本發(fā)明涉及功能材料、材料加工、材料成型與制備等多個(gè)領(lǐng)域，特別是涉及一種真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模。此外，本發(fā)明還涉及一種制備上述真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法。

背景技術(shù)：

大塊非晶合金非晶合金具備許多優(yōu)異性能，如高硬度、高強(qiáng)度、高電阻、耐蝕及耐磨等。大塊體非晶合金材料的迅速發(fā)展，為材料科研工作者和工業(yè)界研究開(kāi)發(fā)高性能的功能材料和結(jié)構(gòu)材料提供了十分重要的機(jī)會(huì)和巨大的開(kāi)拓空間。目前，塊體非晶合金的研究方向主要集中在制備、性能和穩(wěn)定性方面，而它的一個(gè)制備方法主要采用的是銅模真空吸鑄法。制備大塊非晶合金最普遍、最實(shí)用的方法就是真空吸鑄法。該方法最大一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于其工藝過(guò)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(duì)簡(jiǎn)便地制備出塊體非晶合金。其制備的工藝過(guò)程是：首先，將熔化腔抽成真空，并在充入氬氣做保護(hù)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，要重復(fù)融化3-5次，待其熔化均勻后，再利用熔化腔與銅模之間的產(chǎn)生的氣壓差，將融化態(tài)母合金吸入銅模；由于銅模及其外側(cè)循環(huán)冷卻水的共同作用下產(chǎn)生極大的冷卻速率，使得液態(tài)母合金迅速冷卻，從而來(lái)制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制備大塊非晶合金時(shí)，銅模底部加工的螺紋孔與螺釘之間的配合使得在使用過(guò)程中經(jīng)常一些問(wèn)題，比如：當(dāng)螺紋孔與螺釘過(guò)盈或過(guò)渡配合時(shí)，吸鑄過(guò)程中會(huì)由于通氣不暢而導(dǎo)致液態(tài)母合金充型不完整或空心化等問(wèn)題；當(dāng)螺紋孔與螺釘間隙配合時(shí)，若間隙過(guò)大會(huì)導(dǎo)致吸鑄過(guò)程中螺釘容易脫落，這樣可能會(huì)漏料導(dǎo)致吸鑄管道堵塞，從而使得設(shè)備損壞或漏氣嚴(yán)重，而當(dāng)間隙比較合適時(shí)又會(huì)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(guò)程中既能保持良好的通氣又能防止漏料，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模，該真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模在吸鑄過(guò)程中既能保持良好的通氣又能防止漏料；本發(fā)明的另一目的是提供一種制備上述真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種真空吸鑄法制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(gòu)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(guò)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(kāi)設(shè)有型腔，所述銅模本體的上端開(kāi)設(shè)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(kāi)設(shè)有與所述型腔連通的通氣口，所述通氣口的側(cè)壁上距離所述型腔設(shè)定距離處開(kāi)設(shè)有與縱向軸心垂直的開(kāi)孔，所述開(kāi)孔中插入有銷(xiāo)釘。

優(yōu)選地，所述銅模本體包括兩塊對(duì)稱(chēng)的半銅模。

優(yōu)選地，所述吸鑄口預(yù)留于所述熔煉凹腔底部1-3mm處。

優(yōu)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(yōu)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(fā)明還提供一種真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法，包括步驟：

將圓柱形銅胚加工成設(shè)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(cè)壁上距離型腔設(shè)定距離處開(kāi)設(shè)與縱向軸心垂直的開(kāi)孔，在所述開(kāi)孔中插入銷(xiāo)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(yōu)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(duì)稱(chēng)的兩塊半銅模。

本發(fā)明所提供的真空吸鑄法制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?？蓸?gòu)成圓柱體。每塊分銅模的兩端的外側(cè)具有螺紋，也就是銅模本體的兩端具有螺紋，銅模本體通過(guò)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(kāi)設(shè)有型腔，型腔的形狀不受限制，具體形狀可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況而定。銅模本體的上端開(kāi)設(shè)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(kāi)設(shè)有通氣口。通氣口與型腔連通，通氣口的側(cè)壁上距離型腔設(shè)定距離處開(kāi)設(shè)有開(kāi)孔，開(kāi)孔與與銅模本體的縱向軸心垂直，為圓柱孔，開(kāi)孔中插入有銷(xiāo)釘。

本發(fā)明所提供的真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模，將傳統(tǒng)銅模底部的螺釘與螺紋孔改成用側(cè)插銷(xiāo)釘，通過(guò)調(diào)節(jié)銷(xiāo)釘?shù)奈恢脕?lái)控制吸鑄過(guò)程中的通氣流暢性。銷(xiāo)釘與開(kāi)孔的配合在吸鑄過(guò)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(shè)備，防止漏料；還能保證吸鑄過(guò)程中銷(xiāo)釘位置的穩(wěn)定性，不易脫落，吸鑄出的非晶合金均勻致密、性能穩(wěn)定、形狀完整。

