專利名稱：大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型提供一種大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，屬于冶金、材料成形與制備技術領域。
背景技術：
與常見的多晶體金屬材料相比，非晶態(tài)合金(又稱為金屬玻璃)具有高強度、高硬度、高彈性極限、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)異性能。進入二十世紀90年代，人們相繼發(fā)現(xiàn)一些鈀、鋯、鑭合金在107K/秒量級的速率下冷卻即可形成金屬玻璃。采用普通的鑄造技術便可獲得金屬玻璃塊體材料，金屬玻璃的應用展示了令人鼓舞的前景。在過去的十年里，塊體金屬玻璃的研究引起了世界上眾多科學家的興趣，新的研究成果不斷斷涌現(xiàn)。發(fā)展低成本、易于鑄造成為大尺寸塊體材料的新型合金始終是最受關注的目標，同時也是擁有材料最終實用化知識產(chǎn)權的關鍵。
1991年，日本東北大學井上明久研究組采用銅模澆鑄成形直徑4毫米“鎂-銅-釔”三元合金玻璃圓棒。1995年6月，韓國科學家制備了直徑達到14毫米的鎂合金玻璃(見J.Mater.Res.vol.20，2005，p.1465)。鎂基金屬玻璃的斷裂強度可達到800-900兆帕，是普通商業(yè)鎂合金的2~3倍。中國科學院金屬研究沈陽材料科學國家(聯(lián)合)實驗室研制出鎂合金Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11銅模澆注獲得直徑25mm的非晶態(tài)合金圓棒，鎂合金Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11銅模澆鑄的金屬玻璃圓棒直徑可達到25毫米，斷裂強度約1000兆帕(《應用物理快報》，美國物理學會主辦，1995年10月31日出版)。Zr55Al10Ni5Cu30合金獲得的臨界非晶合金尺寸可達直徑30mm(Mater.Trans.JlM，1996(37)，P181)。目前，一些玻璃形成能力很強的價格相對低廉的非晶態(tài)合金相繼見諸報道。例如鋯基、鎂基合金臨界非晶尺寸可以達到10mm以上，臨界冷卻速率降低到了10～100K/s。
實驗室塊體非晶態(tài)合金制備的主要方法有金屬模鑄造、楔形模鑄造、負壓鑄造(真空吸鑄)、壓鑄成形、水淬、定向凝固、射流成形等等。
目前在專利技術中公開的大塊非晶合金的制備有授權專利CN99250780.4介紹了真空氣壓鑄造大塊非晶合金裝置，利用氣體壓力將熔化的合金高速鑄入銅膜中，形成大塊非晶合金；授權專利CN02111709.8介紹了利用旋流器把熔化的鋯基合金分散為細小液滴，液滴下落過程首先被惰性氣體預冷卻，再進入被強制冷卻的冷凝器(鑄型)中完成凝固的制備方法；專利CN03121418.5介紹了利用氣體壓力噴射與真空負壓吸鑄措施，將熔化的合金高速注入水冷銅模獲得非晶體的方法與裝置；專利CN03128762.X介紹的方法是，將合金液澆入到一水冷軋輥的縫隙中形成非晶體。
這些技術的共同點是，合金液在鑄型(銅模、軋輥等)內(nèi)冷卻凝固，合金液與鑄型壁面密切接觸。根據(jù)經(jīng)典液態(tài)合金結晶理論，液態(tài)合金凝固為晶體是一個晶核形成、長大的過程，而冷卻鑄型的壁面能很好地促進晶核的形成與長大，不利于合金向非晶轉化。其次，已經(jīng)見諸報道的方法中，除了專利CN03121418.5介紹的方法之外，非晶合金的大小受到鑄型三維尺寸的局限。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能克服上述缺陷、效率高的大塊非晶合金的連續(xù)制備方法與裝置，其技術方案為一種大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，包括牽引裝置、非晶引錠桿、冷卻裝置、鑄型、坩堝、壓塊、伺服電機、進給機構和若干加熱器，其特征在于增設真空容器和導流與靜置容器，其中鑄型、坩堝和導流與靜置容器及其各自獨立的加熱器均設置在真空容器內(nèi)，導流與靜置容器的兩端分別密封連接坩堝和鑄型，非晶引錠桿密封穿過真空容器置入鑄型，由伺服電機驅動的進給機構密封穿過真空容器，其底部與壓塊連接。
所述的大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，導流與靜置容器的橫截面是鑄型橫截面的2～100倍。
所述的大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，坩堝、導流與靜置容器和鑄型均采用高純石墨制作。
所述的大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，真空容器內(nèi)設置有多個鑄型，分別與導流與靜置容器密封連接；或者真空容器內(nèi)設置有多個導流與靜置容器，分別與坩堝密封連接。
