一种大尺寸复杂非晶合金构件逆重力充填成形方法技术

一种大尺寸复杂非晶合金构件逆重力充填成形方法，本发明专利技术涉及充填成形方法，本发明专利技术的目的是为了解决铸造方法和普通模具达不到冷却速率要求，工业生产熔铸法对非晶合金有污染，重力场条件下铸造成形方法难以充填完整构件的问题，按照以下步骤实现的：原物料装入合金熔炼冷壁坩埚；将逆重力充填升液管伸入到合金熔炼冷壁坩埚上方；把模具直浇道对准逆重力充填升液管；启动充填舱动板驱动缸；再次启动充填舱上门驱动缸下降；连续的抽真空；启动电力输送系统开始熔炼合金；换热介质控制阀和电力输送系统进行工作；充入高纯度氩气；启动充填舱动板驱动缸；开启充填舱排气阀排出舱体内的氩气；非晶构件成形模具快速换热，本发明专利技术属于充填成形领域。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸复杂非晶合金构件逆重力充填成形方法
本专利技术涉及充填成形方法，具体涉及一种大尺寸复杂非晶合金构件逆重力充填成形方法。
技术介绍
块体非晶合金的出现，是近年来材料科学领域的非凡成就之一，由于其独特的性能一直吸引着科学家和工业设计者的目光。无论是国防尖端领域的武器装备还是IT产业的笔记本电脑、手机等都寄予极大希望。然而，制约这种优良材料产品工业化生产存在着三大难点。首先，虽然块体非晶合金有别于传统的非晶形成所需的极高冷却速率。但是，也需要相对高的冷却条件，低于临界冷却速率时合金就会晶化，不能获得完全的非晶材料。传统的铸造方法和普通模具铸型达不到这种冷却速率要求。为了满足块体非晶合金材料成形要求，必须寻求一种能够快速冷却的模具及工艺方法，瞬间把进入模具内的合金液体中的热量吸收传导出去，使模具快速冷却到块体非晶形成的临界条件以下，才能利用铸造方法获得块体非晶铸件。其次，形成非晶合金的原材料要有极高的纯净度。并且制备所涉及的环境因素也是至关重要的，在合金熔炼和铸造成形等全过程中都要严格控制成分意外的元素和氧等一切杂质的侵入。一旦微量的杂质进入液体合金中都会对块体非晶的形成造成破坏性的影响，这种微量的杂质也会直接作为形核质点导致合金晶化。传统工业生产熔铸法的熔炼炉、陶瓷坩埚和铸型对非晶合金都有污染，均不能满足块体非晶熔铸条件。为了满足块体非晶熔铸条件，也必须寻求一种避免液体合金受到污染的熔炼环境、铸型模具材料等装备。另外，块体非晶合金具有高粘滞性的特点，重力场条件下流动性能极低。利用传统的重力场条件下铸造成形方法难以充填完整的构件，对于要获得大尺寸结构复杂的非晶铸件是不可能的。所以，利用某种工艺方法强迫非晶合金液体克服重力约束平稳地充填铸型模具中，获得完整的复杂构件。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统的铸造方法和普通模具达不到冷却速率要求，传统工业生产熔铸法对非晶合金有污染，传统的重力场条件下铸造成形方法难以充填完整构件的问题，进而提供一种大尺寸复杂非晶合金构件逆重力充填成形方法。