一種真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模及其製備方法與流程
2023-11-11 06:54:42 2
本發明涉及功能材料、材料加工、材料成型與製備等多個領域，特別是涉及一種真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模。此外，本發明還涉及一種製備上述真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法。
背景技術：
大塊非晶合金非晶合金具備許多優異性能，如高硬度、高強度、高電阻、耐蝕及耐磨等。大塊體非晶合金材料的迅速發展，為材料科研工作者和工業界研究開發高性能的功能材料和結構材料提供了十分重要的機會和巨大的開拓空間。目前，塊體非晶合金的研究方向主要集中在製備、性能和穩定性方面，而它的一個製備方法主要採用的是銅模真空吸鑄法。製備大塊非晶合金最普遍、最實用的方法就是真空吸鑄法。該方法最大一個優勢在於其工藝過程中控制因素比較少，只有熔體溫度、吸入速度等，所以能相對簡便地製備出塊體非晶合金。其製備的工藝過程是：首先，將熔化腔抽成真空，並在充入氬氣做保護氣體的情況下，利用電弧熔煉的方法將配置完好的母合金融化，要重複融化3-5次，待其熔化均勻後，再利用熔化腔與銅模之間的產生的氣壓差，將融化態母合金吸入銅模；由於銅模及其外側循環冷卻水的共同作用下產生極大的冷卻速率，使得液態母合金迅速冷卻，從而來製備出所需要的大塊非晶合金。
然而，目前我們所用的銅模真空吸鑄法製備大塊非晶合金時，銅模底部加工的螺紋孔與螺釘之間的配合使得在使用過程中經常一些問題，比如：當螺紋孔與螺釘過盈或過渡配合時，吸鑄過程中會由於通氣不暢而導致液態母合金充型不完整或空心化等問題；當螺紋孔與螺釘間隙配合時，若間隙過大會導致吸鑄過程中螺釘容易脫落，這樣可能會漏料導致吸鑄管道堵塞，從而使得設備損壞或漏氣嚴重，而當間隙比較合適時又會給我們的加工要求增加一定的難度。
綜上所述，如何提供一種銅模使其在吸鑄過程中既能保持良好的通氣又能防止漏料，是目前本領域技術人員急需解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模，該真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模在吸鑄過程中既能保持良好的通氣又能防止漏料；本發明的另一目的是提供一種製備上述真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法。
為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：
一種真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模，包括銅模本體，所述銅模本體包括若干塊截面為扇形且可構成圓柱體的分銅模，所述分銅模的兩端具有螺紋，所述銅模本體通過固定螺母將所述分銅模固定為整體銅模，所述銅模本體的縱向軸心處開設有型腔，所述銅模本體的上端開設有與所述型腔連通的熔煉凹腔，所述熔煉凹腔和所述型腔之間連通有吸鑄口，所述銅模本體的下端開設有與所述型腔連通的通氣口，所述通氣口的側壁上距離所述型腔設定距離處開設有與縱向軸心垂直的開孔，所述開孔中插入有銷釘。
優選地，所述銅模本體包括兩塊對稱的半銅模。
優選地，所述吸鑄口預留於所述熔煉凹腔底部1-3mm處。
優選地，所述熔煉凹腔為半凹球坩堝狀，所述熔煉凹腔的直徑與所述銅模本體的外徑相同。
優選地，所述型腔、所述吸鑄口、所述熔煉凹腔以及所述通氣口的軸線重合。
本發明還提供一種真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法，包括步驟：
將圓柱形銅胚加工成設定尺寸的銅模本體，在所述銅模本體的兩端加工出螺紋；
