[发明专利]一种基于真空吸铸的非晶合金微细零件的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于非晶合金材料制备技术领域，具体涉及一种非晶合金微细零件的制备方法及装置。

背景技术

非晶合金是20世纪材料领域的重大发现，材料内部原子排列呈长程无序短程有序结构，没有位错和晶界等缺陷。这种独特的结构使非晶合金材料具有许多优异的性能，如高强度、硬度、耐磨性、耐蚀性、优异的软磁性等，被广泛地应用于军事、微/纳制造、体育器材、光通讯、光集成、激光、新型太阳能电池、高效磁性和输电材料等领域。非晶合金是极具前途的新结构材料与功能材料，不仅有着很好的科学研究价值、而且还有巨大的市场前景。

非晶合金具有高强度、高硬度、低的杨氏模量和自锐性等一系列优异的力学性能，广泛应用于制备微细零件。微细零件指尺寸小的零件，通常是微米级或以下尺寸的零件，其结构需要显微镜来观察。目前，非晶合金制作微细零件的制备通常采用热压成形，即利用其超塑性对其采用热压工艺进行成形。热压成形制作零件首先需要将原始材料制成非晶合金，再对非晶合金进行热压成形，此方法需要两个步骤，缺一不可，需要耗费大量的时间与精力成本高，而且在热压成形的步骤上可能造成其二次氧化的问题，其工程价值被限制得不到充分的利用。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种基于真空吸铸的非晶合金微细零件的制备方法，该方法无需先制成非晶合金再热压的两个步骤，从而大大缩短加工工艺所需的时间和精力，而且避免了二次氧化的问题，适合于大批量生产。

实现本发明的该目的所采用的具体技术方案如下：

一种非晶合金微细零件的制备方法，其利用真空吸铸实现非晶合金微细零件的制备，该方法具体包括：

将非晶合金所需的各种纯金属按比例配制成非晶合金原材料，并置于所述真空电弧吸铸炉的真空熔腔内；

准备用于制备非晶合金微细零件的硅模具，将该硅模具置于内部型腔为通孔的铜模具中，并将所述铜模具置于真空电弧吸铸炉的下型腔中；

将真空熔腔抽真空并充入保护气，对非晶合金原材料进行熔炼，并通过降低铜模具内的气压使熔炼后的非晶合金熔液通过所述通孔由真空熔腔吸入硅模具内；

脱模即可得到非晶合金微细零件。

作为本发明的进一步优选，所述硅模具沿轴向置于距铜模具通孔上端的1/3-1/2处。

作为本发明的进一步优选，所述铜模具由两半铜模具块组成，各半铜模具块上开有截面为半圆形的凹槽，两半铜模具块的凹槽组合形成铜模具的通孔。

作为本发明的进一步优选，所述充入的保护气为Ar。

作为本发明的进一步优选，对所述非晶合金原材料可进行多次熔炼，以得到均匀的合金成分。

作为本发明的进一步优选，所述脱模过程中，铜模具开模，将包括非晶合金微细零件的棒料取出，并将硅模具两端棒料切除并研磨至露出硅模具两端面，再将露出的硅模具及其内部微细零件进行超声清洗，腐蚀硅模具后即得到非晶合金微细零件。

本发明的另一目的还在于提供一种非晶合金微细零件的制备装置，其包括：

真空吸铸炉，其包括用于熔炼非晶合金原料的真空熔腔和与该真空熔腔相通的下型腔；

置于所述下型腔中铜模具，其内部型腔为通孔，该铜模具通过所述通孔与真空熔腔相通；

硅模具，其置于所述铜模具的通孔中，用于非晶合金微细零件的成型；

在真空熔腔熔炼成非晶合金原料溶液通过该通孔吸入铜模具内的硅模具中成型，经脱模后即可得到所述非晶合金微细零件。

作为本发明的进一步优选，所述作为本发明的进一步优选，所述硅模具沿轴向置于距铜模具通孔上端的1/3-1/2处。

作为本发明的进一步优选，所述铜模具由两半铜模具块组成，各半铜模具块上开有截面为半圆形的凹槽，两半铜模具块的凹槽组合形成铜模具的通孔。

作为本发明的进一步优选，该装置还包括用于将真空熔腔抽真空的机械泵和分子泵，用于进行熔炼的电焊机和电弧发生器。

本发明中，可由硅片制作成若干中心有微零件形状的硅模具，再用切割机将整个硅模具切割成若干小模具，将硅模具研磨成通孔。制备装夹硅模具的铜模具：

本发明中，铜模具由两个半圆柱组成，每个半圆柱上有对应的螺纹，使用时将两个半圆柱配合好再用紧固螺母将其紧固，铜模具外形与真空电弧吸铸炉的模腔配合。铜模具内部型腔中设有装夹硅模具的结构，硅模具在铜模具通孔内的位置可以为距铜模具上端1/2-1/3处的通孔内。