其工作原理為先將非晶引錠桿密封穿過真空容器置入鑄型，然后對真空容器抽真空，再啟動電加熱系統(tǒng)將合金在坩堝中熔化為液態(tài)，合金液在壓塊擠壓下先進入導流與靜置容器中進行保溫、靜置，即而充滿鑄型，啟動冷卻裝置合金液凝固為非晶組織，啟動牽引裝置，液態(tài)合金連續(xù)不斷的變?yōu)榉蔷U。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點1、液態(tài)合金不在鑄型內(nèi)凝固，有利于合金向非晶體轉變，依靠冷卻介質(zhì)的噴射激冷作用轉變?yōu)楣虘B(tài)非晶體，獲得長度方向尺寸很大(理論上可以無限大)的棒狀非晶體；2、導流與靜置容器的設置，計算機自動控制裝置的引入，提高了引錠操作的成功率和連續(xù)生產(chǎn)的能力。


圖1是本實用新型實施例的結構示意圖。
具體實施方式
1、閥門 2、牽引裝置 3、非晶引錠桿 4、真空容器 5、冷卻裝置 6、鑄型 7、加熱器 8、導流與靜置容器 9、合金液 10、計算機自動控制裝置 11、坩堝 12、壓塊 13、進給機構 14、伺服電機在圖1所示的實施例中合金采用鎂基合金Mg65Cu20Zn5Y10，鑄型6、坩堝11和導流與靜置容器8均采用高純石墨制作，和冷卻裝置5一同設置在真空容器4內(nèi)，且各自有受計算機自動控制裝置10控制的加熱器7，導流與靜置容器8的兩端分別密封連接坩堝11和鑄型6，其中導流與靜置容器8的橫截面是鑄型6橫截面的10倍，非晶引錠桿3密封穿過真空容器4置入鑄型6，由伺服電機14驅動的進給機構13密封穿過真空容器4，其底部與壓塊12連接，真空容器4的側璧上設有接抽真空裝置或充氣裝置的閥門1。
采用本實用新型，可以制備直徑5mm、長度10000mm的完全非晶圓棒。
為提高生產(chǎn)效率，真空容器4內(nèi)設置有多個鑄型6，分別與導流與靜置容器8密封連接，或者真空容器4內(nèi)設置有多個導流與靜置容器8，分別與坩堝11密封連接，計算機自動控制裝置10可以控制協(xié)調(diào)牽引裝置3、伺服電機14、冷卻裝置5和多個加熱器7，用以提高引錠操作的成功率，保證連續(xù)生產(chǎn)。
根據(jù)需要，冷卻裝置5也可以設置在真空容器4外。
權利要求1.一種大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，包括牽引裝置(2)、非晶引錠桿(3)、冷卻裝置(5)、鑄型(6)、坩堝(11)、壓塊(12)、伺服電機(14)、進給機構(13)和若干加熱器(7)，其特征在于增設真空容器(4)和導流與靜置容器(8)，其中鑄型(6)、坩堝(11)和導流與靜置容器(8)均設置在真空容器(4)內(nèi)，且各自有獨立的加熱器(7)，導流與靜置容器(8)的兩端分別密封連接坩堝(11)和鑄型(6)，非晶引錠桿(3)密封穿過真空容器(4)置入鑄型(6)，由伺服電機(14)驅動的進給機構(13)密封穿過真空容器(4)，其底部與壓塊(12)連接。
2.如權利要求1所述的大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，其特征在于導流與靜置容器(8)的橫截面是鑄型(6)橫截面的2～100倍。
3.如權利要求1所述的大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，其特征在于坩堝(11)、導流與靜置容器(8)和鑄型(6)均采用高純石墨制作。
4.如權利要求1所述的大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，其特征在于真空容器(4)內(nèi)設置有多個鑄型(6)，分別與導流與靜置容器(8)密封連接。
5.如權利要求1所述的大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，其特征在于真空容器(4)內(nèi)設置有多個導流與靜置容器(8)，分別與坩堝(11)密封連接。
專利摘要本實用新型提供一種大塊非晶合金的連續(xù)制備裝置，包括牽引裝置、非晶引錠桿、冷卻裝置、鑄型、坩堝、壓塊、伺服電機、進給機構和若干加熱器，增設真空容器和導流與靜置容器，鑄型、坩堝和導流與靜置容器及其獨立的加熱器均設置在真空容器內(nèi)，導流與靜置容器的兩端分別密封連接坩堝和鑄型，非晶引錠桿密封穿過真空容器置入鑄型，由伺服電機驅動的進給機構密封穿過真空容器，其底部與壓塊連接。工作時，先將非晶引錠桿密封穿過真空容器置入鑄型，然后對真空容器抽真空，再啟動電加熱系統(tǒng)將合金在坩堝中熔化為液態(tài)，在導流與靜置容器中保溫、靜置后即而充滿鑄型，啟動冷卻裝置合金液凝固為非晶組織，啟動牽引裝置，液態(tài)合金連續(xù)不斷的變?yōu)榉蔷U。
文檔編號B22D11/14GK2889552SQ20062008126
公開日2007年4月18日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權日2006年2月24日
發(fā)明者劉俊成 申請人:山東理工大學