將所述銅模本體沿縱向軸心切割成若干塊分銅模，在所述銅模本體的兩端螺紋處用固定螺母固定；
在所述銅模本體的下端加工通氣口，在所述通氣口的側壁上距離型腔設定距離處開設與縱向軸心垂直的開孔，在所述開孔中插入銷釘；
在所述銅模本體的上端加工熔煉凹腔，在熔煉凹腔底部加工吸鑄口；
將所述固定螺母擰下，在每塊所述分銅模上沿縱向軸心方向加工出型腔。
優選地，所述將所述銅模本體沿縱向軸心切割成若干塊分銅模具體為用線切割將所述銅模本體切割成對稱的兩塊半銅模。
本發明所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模，包括銅模本體，銅模本體包括若干塊分銅模，分銅模的截面為扇形，若干塊分銅模可構成圓柱體。每塊分銅模的兩端的外側具有螺紋，也就是銅模本體的兩端具有螺紋，銅模本體通過固定螺母將分銅模固定為整體銅模。銅模本體的縱向軸心處開設有型腔，型腔的形狀不受限制，具體形狀可以根據實際應用情況而定。銅模本體的上端開設有熔煉凹腔，熔煉凹腔與型腔連通，熔煉凹腔和型腔之間連通有吸鑄口。銅模本體的下端開設有通氣口。通氣口與型腔連通，通氣口的側壁上距離型腔設定距離處開設有開孔，開孔與與銅模本體的縱向軸心垂直，為圓柱孔，開孔中插入有銷釘。
本發明所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模，將傳統銅模底部的螺釘與螺紋孔改成用側插銷釘，通過調節銷釘的位置來控制吸鑄過程中的通氣流暢性。銷釘與開孔的配合在吸鑄過程中，既能保證保持良好的通氣，又能保證母合金不容易漏到吸鑄管道損壞設備，防止漏料；還能保證吸鑄過程中銷釘位置的穩定性，不易脫落，吸鑄出的非晶合金均勻緻密、性能穩定、形狀完整。
本發明還提供一種真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法，包括步驟：將圓柱形銅胚加工成設定尺寸的銅模本體，設定尺寸可以按非自耗真空電弧爐水冷銅模腔尺寸確定，尺寸較為匹配。在銅模本體的兩端加工出螺紋，和與螺紋匹配的固定螺母，用於後續固定使用。將銅模本體沿縱向軸心切割成若干塊分銅模，具體數量不受限制，可以根據具體使用情況而定。在銅模本體的兩端螺紋處用固定螺母固定，將分銅模緊固為整體銅模。在銅模本體的下端加工通氣口，在通氣口的側壁上距離型腔設定距離處開設與縱向軸心垂直的開孔，比如鑽一個直徑為2.5-3.5mm的圓柱小孔在開孔中插入與開孔匹配的銷釘，通過調節銷釘的位置來控制吸鑄過程中的通氣流暢性。在銅模本體的上端加工熔煉凹腔，在熔煉凹腔底部加工吸鑄口，具體的，可以在上端沿軸心向下加工與銅模本體外徑大小的凹球型坩堝狀熔煉凹腔，沿軸心從圓錐頂向下加工圓孔狀吸鑄口直達坩堝狀型腔底以下1-3mm。將固定螺母擰下，分開若干塊分銅模，在每塊分銅模上根據銅模腔尺寸沿縱向軸心方向加工出所需要形狀的型腔。本發明所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法，既能保證保持良好的通氣，又能保證母合金不容易漏到吸鑄管道損壞設備，防止漏料；還能保證吸鑄過程中銷釘位置的穩定性，不易脫落，吸鑄出的非晶合金均勻緻密、性能穩定、形狀完整。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明中一種具體實施方式所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的結構示意圖；
圖2為圖1中A-A處的結構示意圖。
附圖中標記如下：
1-熔煉凹腔、2-吸鑄口、3-螺紋、4-銅模本體、5-型腔、6-銷釘、7-通氣口、8-固定螺母。
具體實施方式
