一种块体非晶态合金的制备装置

本技术涉及块体非晶合金的制备装置，具体公开了一种块体非晶态合金的制备装置。

背景技术：

1、固体材料根据其微观原子的排列一般情况下可以分为晶体材料和非晶体材料这两类。所谓晶体材料是指其内部的原子排列呈长程有序结构。非晶体材料指的是其内部的原子排列是长程无序短程有序，其内部结构和我们生活中最为常见的石英玻璃极其相似。正因为非晶态材料内部原子排列呈长程无序短程有序，这就使得非晶态材料和晶态材料相比，不存在晶界，位错等缺陷。因此相对于传统的晶态材料，非晶态材料通常表现出了优异的磁性能，机械性能，耐腐蚀性等特点，在无论是在工业应用还是科学研究方面均表现出了巨大的潜在价值。数十年来，一直是新型材料研究领域的热点。

2、众所周知，要获得非晶态合金需必须要有较高的冷速，这就使得块体非晶合金的制备在尺寸上受到了极大的限制，在此限制条件下，我们一般获得的非晶态合金一般情况是粉末或是薄带。块体体非晶态合金很难制备。近几十年，如何尽可能获得大临界尺寸的块体非晶态合金已经成为非晶态合金研究领域的热点（所谓的块体非晶合金是指材料的任何一维尺寸大于1mm）。

3、现有块体非晶合金的制备方法主要包括以下几种：

4、1、喷铸-吸铸法：喷铸-吸铸技术是制备块体非晶态合金最常用的、也是最为方便的一种方法。这种方法在制备高熔点的块体金属玻璃方面具有其他方法所不能比拟的独特优势。利用铜模的优良的导热性能和高压水流强烈的散热效果，以及吸取吸铸、压铸的特点，可以制备出各种体系的块体非晶态合。这种技术的工作原理简单，设备总共分为六个部分，即（1）真空系统；（2）压力系统；（3）感应电源加热系统；（4）感应加热及喷射系统；（5）测温系统；（6）模具成型系统。利用这种设备制备出的zr-al-ni-cu非晶态合金的最大临界尺寸可以达到30mm；

5、2、定向凝固法：定向凝固法是一种可以连续获得大体积块体金属玻璃的方法，定向凝固法有两个主要的控制参数，即定向凝固速率v和固液界面前沿温度梯度g，定向凝固方法所能达到的冷速可以用下面的方程式计算出来，即rc=gv，可见温度梯度g越大，定向凝固速率v越快，冷却速度就越快，可以制备的非晶态合金的直径就越大。定向凝固法是制备块体金属玻璃时，电弧炉包括一个钨阴极电极和一个水冷铜炉，采用电弧作为热源，通过控制钨阴极电极的移动速度，可以连续生产尺寸较长的非晶态合金棒打方法；

6、3、高压铸造法：1992年，inoue等人用压铸技术制备出了临界尺寸达到7mm的mg-cu-y块体金属玻璃。其主要是由熔炼母合金的缸套与活塞、施加高压的水压机、耐高压的铸造铜模、能够在浇注之前迅速除去坩埚和铜模中气体的抽气系统等组成。缸套与活塞由耐热工具钢制成。母合金在带有高频感应线圈的缸套内，并且在充满氩气的保护环境中熔炼，通过水压推动活塞，将熔融的金属快速推入到铜模中。该设备具有如下的特点。熔体在几毫秒之内完全充入铸型，这将导致更高的冷却速率和更加明显的淬火效果。高压将导致熔体与铸型更紧密的接触，因而使熔体与铸型之间的导热因子增加并加速热流的传出，从而提高了冷却速率。由于凝固收缩引起的疏松等铸造缺陷将减小。即使对于高黏性的熔体，也能够由液体直接形成出复杂形状铸件；

7、4、quenching 技术：此项技术是利用真空装置去除针型石英管中的氧气，然后将充满氩气的针型石英管放入熔炼炉中，使合金在氩气保护环境中熔化，待合金完全融化后利用氩气将液态的合金完全的挤压到针型石英管中，然后将液体的合金快速的放入冰水中，进而的到棒状的非晶态合金。这种方法由于冷速较低，因而适合玻璃化形成能力较大的合金体系。

8、如上所述的“quenching 技术”目前只能应用于科学基础的研究，不具备工业化应用，并且针型石英管的结构为针型，对于全金属体系的块体非晶和熔点超过1700k的合金不能进行块体非晶合金的制备。