本發(fā)明還提供一種真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法，包括步驟：將圓柱形銅胚加工成設(shè)定尺寸的銅模本體，設(shè)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，用于后續(xù)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(shù)量不受限制，可以根據(jù)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(cè)壁上距離型腔設(shè)定距離處開(kāi)設(shè)與縱向軸心垂直的開(kāi)孔，比如鉆一個(gè)直徑為2.5-3.5mm的圓柱小孔在開(kāi)孔中插入與開(kāi)孔匹配的銷(xiāo)釘，通過(guò)調(diào)節(jié)銷(xiāo)釘?shù)奈恢脕?lái)控制吸鑄過(guò)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(dá)坩堝狀型腔底以下1-3mm。將固定螺母擰下，分開(kāi)若干塊分銅模，在每塊分銅模上根據(jù)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(fā)明所提供的真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法，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(shè)備，防止漏料；還能保證吸鑄過(guò)程中銷(xiāo)釘位置的穩(wěn)定性，不易脫落，吸鑄出的非晶合金均勻致密、性能穩(wěn)定、形狀完整。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明中一種具體實(shí)施方式所提供的真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A-A處的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)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(xiāo)釘、7-通氣口、8-固定螺母。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模，該真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模在吸鑄過(guò)程中既能保持良好的通氣又能防止漏料；本發(fā)明的另一核心是提供一種制備上述真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參考圖1和圖2，圖1為本發(fā)明中一種具體實(shí)施方式所提供的真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中A-A處的結(jié)構(gòu)示意圖。

在一種具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所提供的真空吸鑄法制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?？蓸?gòu)成圓柱體。每塊分銅模的兩端的外側(cè)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(guò)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(kāi)設(shè)有型腔5，型腔5的形狀不受限制，具體形狀可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況而定。銅模本體4的上端開(kāi)設(shè)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(kāi)設(shè)有通氣口7。通氣口7與型腔5連通，通氣口7的側(cè)壁上距離型腔5設(shè)定距離處開(kāi)設(shè)有開(kāi)孔，開(kāi)孔與與銅模本體4的縱向軸心垂直，為圓柱孔，開(kāi)孔中插入有銷(xiāo)釘6。

本發(fā)明所提供的真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模，將傳統(tǒng)銅模底部的螺釘與螺紋3孔改成用側(cè)插銷(xiāo)釘6，通過(guò)調(diào)節(jié)銷(xiāo)釘6的位置來(lái)控制吸鑄過(guò)程中的通氣流暢性。銷(xiāo)釘6與開(kāi)孔的配合在吸鑄過(guò)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(shè)備，防止漏料；還能保證吸鑄過(guò)程中銷(xiāo)釘6位置的穩(wěn)定性，不易脫落，吸鑄出的非晶合金均勻致密、性能穩(wěn)定、形狀完整。

上述真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模僅是一種優(yōu)選方案，具體并不局限于此，在此基礎(chǔ)上可根據(jù)實(shí)際需要做出具有針對(duì)性的調(diào)整，從而得到不同的實(shí)施方式，銅模本體4包括兩塊對(duì)稱(chēng)的半銅模，也就是說(shuō)分銅模的數(shù)量為兩塊，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，易于分割。

在上述具體實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體場(chǎng)合的不同，對(duì)真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模進(jìn)行若干改變，吸鑄口2預(yù)留于熔煉凹腔1底部1-3mm之間任意值，包括端點(diǎn)值，比如2mm，大小適中。

顯然，在這種思想的指導(dǎo)下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)具體場(chǎng)合的不同對(duì)上述具體實(shí)施方式進(jìn)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(nèi)腔較大，易于熔煉。

需要特別指出的是，本發(fā)明所提供的真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模不應(yīng)被限制于此種情形，型腔5、吸鑄口2、熔煉凹腔1以及通氣口7的軸線重合，對(duì)稱(chēng)分布，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，吸鑄出的非晶合金均勻致密、性能穩(wěn)定、形狀完整。

本發(fā)明還提供一種真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法，包括步驟：將圓柱形銅胚加工成設(shè)定尺寸的銅模本體4，銅模本體4可以由紫銅圓柱機(jī)加工制備而成，設(shè)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，用于后續(xù)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(shù)量不受限制，可以根據(jù)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(cè)壁上距離型腔5設(shè)定距離處開(kāi)設(shè)與縱向軸心垂直的開(kāi)孔，比如鉆一個(gè)直徑為2.5-3.5mm的圓柱小孔在開(kāi)孔中插入與開(kāi)孔匹配的銷(xiāo)釘6，通過(guò)調(diào)節(jié)銷(xiāo)釘6的位置來(lái)控制吸鑄過(guò)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(dá)坩堝狀型腔5底以下1-3mm。將固定螺母8擰下，分開(kāi)若干塊分銅模，在每塊分銅模上根據(jù)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(fā)明所提供的真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法，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(shè)備，防止漏料；還能保證吸鑄過(guò)程中銷(xiāo)釘6位置的穩(wěn)定性，不易脫落，吸鑄出的非晶合金均勻致密、性能穩(wěn)定、形狀完整。