所述技术问题是通过以下方案解决的：所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一：启动熔炼舱锁紧环组件打开熔炼舱门，把配比好的合金的原物料装入合金熔炼冷壁坩埚内，关闭熔炼舱门并通过熔炼舱锁紧环组件将熔炼舱门和熔炼舱壳体密封；步骤二：启动充填舱上门驱动缸打开浇注室充填舱上盖，将逆重力充填升液管的底部穿过舱体底部逆重力充填舱底口伸入到合金熔炼冷壁坩埚上方；步骤三：把模具直浇道对准逆重力充填升液管的升液直管，并将非晶构件成形模具与充填舱动板固定，非晶构件成形模具、逆重力充填升液管和充填舱动板之间密封设置，并实现逆重力充填升液管内孔与非晶合金成形腔连通；步骤四：启动充填舱动板驱动缸使充填舱动板下降压紧充填舱下门密封圈，实现熔炼舱和逆重力充填舱之间的密封；步骤五：再次启动充填舱上门驱动缸下降，关闭充填舱上盖，使舱体顶部开口密封，至此步骤把设备形成了熔炼舱和逆重力充填舱两个独立的密封空间；步骤六：同步启动四个充填舱动板驱动缸使充填舱动板上升，打开舱体底部逆重力充填舱底口实现熔炼舱和逆重力充填舱互通；启动冷却水源和冷却水控制阀对冷壁坩埚、感应线圈部位进行连续的冷却，启动真空机组和真空系统控制阀对熔炼舱和逆重力充填舱同时连续的抽真空；步骤七：当熔炼舱和逆重力充填舱真空压力低于1×10-5mpa时，启动电力输送系统开始熔炼合金；步骤八：合金开始熔炼的同时，开启惰性气体控制阀、换热介质控制阀和电力输送系统进行工作，随时准备充填；步骤九：利用熔炼舱可调节摄像仪观测到块状金属料被加热熔化成液体时，关闭真空系统控制阀打开惰性气体控制阀对熔炼舱和逆重力充填舱同时充入高纯度氩气，当熔炼室内气体压力达参数要求时，关闭惰性气体控制阀停止输入氩气，利用测温系统测试液体合金的温度是否达到充填温度；步骤十：当计算机控制中心检测到合金液体温度、合金熔炼冷壁坩埚、非晶构件成形模具温度、熔炼舱和逆重力充填舱压力均满足充填参数时，启动充填舱动板驱动缸，使充填舱动板下降压紧充填舱下门密封圈，实现熔炼舱和逆重力充填舱之间密封；步骤十一：计算机控制中心开启充填舱排气阀排出舱体内的氩气，使舱体压力逐渐减少，使舱体内气体压力下降到0.20～0.45Mpa之间，由于在熔炼舱和逆重力充填舱之间形成了压力差ΔP，当舱体的氩气不断排出、压力不断减少，导致熔炼舱与逆重力充填舱的压力差ΔP逐渐增大，当ΔP增大到某个临界值时，作用在熔炼坩埚液面上的压力迫使液体合金沿着逆重力充填升液管逐渐的、平稳的上升通过模具直浇道进入非晶合金成形腔内，与此同时，非晶合金成形腔内的背压气体从模具排气孔排出，减少了液体合金充填非晶构件成形模具过程中的阻力保证了液态合金液面平稳的上升，直至合金液体充满非晶构件成形模具；步骤十二：在完成液体金属充填非晶合金成形腔过程的同时，计算机控制中心立刻发出指令使非晶构件成形模具快速换热，通过非晶合金成形腔和冷却介质把液体合金的热量传导，使非晶合金成形腔内合金液体的冷却速度达到0.001℃～1℃/每秒的条件，当非晶构件成形模具检测到非晶合金成形腔内的液体合金瞬间凝固成固体非晶合金构件时，立刻打开熔炼舱排气阀排放熔炼室惰性气体，使熔炼舱内气体压力与逆重力充填舱内气体压力相等时，逆重力充填升液管内尚未凝固的液体金属依靠自身重力的作用回流到坩埚内，启动充填舱动板驱动缸上升动板带动逆重力充填升液管脱离坩埚。