9、因此，针对“quenching 技术”目前存在的缺陷，需要提出一种新的技术方案来解决该缺陷。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足之处，本实用新型提供一种块体非晶态合金的制备装置，旨在解决现有“quenching 技术”目前只能应用于科学基础的研究，不具备工业化应用，并且针型石英管的结构为针型，对于全金属体系的块体非晶和熔点超过1700k的合金不能进行块体非晶合金的制备的问题。本实用新型通过利用自制石英玻璃管结合抽真空装置气路的改进、熔炼炉、淬火水槽成功制备出了不同体系的块体非晶态合金。

2、本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种块体非晶态合金的制备装置，包括石英玻璃管、抽真空装置、熔炼炉、水槽、火枪、铁架台，所述铁架台上设有若干个用于固定抽真空装置的管道和固定石英玻璃管的固定夹，所述抽真空装置、火枪、熔炼炉、水槽依次设置，所述石英玻璃管用于装载样品，所述抽真空装置用于对石英玻璃管进行洗气、抽真空，所述火枪用于对合金进行加热熔化，所述熔炼炉用于对针型石英玻璃内的熔化的合金进行加热、保温，所述水槽用于淬火，所述铁架台用于放置石英玻璃管进行加热；

3、所述石英玻璃管为针型石英玻璃管，所述针型石英玻璃管的上端为圆柱形状管，所述针型石英玻璃管的下端设为圆锥形状管，所述圆锥形状管的下端连接有石英细管。

4、具体的，所述针型石英玻璃管的长度为15cm，管径为1.3cm；

5、所述石英细管的直径为1mm，石英细管的长度为10cm。

6、具体的，所述火枪连接有用于流通液化气的液化气管和用于流通氧气的氧气管，所述液化气管和氧气管的管端设有活式接头，活式接头包括与管道连接的母体和套装在针型石英玻璃管上端的密封圈、t型套筒、螺纹套筒，所述活式接头用于连接针型石英玻璃管与液化气管及氧气管的输出端。

7、具体的，所述熔炼炉的炉腔温度大于1473k。

8、本实用新型相对于现有技术的有益效果如下：本实用新型相对于现有技术，装置结构简单，操作便利，安全节能，所制备样品尺寸便于调控，通过利用自制石英玻璃管结合抽真空装置气路的改进、熔炼炉、淬火水槽成功制备出了不同体系的块体非晶态合金。

技术特征：

1.一种块体非晶态合金的制备装置，其特征在于：包括石英玻璃管、抽真空装置、熔炼炉、水槽、火枪、铁架台，所述铁架台上设有若干个用于固定抽真空装置的管道和固定石英玻璃管的固定夹，所述抽真空装置、火枪、熔炼炉、水槽依次设置，所述石英玻璃管用于装载样品，所述抽真空装置用于对石英玻璃管进行洗气、抽真空，所述火枪用于对合金进行加热熔化，所述熔炼炉用于对针型石英玻璃内的熔化的合金进行加热、保温，所述水槽用于淬火，所述铁架台用于放置石英玻璃管进行加热；

2.如权利要求1所述的一种块体非晶态合金的制备装置，其特征在于，所述针型石英玻璃管的长度为15cm，管径为1.3cm；

3.如权利要求1所述的一种块体非晶态合金的制备装置，其特征在于，所述火枪连接有用于流通液化气的液化气管和用于流通氧气的氧气管，所述液化气管和氧气管的管端设有活式接头，活式接头包括与管道连接的母体和套装在针型石英玻璃管上端的密封圈、t型套筒、螺纹套筒，所述活式接头用于连接针型石英玻璃管与液化气管及氧气管的输出端。

4.如权利要求1所述的一种块体非晶态合金的制备装置，其特征在于，所述熔炼炉的炉腔温度大于1473k。

技术总结
本技术公开了一种块体非晶态合金的制备装置，包括石英玻璃管、抽真空装置、熔炼炉、水槽、火枪、铁架台，所述针型石英玻璃管的上端和下端分别为圆柱形状管、圆锥形状管，圆锥形状管的下端还设有石英细管，且石英玻璃管为针型石英玻璃管。该石英玻璃管放置在铁架台上，用于装载样品，经抽真空装置洗气、抽真空，配合火枪加热熔化，配合熔炼炉加热、保温，并于水槽淬火，制得成品。该装置相比较于其他块体非晶制备设备具有结构简单，操作便利，安全节能，所制备样品尺寸可调控，节约资源，降低样品制备成本等优点。并且，能够制备出不同体系的块体非晶态合金，这无论是对非晶态合金领域的基础科学研究还是今后的工业生产应用都具有重要的意义。

技术研发人员：马旭,李强,吴钊峰
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：20230324
技术公布日：2024/1/13