[发明专利]冷坩埚感应熔炼-压铸装置及制备块体非晶材料的方法

权利要求书

1.一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：包括真空熔炼室，所述真空熔炼室中设置有分瓣式的水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚呈圆筒状，两端开口，所述水冷铜坩埚的上段不分瓣，上段不分瓣的高度为坩埚总高度的1/20～1/3，水冷铜坩埚的分瓣结构内设置有螺旋状冷却水路，螺旋状冷却水路包括外侧的大螺旋状冷却水路和内侧的小螺旋状冷却水路，大小螺旋状冷却水路在分瓣结构的边缘连通，冷却水从外侧的大螺旋状冷却水路流入，从中间的小螺旋状冷却水路流出，不同分瓣结构中的螺旋状冷却水路在水冷铜坩埚不分瓣结构处依次连通；

所述水冷铜坩埚的外壁环绕设有向坩埚输送电磁场的感应线圈，感应线圈通过真空密封结构与真空熔炼室外面的感应电源相结合，所述感应线圈为水冷紫铜感应线圈；

所述水冷铜坩埚的底部设有坩埚底，坩埚底的外径与水冷铜坩埚的内径匹配，坩埚底的上表面为凹形曲面或圆锥面；所述坩埚底具有与水冷铜坩埚相同或相似的分瓣结构，坩埚底的每一分瓣结构中设有S形冷却水路，不同分瓣结构中的冷却水路依次连通，分瓣结构中的S形冷却水路与坩埚底上表面的凹形曲面或圆锥面贴合；

所述坩埚底下面设有推杆，推杆通过真空密封穿过真空熔炼室的底部与驱动机构相结合；推杆中设置有冷却水路，与坩埚底内设置的冷却水路接通；

所述水冷铜坩埚上面设有炮筒，炮筒上面设有模具室，或：所述水冷铜坩埚上面设有模具室；

所述炮筒与水冷铜坩埚密切结合，与水冷铜坩埚有相同轴线和相同内径；

所述模具室与炮筒或水冷铜坩埚密切结合；

所述模具室、感应线圈均设有冷却水路；

所述真空熔炼室连接有可为真空熔炼室提供产生真空气氛的真空装置或系统；

所述真空熔炼室连接有可为熔炼室提供产生惰性气体气氛的惰性气体充入装置或系统。

2.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述坩埚上口到感应线圈的高度为坩埚总高度的1/10～1/2。

3.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述驱动机构的驱动方式为手动、电动、气动或液压。

4.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述炮筒的高度为坩埚高度的0.1～1.0倍。

5.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：

所述炮筒的高度为坩埚高度的0.2～0.5倍；

或/和：所述惰性气体为氩气；

或/和：所述坩埚底的材质为不锈钢、高温合金或难熔金属/合金；

或/和：所述炮筒的材质为不锈钢、高温合金或难熔金属/合金；

或/和：所述炮筒外壁设有用于加热的电阻丝或感应线圈。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述水冷铜坩埚的内径为60mm，高度为150mm；水冷铜坩埚的上段不分瓣，上段不分瓣的高度为20mm；坩埚上口到感应线圈的高度为30mm；所述炮筒的内径为60mm，高度30mm，厚度10mm；所述模具室的下口内径也是60mm，上面的内径是120mm，内部空间的高度是6mm。

7.一种利用权利要求1～6中任一项所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置制备块体非晶材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、在开始熔炼之前，将水冷铜坩埚、坩埚底、模具室、感应线圈中的冷却水路与真空熔炼室外面的冷却系统接通，向水冷铜坩埚、坩埚底、模具室、感应线圈通入冷却水；

步骤二、开始熔炼，先把坩埚底推升到水冷铜坩埚的底口，在打开真空装置或系统的条件下，向水冷铜坩埚内装入待熔炼的金属料；

步骤三、关闭真空熔炼室抽真空，或在抽真空后充入一定压力的惰性气体；

步骤四、启动感应电源，向感应线圈输送高频电流，使金属料熔化并形成一定的过热度；

步骤五、启动驱动机构，通过推杆快速向上推升坩埚底，通过坩埚底将水冷铜坩埚中的液态金属通过炮筒迅速推入模具室或直接推入模具室，关闭感应电源，同时启动冷却系统，使模具室内的液态金属快速凝固；

步骤六、待模具室中的铸件冷却后，打开真空熔炼室，移出模具室并取出铸件。

8.根据权利要求7所述的制备块体非晶材料的方法，其特征在于：所述步骤五中，推杆产生的压力是10～300MPa；推杆的速度是10～1000mm/s。