流与静置容器，分别与坩埚密封连接。
与现有非晶合金制备技术相比，本发明特点是液态合金不在铸型内凝固，有利于合金向非晶体转变，依靠冷却介质的喷射激冷作用转变为固态非晶体，获得长度方向尺寸很大(理论上可以无限大)的棒状非晶体。与传统热型连铸技术相比，导流与静置容器的设置，计算机自动控制装置的引入，提高了引锭操作的成功率和连续生产的能力。


图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施例方式
1、阀门 2、牵引装置 3、非晶引锭杆 4、真空容器 5、冷却装置 6、铸型 7、加热器 8、导流与静置容器 9、合金液 10、计算机自动控制装置 11、坩埚 12、压块 13、进给机构 14、伺服电机在图1所示的实施例中合金采用镁基合金Mg65Cu20Zn5Y10，铸型6、坩埚11和导流与静置容器8均采用高纯石墨制作，和冷却装置5一同设置在真空容器4内，且分别有受计算机自动控制装置10控制的独立的加热器7，导流与静置容器8的两端分别密封连接坩埚11和铸型6，其中导流与静置容器8的横截面是铸型6横截面的10倍，非晶引锭杆3密封穿过真空容器4置入铸型6，由伺服电机14驱动的进给机构13密封穿过真空容器4，其底部与压块12连接，真空容器4的侧璧上设有接抽真空装置或充气装置的阀门1。
采用热型连铸技术连续制备大块非晶合金，其制备步骤依次为(1)将非晶引锭杆3密封穿过真空容器4置入铸型6；(2)阀门1接通抽真空装置，由抽真空装置对真空容器4抽真空，然后经计算机自动控制装置10启动各自的电加热器7分别对坩埚11、导流与静置容器8和铸型6进行加热，在合金熔化之前阀门1接通充气装置，经阀门1对真空容器4充入高纯惰性保护气体，其压力略大于外界空气的大气压力，以拟制合金组分的挥发；待合金在坩埚11中熔化为液态，经计算机自动控制装置10启动伺服电机14，控制压块12压入坩埚11的合金液9中，合金液9在压块12挤压下先进入导流与静置容器8进行保温和静置处理，即而充满铸型6，经计算机自动控制装置10启动冷却装置5，液态合金激冷条件下凝固为非晶组织；(3)启动非晶杆牵引装置2，液态合金连续不断地变为非晶杆。
采用本发明，可以制备直径5mm、长度10000mm的完全非晶圆棒。
在本制备方法中，如果真空容器4内一直保持真空状态且冷却装置5设置在真空容器4内，则采用油类或其它蒸汽压较低的冷却介质。如果真空容器内一直保持真空状态且冷却装置设置在真空容器内，则采用油类或其它蒸气压较低的冷却介质。
为提高生产效率，真空容器4内设置有多个铸型6，分别与导流与静置容器8密封连接；或者真空容器4内设置有多个导流与静置容器8，分别与坩埚11密封连接；计算机自动控制装置10可以控制协调牵引装置3、伺服电机14、冷却装置5和多个加热器7，用以提高引锭操作的成功率，保证连续生产。
权利要求
1.一种制备大块非晶合金的热型连铸方法，其特征在于采用热型连铸技术连续制备大块非晶合金。
2.如权利要求1所述的制备大块非晶合金的热型连铸方法，其特征在于制备步骤依次为a、坩锅(11)、导流与静置容器(8及铸型(6)安装在真空容器(4)内，将非晶引锭杆(3)密封穿过真空容器(4)置入铸型(6)；b、对真空容器(4)抽真空，然后启动电加热系统，待合金在坩埚(11)中熔化为液态，合金液在压块(12)挤压下进入导流与静置容器(8)进行保温和静置处理，即而充满铸型(6)，启动冷却装置(5)，液态合金凝固为非晶组织；c、启动非晶杆牵引装置(2)，液态合金连续不断的变为非晶杆。
3.如权利要求2所述的制备大块非晶合金的热型连铸方法，其特征在于在步骤b中，如果合金含有高蒸汽压的组分，在合金熔化之前对真空容器(4)充入高纯惰性保护气体，其压力略大于外界空气的大气压力。
4.如权利要求2所述的制备大块非晶合金的热型连铸方法，其特征在于如果真空容器(4)内一直保持真空状态且冷却装置(5)设置在真空容器(4)内，则采用油类或其它蒸气压较低的冷却介质。
5.一种实现如权利要求1所述制备大块非晶合金的热型连铸方法的装置，包括牵引装置(2)、非晶引锭杆(3)、冷却装置(5)、铸型(6)、坩埚(11)、压块(12)、伺服电机(14)、进给机构(13)和若干加热器(7)，其特征在于增设真空容器(4)和导流与静置容器(8)，其中铸型(6)、坩埚(11)和导流与静置容器(8)均设置在真空容器(4)内，且各自有独立的加热器(7)，导流与静置容器(8)的两端分别密封连接坩埚(11)和铸型(6)，非晶引锭杆(3)密封穿过真空容器(4)置入铸型(6)，由伺服电机(14)驱动的进给机构(13)密封穿过真空容器(4)，其底部与压块(12)连接。
6.如权利要求4所述的大块非晶合金的连续制备装置，其特征在于导流与静置容器(8)的横截面是铸型(6)横截面的2～100倍。
7.如权利要求4所述的大块非晶合金的连续制备装置，其特征在于坩埚(11)、导流与静置容器(8)和铸型(6)均采用高纯石墨制作。
8.如权利要求4所述的大块非晶合金的连续制备装置，其特征在于真空容器(4)内设置有多个铸型(6)，分别与导流与静置容器(8)密封连接。
9.如权利要求4所述的大块非晶合金的连续制备装置，其特征在于真空容器(4)内设置有多个导流与静置容器(8)，分别与坩埚(11)密封连接。
全文摘要
本发明提供一种制备大块非晶合金的热型连铸方法与装置，其特征在于采用热型连铸技术连续制备大块非晶合金，该装置包括牵引装置、非晶引锭杆、冷却装置、铸型、坩埚、压块、伺服电机、进给机构和若干加热器，增设真空容器和导流与静置容器，其中铸型、坩埚和导流与静置容器均设置在真空容器内，且有独立的加热器，导流与静置容器的两端分别密封连接坩埚和铸型，非晶引锭杆密封穿过真空容器置入铸型，由伺服电机驱动的进给机构密封穿过真空容器，其底部与压块连接。本方法和装置可以实现大块非晶的高效率连续制备。
文档编号B22D11/14GK101024243SQ200610042590
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月24日 优先权日2006年2月24日
发明者刘俊成 申请人:山东理工大学