至此，完成了非晶合金构件的逆重力充填过程，待合金熔炼冷壁坩埚和逆重力充填升液管尚有余热的部件冷却到安全温度时，打开熔炼舱门，清理合金熔炼冷壁坩埚，打开充填舱上盖，取出非晶构件成形模具清理出大尺寸复杂非晶合金逆重力充填。本专利技术与现有技术相比包含的有益效果是：1.本申请通过计算机控制中心110可以进行精确的控制加热和冷却速率，保证了块体非晶形成的冷却要求。2.本申请制备非晶构件过程中，采用真空、惰性气体保护、冷壁坩埚熔炼合金、精密陶瓷升液管和纯铜模具等多种保护措施避免了有害元素的侵入，能够保证合金形成非晶时杂质总含量小于0.5wt％的纯洁度。3.本申请制备时能够使金属液逆着重力方向充填铸型，保证了非晶构件成形模具5的非晶合金液体充型平稳，避免了合金液在充型时产生的翻腾和飞溅现象，从而减少了卷气和夹渣的形成。在压力下强迫非晶合金粘滞性液体的流动，按照工艺要求充填铸型，解决了大尺寸复杂非晶合金构件的成形难点。4、熔炼舱用于形成独立的密封空间，利用真空机组把熔炼舱的空气抽出形成真空环境，可以实现在真空条件下熔炼合金；把惰性气体充入真空环境的熔炼舱内，可以实现保护气氛条件下熔炼合金。5、感应加热系统2利用涡流感应的方法对固态金属进行加热、熔化成液态，便于液态成形；感应线圈2.1由纯铜管绕成，通电后在螺旋形线圈内的金属料中产生涡流热，用于熔化金属；感应线圈冷却水通道2.2通电后的螺旋形线圈内的金属料中产生涡流热的同时，感应线圈自身温度也升高，为了防止线圈温度升高，对线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸复杂非晶合金构件逆重力充填成形方法，其特征在于:所述方法是按照以下步骤实现的：/n步骤一：启动熔炼舱锁紧环组件(1.2)打开熔炼舱门(1.1)，把配比好的合金原物料装入合金熔炼冷壁坩埚(2.3)内，关闭熔炼舱门(1.1)并通过熔炼舱锁紧环组件(1.2)将熔炼舱门(1.1)和熔炼舱壳体(1)密封；/n步骤二：启动充填舱上门驱动缸(3.12)打开浇注室充填舱上盖(3.10)，将逆重力充填升液管(4)的底部通过舱体(3.1)底部逆重力充填舱底口伸入到合金熔炼冷壁坩埚(2.3)上方；/n步骤三：把模具直浇道(5.1)对准逆重力充填升液管(4)的升液直管，并将非晶构件成形模具(5)与充填舱动板(3.3)固定，非晶构件成形模具(5)、逆重力充填升液管(4)和充填舱动板(3.3)之间密封设置，并实现逆重力充填升液管(4)内孔与非晶合金成形腔(5.2)连通；/n步骤四：启动充填舱动板驱动缸(3.13)使充填舱动板(3.3)下降压紧充填舱下门密封圈(3.2)，实现熔炼舱和逆重力充填舱(3)之间的密封；/n步骤五：再次启动充填舱上门驱动缸(3.12)下降，关闭充填舱上盖(3.10)，使舱体(3.1)顶部开口密封，至此步骤把设备形成了熔炼舱和逆重力充填舱(3)两个独立的密封空间；/n步骤六：同步启动四个充填舱动板驱动缸(3.13)使充填舱动板(3.3)上升，打开舱体(3.1)底部逆重力充填舱底口实现熔炼舱和逆重力充填舱(3)互通；启动冷却水源(102)和冷却水控制阀(7)对冷壁坩埚、感应线圈部位进行连续的冷却，启动真空机组(101)和真空系统控制阀(6)对熔炼舱和逆重力充填舱(3)同时连续的抽真空；/n步骤七：当熔炼舱和逆重力充填舱(3)真空压力低于1×10...