本發(fā)明所提供的真空吸鑄法制備大塊非晶合金的銅模的制備方法，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(duì)稱(chēng)的兩塊半銅模，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，精確度較高。

舉例說(shuō)明，真空吸鑄法制備大塊非晶合金的制備過(guò)程；

具體實(shí)例1：

根據(jù)制備樣品形狀、大小，計(jì)算所需母合金理論質(zhì)量，然后將純度為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(jìn)行配料，置于真空電弧爐中；

對(duì)電弧爐抽真空，當(dāng)達(dá)到低真空3Pa的真空度后再進(jìn)行抽高真空，當(dāng)高真空達(dá)到3x10-3Pa時(shí)充入氬氣至一個(gè)大氣壓，在氬氣的保護(hù)下先熔鈦錠吸殘余氧，再將合金重復(fù)熔煉3～5次成母合金；

打開(kāi)爐腔取出鈦錠和母合金進(jìn)行表面打磨，打磨完之后放入爐腔中再進(jìn)行抽真空和充氬氣保護(hù)，然后啟動(dòng)電弧將熔煉凹腔1中母合金熔化成液體，打開(kāi)吸鑄閥的瞬間緊接著關(guān)閉電弧電源，利用爐腔和真空泵之間產(chǎn)生的壓力差將合金液吸入銅模內(nèi)的型腔5中；

冷卻數(shù)分鐘后，取出銅模，取出制備的片體形狀Zr₅₄Cu₁₉Ni₁₀Al₁₅Y₂大塊非晶合金試樣；得到的非晶合金樣品填充效果好、合金均勻致密，均未出現(xiàn)漏料現(xiàn)象。

具體實(shí)例2：

根據(jù)制備樣品形狀、大小，計(jì)算所需母合金理論質(zhì)量，然后將純度為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(jìn)行配料，置于真空電弧爐中；

對(duì)電弧爐抽真空，當(dāng)達(dá)到低真空3Pa的真空度后再進(jìn)行抽高真空，當(dāng)高真空達(dá)到3x10-3Pa時(shí)充入氬氣至一個(gè)大氣壓，在氬氣的保護(hù)下先熔鈦錠吸殘余氧，再將合金重復(fù)熔煉3～5次成母合金；

打開(kāi)爐腔取出鈦錠和母合金進(jìn)行表面打磨，打磨完之后放入爐腔中再進(jìn)行抽真空和充氬氣保護(hù)，然后啟動(dòng)電弧將熔煉凹腔1中母合金熔化成液體，打開(kāi)吸鑄閥的瞬間緊接著關(guān)閉電弧電源，利用爐腔和真空泵之間產(chǎn)生的壓力差將合金液吸入銅模內(nèi)的型腔5中；

冷卻數(shù)分鐘后，取出銅模，取出制備的片體形狀Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅大塊非晶合金試樣；得到的非晶合金樣品填充效果好、合金均勻致密，均未出現(xiàn)漏料現(xiàn)象。

具體實(shí)例3：

根據(jù)制備樣品形狀、大小，計(jì)算所需母合金理論質(zhì)量，然后將純度為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Zr_63.8Cu_7.6Al_11.4Ni_17.2名義成分進(jìn)行配料，置于真空電弧爐中；

對(duì)電弧爐抽真空，當(dāng)達(dá)到低真空3Pa的真空度后再進(jìn)行抽高真空，當(dāng)高真空達(dá)到3x10-3Pa時(shí)充入氬氣至一個(gè)大氣壓，在氬氣的保護(hù)下先熔鈦錠吸殘余氧，再將合金重復(fù)熔煉3～5次成母合金；

打開(kāi)爐腔取出鈦錠和母合金進(jìn)行表面打磨，打磨完之后放入爐腔中再進(jìn)行抽真空和充氬氣保護(hù)，然后啟動(dòng)電弧將熔煉凹腔1中母合金熔化成液體，打開(kāi)吸鑄閥的瞬間緊接著關(guān)閉電弧電源，利用爐腔和真空泵之間產(chǎn)生的壓力差將合金液吸入銅模內(nèi)的型腔5中；

冷卻數(shù)分鐘后，取出銅模，取出制備的片體形狀Zr_63.8Cu_7.6Al_11.4Ni_17.2大塊非晶合金試樣；得到的非晶合金樣品填充效果好、合金均勻致密，均未出現(xiàn)漏料現(xiàn)象。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)上、下等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。