[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

说明书

本发明公开了一种冷坩埚感应熔炼‑压铸装置，包括真空熔炼室，真空熔炼室中设置有水冷铜坩埚；水冷铜坩埚的外壁环绕设有感应线圈；水冷铜坩埚的底部设有坩埚底；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；水冷铜坩埚上面设有炮筒，炮筒上面设有模具室。本发明还公开了利用该装置制备块体非晶材料的方法。本发明液态金属的行程短，阻力小，温降少，流动性高，填充性好，铸件的质量和成材率高，金属液在炮筒中发生局部凝固的可能性低，压铸过程中发生卡堵的故障率少，具有高寿命和高生产效率。

技术领域

本发明涉及一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，及利用该装置制备块体非晶材料的方法，为在冷坩埚真空感应熔炼条件实现金属块体非晶材料压力铸造的技术，属于金属熔炼和铸造的技术领域。

背景技术

非晶金属材料具有晶态金属材料所不具备的特殊的性能，例如特别高的力学性能、电学性能或磁学性能等，这类材料已经有几十年的开发历史了。在传统非晶材料的基础上，最近又开发了金属块体非晶材料，这是一种能在截面线尺寸达到几毫米的条件下保持非晶组织的材料。金属块体非晶材料的开发，使非晶材料的实际应用领域得到了扩展。

获得块体非晶组织有三个技术条件：1)具有促进非晶组织形成的成分条件；2)基体纯度高，杂质含量低——杂质是液态金属结晶的非自发形核核心；3)在足够高的冷却速度下凝固。

一些重要的金属块体非晶材料是以活泼金属或难熔金属为基体的，例如，锆基非晶材料、稀土基非晶材料、钛基非晶材料，等等。冷坩埚真空感应熔炼技术(或者称为“真空悬浮熔炼技术”)是熔炼活泼金属和难熔金属最理想的手段，这种技术几乎完全排除了气体杂质和坩埚材料对金属基体的污染，这对于保证非晶组织特别重要。

压力铸造能使液态金属获得很高的冷却速度，它是制造金属块体非晶器件最重要的手段之一。在冷坩埚真空感应熔炼的条件下，可以采用的压力铸造技术包括：其一，将液态金属倾铸进入压力铸造机的炮筒，然后用推杆将金属液压入模具室；其二，使液态金属通过冷坩埚底部的底铸口注入压力铸造机的炮筒，然后用推杆将金属液压入模具室，等等。前一种技术需要比较大的熔炼室，后一种技术需要为底铸口配备配合很精密的坩埚塞。在这两种技术中金属液都是依靠自重注入炮筒的，所以在铸造过程中有明显降温，这对铸造过程产生了不利的影响：其一，金属液不能向模具完全填充，使铸件产生缺欠；其二，部分金属液在炮筒中凝固，这些金属残料阻碍下一炉次的压铸过程；其三，金属液在流动过程中，温度产生不均匀的降低，导致模具冷却过程收缩不均匀而产生缝隙。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，及利用该装置制备块体非晶材料的方法。本发明的目的是发展在冷坩埚感应熔炼的装置中实现压力铸造的新方法，该方法具有装置结构简单，液态金属进入压力铸造机的行程短，温降少，温度变化均匀，控制灵敏，铸模具冷却速度快等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，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，水冷铜坩埚的分瓣结构内设置有螺旋状冷却水路，不同分瓣结构中的螺旋状冷却水路在水冷铜坩埚不分瓣部分依次连通；

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，所述感应线圈内设置有冷却水路，且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，坩埚底可在坩埚和炮筒中轻松地移动，实际起活塞头的作用，向上移动时把金属熔池推向坩埚的上方；所述坩埚底具有与水冷铜坩埚相同或相似的分瓣结构，(如此设置的目的是：保证电磁场能从坩埚的下方进入坩埚，使坩埚底部的金属充分熔化)，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；