非晶态合金的压铸系统技术方案

提供了一种用于计量一定量的熔融非晶态合金注入到注射系统的模腔中的系统和方法。系统中的熔化室被加热到合金的固相线温度或高于合金的固相线温度以形成热室。腔室和模具都保持在惰性气氛中。使用阀系统从腔室计量熔融合金，并将熔融合金注入模腔中以模制成模制件。进料管可以从热室延伸到阀系统。阀系统可以使用重力或泵压来计量一定体积的熔融合金。在另一种情况下，阀系统可包括用于将合金注入模腔中的柱塞和喷射套筒。在一个实施例中，柱塞本身计量一定体积的合金。可选地，可以加热喷射套筒和柱塞。

Die Casting System of Amorphous Alloys

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非晶态合金的压铸系统
技术介绍
和问题描述由于非晶态合金的原子结构，非晶态合金可能具有独特的各种各样的特性，如：高强度，耐腐蚀性，低摩擦，以及磁性。但是，非晶态合金必须迅速淬火才能达到非晶态结构，然而很少有能够在生产技术和经济上均可行的非晶态合金产品的成型/制造工艺。压铸工艺已用于铸造具有各种特性的非晶态合金。其中一个挑战是在从坩埚到模腔的过程中，一直保护熔融合金不受熔融过程的影响。许多非晶态合金在熔融状态下与氧和/或氮高度反应。该反应形成氧化物，该氧化物在铸件中成为夹杂物，导致铸件机械性能下降和表面缺陷。为了解决非晶态合金的反应属性，一种方法是使用立式压铸机，在立式压铸机中，整个熔体系统，浇注系统，模具，以及铸造喷射/移除/处理系统均封闭在大型真空室中。材料原料通常通过真空锁定室穿梭到腔室中，并且铸造部件同样通过类似的真空锁定腔室从腔室中穿出。通常，对于每次注射，将单个锭料直接在钢包坩埚中熔化。立式压铸机的局限性在于循环时间往往很长。水平压铸机通常也使用，水平压铸机通常将模具表面彼此密封，并且一旦模具闭合，就仅对模腔抽真空。然而，这种系统的一个问题是在模具打开时隔离熔体系统。通常，“冷喷室”，简称为“喷射套筒”，与固定模具连接。喷射套筒通常在顶部具有开口，熔融合金通过该开口投入喷射套筒内。喷射套筒装有一个柱塞，该柱塞缩回以打开开口以接收合金，然后将合金推向模具并进入模腔以形成铸件。对于反应性合金，冷室可以由真空腔封闭，该真空腔还容纳坩埚，该坩埚内进锭料以用于每次注射。然而，当模具打开时(如弹出每个铸件所需)，柱塞尖端OD和喷射套筒ID暴露于空气(尤其是氧气和氮气)和大气压中。大气和喷射套筒/坩埚真空室之间的唯一密封是柱塞OD本身，但是柱塞OD和喷射套筒ID之间必然存在的小间隙允许大气泄漏进入真空室。一旦模具再次关闭，必须将模腔和腔室中的气压降低到可接受的真空水平，然后才能开始下一个铸锭的熔化。当使用水平压铸机进行处理反应性非晶态合金时，真空降低时间可能导致过长的循环时间。非晶态合金的反应性以及它们相对较高的熔化温度使非晶态合金润湿通常用于压铸的铁基合金，实际上甚至可以润湿一些陶瓷材料。这可能导致非晶态合金将部件“钎焊”在一起的问题，特别是当那些部件低于合金的固相线温度时，以及当熔体与上述部件保持接触相当长的一段时间时。这就使得难以使用诸如阀之类的部件将压铸系统的某些区域(特别是包含熔体的区域)与空气隔离。对于上述描述的立式压铸机或水平压铸机的另一个问题是在每个铸造周期内熔化单个铸锭。因此，坩埚必须经受反复的热循环，这会导致坩埚破裂并导致熔体污染。而且，坩埚通常最终会从热循环中破裂。“热室”可以是坩埚或储槽，坩埚或储槽内容纳大量熔融合金并保持在相当恒定的温度下，“热室”虽然看起来是更好的解决方案，但是对于非晶态合金，热室具有其他局限性。许多非晶态合金比其他合金具有更高的熔点或液化温度，其他合金例如为通常用于压铸的基于铝或镁的合金。许多非晶态合金的液相线温度高于通常用于压铸机械的高强度钢的典型回火温度。在这些高温下，钢材会变软并失去很大的强度。因此，钢材通常不能与熔融非晶态合金连续，长时间接触。例如，传统上与镁合金一起使用的铁基热室不与非晶态合金一起使用。这些合金在它们的液相线温度或高于其液相线温度下与铁基材料反应。来自铁基材料的元素污染熔体并降低最终铸件产品的性能。此外，铁基材料的降解使铁基材料迅速磨损并降低其强度，从而使铁基材料无法实现其正常的性能特征。例如，在熔化许多非晶态合金所需的温度下，铁基热室中的泵不能长期存在，也不能产生与其通常的熔融镁环境中一样高的压力。当涉及需要薄横截面和/或高度抛光铸态表面光洁度的压铸部件时，一些问题尤其明显。氧化，孔隙，夹杂物，流动相关的缺陷如流线，褶皱和冷隔均是这类产品中不可接受的缺陷。传统的压铸使用非常高的注射速率，熔融流体流速为30米/秒至50米/秒，以防止熔融合金由于与将坩埚连接到模腔的各个通道接触而冷却。然而，由这种速度引起的湍流可能导致空穴和来自气泡和喷雾液滴的局部固化导致的颗粒物。如果在与模腔接触时，这些缺陷“冻结”或固化，则可能导致不可接受的缺陷。此外，固化的颗粒难以通过模具的小横截面，这限制了设计者制造轻质部件的能力。通过降低熔融合金的流速可以消除湍流，但是由于熔融合金与内部通道的接触持续时间延长，熔融合金更可能发生过早固化。因此，有效压铸反应性非晶态合金所需的一种系统是：1、熔化合金并将其输送到不会污染熔融合金的容器/通道中：a避免会破坏容器/通道的热循环b使用在熔化温度下不会润湿合金或与合金反应的材料2、熔体从坩埚到模腔的温度保持在足够的水平：a避免任何会引入固体或半固体颗粒的局部冻结，这些固体或半固体颗粒会阻止薄壁部分的流动或导致流线伪影，或铸件中的表面/亚表面缺陷。