本發明的核心是提供一種真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模，該真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模在吸鑄過程中既能保持良好的通氣又能防止漏料；本發明的另一核心是提供一種製備上述真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參考圖1和圖2，圖1為本發明中一種具體實施方式所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的結構示意圖；圖2為圖1中A-A處的結構示意圖。
在一種具體實施方式中，本發明所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模，包括銅模本體4，銅模本體4包括若干塊分銅模，分銅模的截面為扇形，若干塊分銅模可構成圓柱體。每塊分銅模的兩端的外側具有螺紋3，也就是銅模本體4的兩端具有螺紋3，銅模本體4通過固定螺母8將分銅模固定為整體銅模。銅模本體4的縱向軸心處開設有型腔5，型腔5的形狀不受限制，具體形狀可以根據實際應用情況而定。銅模本體4的上端開設有熔煉凹腔1，熔煉凹腔1與型腔5連通，熔煉凹腔1和型腔5之間連通有吸鑄口2。銅模本體4的下端開設有通氣口7。通氣口7與型腔5連通，通氣口7的側壁上距離型腔5設定距離處開設有開孔，開孔與與銅模本體4的縱向軸心垂直，為圓柱孔，開孔中插入有銷釘6。
本發明所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模，將傳統銅模底部的螺釘與螺紋3孔改成用側插銷釘6，通過調節銷釘6的位置來控制吸鑄過程中的通氣流暢性。銷釘6與開孔的配合在吸鑄過程中，既能保證保持良好的通氣，又能保證母合金不容易漏到吸鑄管道損壞設備，防止漏料；還能保證吸鑄過程中銷釘6位置的穩定性，不易脫落，吸鑄出的非晶合金均勻緻密、性能穩定、形狀完整。
上述真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模僅是一種優選方案，具體並不局限於此，在此基礎上可根據實際需要做出具有針對性的調整，從而得到不同的實施方式，銅模本體4包括兩塊對稱的半銅模，也就是說分銅模的數量為兩塊，結構較為簡單，易於分割。
在上述具體實施方式的基礎上，本領域技術人員可以根據具體場合的不同，對真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模進行若干改變，吸鑄口2預留於熔煉凹腔1底部1-3mm之間任意值，包括端點值，比如2mm，大小適中。
顯然，在這種思想的指導下，本領域的技術人員可以根據具體場合的不同對上述具體實施方式進行若干改變，熔煉凹腔1為半凹球坩堝狀，熔煉凹腔1的直徑與銅模本體4的外徑相同，熔煉凹腔1的內腔較大，易於熔煉。
需要特別指出的是，本發明所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模不應被限制於此種情形，型腔5、吸鑄口2、熔煉凹腔1以及通氣口7的軸線重合，對稱分布，結構較為簡單，吸鑄出的非晶合金均勻緻密、性能穩定、形狀完整。
本發明還提供一種真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法，包括步驟：將圓柱形銅胚加工成設定尺寸的銅模本體4，銅模本體4可以由紫銅圓柱機加工製備而成，設定尺寸可以按非自耗真空電弧爐水冷銅模腔尺寸確定，尺寸較為匹配。在銅模本體4的兩端加工出螺紋3，和與螺紋3匹配的固定螺母8，用於後續固定使用。將銅模本體4沿縱向軸心切割成若干塊分銅模，具體數量不受限制，可以根據具體使用情況而定。在銅模本體4的兩端螺紋3處用固定螺母8固定，將分銅模緊固為整體銅模。在銅模本體4的下端加工通氣口7，在通氣口7的側壁上距離型腔5設定距離處開設與縱向軸心垂直的開孔，比如鑽一個直徑為2.5-3.5mm的圓柱小孔在開孔中插入與開孔匹配的銷釘6，通過調節銷釘6的位置來控制吸鑄過程中的通氣流暢性。在銅模本體4的上端加工熔煉凹腔1，在熔煉凹腔1底部加工吸鑄口2，具體的，可以在上端沿軸心向下加工與銅模本體4外徑大小的凹球型坩堝狀熔煉凹腔1，沿軸心從圓錐頂向下加工圓孔狀吸鑄口2直達坩堝狀型腔5底以下1-3mm。將固定螺母8擰下，分開若干塊分銅模，在每塊分銅模上根據銅模腔尺寸沿縱向軸心方向加工出所需要形狀的型腔5。本發明所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法，既能保證保持良好的通氣，又能保證母合金不容易漏到吸鑄管道損壞設備，防止漏料；還能保證吸鑄過程中銷釘6位置的穩定性，不易脫落，吸鑄出的非晶合金均勻緻密、性能穩定、形狀完整。