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸复杂非晶合金构件逆重力充填成形方法，其特征在于:所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：启动熔炼舱锁紧环组件(1.2)打开熔炼舱门(1.1)，把配比好的合金原物料装入合金熔炼冷壁坩埚(2.3)内，关闭熔炼舱门(1.1)并通过熔炼舱锁紧环组件(1.2)将熔炼舱门(1.1)和熔炼舱壳体(1)密封；
步骤二：启动充填舱上门驱动缸(3.12)打开浇注室充填舱上盖(3.10)，将逆重力充填升液管(4)的底部通过舱体(3.1)底部逆重力充填舱底口伸入到合金熔炼冷壁坩埚(2.3)上方；
步骤三：把模具直浇道(5.1)对准逆重力充填升液管(4)的升液直管，并将非晶构件成形模具(5)与充填舱动板(3.3)固定，非晶构件成形模具(5)、逆重力充填升液管(4)和充填舱动板(3.3)之间密封设置，并实现逆重力充填升液管(4)内孔与非晶合金成形腔(5.2)连通；
步骤四：启动充填舱动板驱动缸(3.13)使充填舱动板(3.3)下降压紧充填舱下门密封圈(3.2)，实现熔炼舱和逆重力充填舱(3)之间的密封；
步骤五：再次启动充填舱上门驱动缸(3.12)下降，关闭充填舱上盖(3.10)，使舱体(3.1)顶部开口密封，至此步骤把设备形成了熔炼舱和逆重力充填舱(3)两个独立的密封空间；
步骤六：同步启动四个充填舱动板驱动缸(3.13)使充填舱动板(3.3)上升，打开舱体(3.1)底部逆重力充填舱底口实现熔炼舱和逆重力充填舱(3)互通；启动冷却水源(102)和冷却水控制阀(7)对冷壁坩埚、感应线圈部位进行连续的冷却，启动真空机组(101)和真空系统控制阀(6)对熔炼舱和逆重力充填舱(3)同时连续的抽真空；
步骤七：当熔炼舱和逆重力充填舱(3)真空压力低于1×10-5mpa时，启动电力输送系统(8)开始熔炼合金；
步骤八：合金开始熔炼的同时，开启惰性气体控制阀(11)、换热介质控制阀(10)和电力输送系统(8)进行工作，随时准备充填；
步骤九：利用熔炼舱可调节摄像仪(1.4)观测到块状金属料被加热熔化成液体时，关闭真空系统控制阀(6)打开惰性气体控制阀(11)对熔炼舱和逆重力充填舱(3)同时充入高纯度氩气，当熔炼室内气体压力达参数要求时，关闭惰性气体控制阀(11)停止输入氩气，利用测温系统(9)测试液体合金的温度是否达到充填温度；
步骤十：当计算机控制中心(110)检测到合金液体温度非晶构件成形模具(5)温度、熔炼舱和逆重力充填舱(3)压力均满足充填参数时，启动充填舱动板驱动缸(3.13)，使充填舱动板(3.3)下降压紧充填舱下门密封圈(3.2)，实现熔炼舱和逆重力充填舱(3)之间密封；
步骤十一：计算机控制中心(110)开启充填舱排气阀(3.16)排出舱体(3.1)内的氩气，使舱体(3.1)压力逐渐减少，使舱体(3.1)内气体压力下降到0.20～0.45Mpa之间，由于在熔炼舱和逆重力充填舱(3)之间形成了压力差ΔP，当舱体(3.1)的氩气不断排出、压力不断减少，导致熔炼舱与逆重力充填舱(3)的压力差ΔP逐渐增大，当ΔP增大到某个临界值时，作用在熔炼坩埚液面上的压力迫使液体合金沿着逆重力充填升液管(4)逐渐的、平稳的上升通过模具直浇道(5.1)进入非晶合金成形腔(5.2)内，与此同时，非晶合金成形腔(5.2)内的背压气体从模具排气孔(5.3)排出，减少了液体合金充填非晶构件成形模具(5)过程中的阻力保证了液态合金液面平稳的上升，直至合金液体充满非晶构件成形模具(5)；
步骤十二：在完成液体金属充填非晶合金成形腔(5.2)过程的同时，计算机控制中心(110)立刻发出指令使非晶构件成形模具(5)快速换热，通过非晶合金成形腔(5.2)和冷却介质把液体合金的热量传导，使非晶合金成形腔(5.2)内合金液体的冷却速度达到0.001℃～1℃/每...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙剑飞，曹福洋，姜思达，黄永江，沈红先，张伦勇，邱子傲，宁志良，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23