b防止出现焊缝/褶皱/冷隔。3、将合金从熔化一直到在模具中的固化保持在惰性气氛中。特别是，当模具打开时，防止空气通过固定模具中的开口进入模具并与熔融合金接触。4、控制注入速率以防止喷射/湍流，喷射/湍流将导致孔隙，流线伪影和/或固化夹杂物缺陷。5、计量注入到模腔的受控注射量(或者，允许熔体在每次注射后快速缩回以避免与任何“冷”(即，低于固相线温度)的部件接触。6、优选地，使熔体连续向上移动(即，从底部向上填充所有通道)，以防止在流动路径中的位置处产生熔体翻滚和瀑布式跌落的缺陷，并最终进入铸件并作为缺陷固化。(注意-这变得不那么重要-但仍然不是不重要-因为其他方法，例如上面的第2-4项，用于管理熔化行为。)7、在高压下完成注射过程，以最大限度地减少孔隙率，从而最优化强度性能和表面光洁度。8、打开模具以弹出铸件，然后关闭模具，在合理的时间范围内重新建立惰性气氛。本申请中的所有概念都具有以下优点：●允许使用不需要封装在大型真空室中的模具，也可以省去各种真空梭口。●允许使用大型(非单次)热室，消除热循环，热循环是坩埚破裂并导致熔体污染的原因。●在引入熔体之前，可以在模腔中快速建立高质量的真空。●提供一种在模具打开时密封熔体系统以免暴露于大气的方法。●允许使用较低的注射速度。本文档详述了每个概念文档中通常不详述的术语，因为这些术语都是通用的。全文使用术语“热室”。这是因为在所有概念中，熔融金属的供应可以直接来自：●坩埚或熔炉，坩埚或熔炉中连续供给有新的原料供应(例如，铸锭，废料或原材料)，或者●从坩埚或熔炉来料供给的储槽，转移槽，计量槽或计量炉(即，容纳多个剂量的槽或容器，用于计量每次注射的特定剂量或体积的熔融材料)，然后运到压铸机。本文公开的概念涉及高保真度非晶金属铸造以及使用热槽，热室等来注入非晶态合金的方法或供应一个机器来注入非晶态合金的方法。然而，这些概念也可以用于其他方法，例如熔模铸造，尽管这里通常一直参考压铸。术语“熔体”通常用作名词，指将要铸造的熔融合金。在熔融状态下，非晶态合金通常与空气反应。反应产物防止最终铸造产品实现表面光洁，并且还可能降低其机械性能。因此，由这些概念体现的系统确保从原料熔化时到其在模腔中注入和固化时，原料不会暴露于空气中，而是仅暴露于惰性环境中。示例性惰性环境包括但不限于真空和氩气。熔融状态的非晶态合金通常也与许多其他金属(包括铁)反应。暴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：向注射系统中的熔化室提供非晶态合金，所述注射系统还包括用于模制合金的模腔，所述熔化室和所述模腔均保持在惰性气氛中；将所述熔化室加热到至少所述非晶态合金的固相线温度以形成热室；在所述热室内熔化所述非晶态合金以形成熔融合金；使用阀系统将所述熔融合金从所述热室供应到所述模腔；以及使用所述模腔将所述熔融合金模制成模制件；其中，所述阀系统配置为将计量的所述熔融合金注入所述模腔中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.06 US 62/404,9741.一种方法，包括：向注射系统中的熔化室提供非晶态合金，所述注射系统还包括用于模制合金的模腔，所述熔化室和所述模腔均保持在惰性气氛中；将所述熔化室加热到至少所述非晶态合金的固相线温度以形成热室；在所述热室内熔化所述非晶态合金以形成熔融合金；使用阀系统将所述熔融合金从所述热室供应到所述模腔；以及使用所述模腔将所述熔融合金模制成模制件；其中，所述阀系统配置为将计量的所述熔融合金注入所述模腔中。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述注射系统还包括从所述热室延伸到所述阀系统的进料管，所述方法还包括将所述熔融合金从所述热室供应到所述进料管，并从所述进料管供应计量的所述熔融合金到所述模腔。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阀系统包括容纳在喷射套筒中的柱塞，所述方法还包括将所述熔融合金从所述热室供应到所述喷射套筒，并使用所述柱塞将计量的所述熔融合金注入所述模腔中。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法还包括在所述熔融合金注入所述模腔之前，使用所述柱塞计量一定体积的熔融合金。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法还包括将所述柱塞和所述喷射套筒加热到至少所述非晶态合金的固相线温度。6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述柱塞包括柱塞尖端，所述方法还包括使用所述柱塞尖端将所述熔融合金密封在所述喷射套筒内以隔绝大气。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括使用重力或泵压...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰斯·安德伍德，约翰·康，春云·保罗·金，布莱恩·P·瑞莫尔斯，
申请(专利权)人：基石知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US