本發明所提供的真空吸鑄法製備大塊非晶合金的銅模的製備方法，在其它部件不改變的情況下，將銅模本體4沿縱向軸心切割成若干塊分銅模具體為用線切割將銅模本體4切割成對稱的兩塊半銅模，結構簡單，易於加工，精確度較高。
舉例說明，真空吸鑄法製備大塊非晶合金的製備過程；
具體實例1：
根據製備樣品形狀、大小，計算所需母合金理論質量，然後將純度為99.9％的Zr、純度為99.8％的Cu、純度為99.98％的Ni、純度為99.5％的Al和純度為99.9％的Y按Zr54Cu19Ni10Al15Y2名義成分進行配料，置於真空電弧爐中；
對電弧爐抽真空，當達到低真空3Pa的真空度後再進行抽高真空，當高真空達到3x10-3Pa時充入氬氣至一個大氣壓，在氬氣的保護下先熔鈦錠吸殘餘氧，再將合金重複熔煉3～5次成母合金；
打開爐腔取出鈦錠和母合金進行表面打磨，打磨完之後放入爐腔中再進行抽真空和充氬氣保護，然後啟動電弧將熔煉凹腔1中母合金熔化成液體，打開吸鑄閥的瞬間緊接著關閉電弧電源，利用爐腔和真空泵之間產生的壓力差將合金液吸入銅模內的型腔5中；
冷卻數分鐘後，取出銅模，取出製備的片體形狀Zr54Cu19Ni10Al15Y2大塊非晶合金試樣；得到的非晶合金樣品填充效果好、合金均勻緻密，均未出現漏料現象。
具體實例2：
根據製備樣品形狀、大小，計算所需母合金理論質量，然後將純度為99.9％的Zr、純度為99.8％的Cu、純度為99.5％的Al和純度為99.9％的Y按Cu46Zr42Al7Y5名義成分進行配料，置於真空電弧爐中；
對電弧爐抽真空，當達到低真空3Pa的真空度後再進行抽高真空，當高真空達到3x10-3Pa時充入氬氣至一個大氣壓，在氬氣的保護下先熔鈦錠吸殘餘氧，再將合金重複熔煉3～5次成母合金；
打開爐腔取出鈦錠和母合金進行表面打磨，打磨完之後放入爐腔中再進行抽真空和充氬氣保護，然後啟動電弧將熔煉凹腔1中母合金熔化成液體，打開吸鑄閥的瞬間緊接著關閉電弧電源，利用爐腔和真空泵之間產生的壓力差將合金液吸入銅模內的型腔5中；
冷卻數分鐘後，取出銅模，取出製備的片體形狀Cu46Zr42Al7Y5大塊非晶合金試樣；得到的非晶合金樣品填充效果好、合金均勻緻密，均未出現漏料現象。
具體實例3：
根據製備樣品形狀、大小，計算所需母合金理論質量，然後將純度為99.9％的Zr、純度為99.8％的Cu、純度為99.5％的Al和純度為99.98％的Ni按Zr63.8Cu7.6Al11.4Ni17.2名義成分進行配料，置於真空電弧爐中；
對電弧爐抽真空，當達到低真空3Pa的真空度後再進行抽高真空，當高真空達到3x10-3Pa時充入氬氣至一個大氣壓，在氬氣的保護下先熔鈦錠吸殘餘氧，再將合金重複熔煉3～5次成母合金；
打開爐腔取出鈦錠和母合金進行表面打磨，打磨完之後放入爐腔中再進行抽真空和充氬氣保護，然後啟動電弧將熔煉凹腔1中母合金熔化成液體，打開吸鑄閥的瞬間緊接著關閉電弧電源，利用爐腔和真空泵之間產生的壓力差將合金液吸入銅模內的型腔5中；
冷卻數分鐘後，取出銅模，取出製備的片體形狀Zr63.8Cu7.6Al11.4Ni17.2大塊非晶合金試樣；得到的非晶合金樣品填充效果好、合金均勻緻密，均未出現漏料現象。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語上、下等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。