專利名稱：用來(lái)制備含金屬的鑄體的方法和用于此的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料科學(xué)和工藝流程領(lǐng)域和涉及一種用來(lái)制備含金屬 的鑄體的方法，如該方法可應(yīng)用來(lái)制備由金屬玻璃構(gòu)成的型材，以及 用來(lái)實(shí)現(xiàn)這方法的裝置。
背景技術(shù)：
金屬玻璃是一種亞穩(wěn)合金，其與通常的結(jié)晶材料相反，不具有長(zhǎng) 程有序。它的結(jié)構(gòu)是非晶形的和類似于液體的結(jié)構(gòu)。為了在冷卻時(shí)得 到非晶形狀態(tài)，必須滿足許多條件。所以必須壓制晶核形成和晶核生長(zhǎng)，以凝結(jié)液體的結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這目的，必須非?？焖俚乩鋮s金屬 熔液，例如通過(guò)與非常好的導(dǎo)熱的冷體的表面接觸。熱接觸體的質(zhì)量 和厚度和液體層的導(dǎo)熱性決定了冷卻速率。已知的和廣泛傳播的、以澆鑄金屬和還有大量的金屬玻璃的方法， 是在冷的金屬鑄型中的澆鑄。在此使熔液通過(guò)不同的措施而強(qiáng)行進(jìn)入 到金屬鑄型中，并且在此在由金屬鑄型預(yù)先給出了的形式中冷凝。為了在金屬玻璃的情況下得到高的冷卻速率，金屬鑄型由良好導(dǎo) 熱的材料制備。在此澆鑄過(guò)程是非常快速地進(jìn)行的。首先金屬在坩堝 中熔融，并且隨后使熔液通過(guò)氣體壓力或離心力而強(qiáng)行進(jìn)入模具中。為了保證在金屬熔液和優(yōu)選地由銅構(gòu)成的金屬鑄型之間的良好的 熱接觸，模具的表面必須是非常清潔的。這可通過(guò)機(jī)械的清潔和酸洗 液而容易地實(shí)現(xiàn)的。此外熔液應(yīng)良好地浸潤(rùn)模具。浸潤(rùn)主要取決于熔 液的粘度和熔液對(duì)銅金屬鑄型和對(duì)周圍大氣的界面張力。粘度非常強(qiáng) 烈地取決于溫度。其以指數(shù)地隨著增高的溫度而下降，而界面張力線性地隨著增高的溫度而下降。粘度和界面張力的小的值，如其用于良 好的浸潤(rùn)和用于模具的良好的填充所力求的，原則上可通過(guò)高的溫度 而調(diào)節(jié)。然而溫度的提高也是以較高的輸入的熱量為條件的，這導(dǎo)致 較小的冷卻速度，并且因此不是力求的。熔液的過(guò)熱在晶形的合金的 澆鑄時(shí)導(dǎo)致模具的良好的填充，然而在澆鑄金屬玻璃時(shí)必須避免過(guò)熱， 以能凝結(jié)到非晶形的狀態(tài)。此外已知的是，由氧氣造成的熔液的污染對(duì)金屬玻璃的可制備性 是有損害的，并且使得其性能變差。通過(guò)在熔液中的氧化物微粒處的 多相的晶核形成來(lái)說(shuō)明這種效應(yīng)。 一種用來(lái)在澆鑄之前，通過(guò)在熔液 上漂浮的爐渣與金屬熔液之間的電流通來(lái)電化學(xué)凈化熔液的方法己經(jīng)在S.Bossuyt等人所著的，Mater.Sci.Eng.A 375-377(2004)240-243中被描述了。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)在于給出一種用來(lái)制備含金屬的鑄體的方法和用于 此方法的裝置，在該方法中除了高的冷卻速率外還在澆鑄時(shí)達(dá)到良好 的模具填充，而沒(méi)有過(guò)熱含金屬的熔液。這任務(wù)通過(guò)本發(fā)明的權(quán)利要求而解決。擴(kuò)展是從屬權(quán)利要求的對(duì)象。在根據(jù)本發(fā)明的、用來(lái)制備含金屬的鑄體的方法中，含金屬的熔 液引入到能導(dǎo)電的鑄模中，其中在引入到鑄模中期間，含金屬的熔液 和模具均與相同的電源的輸出端導(dǎo)電地連接，以致于預(yù)先調(diào)節(jié)了的電 流流過(guò)熔液和模具之間的界面層。優(yōu)選地含金屬的熔液的大于50的質(zhì)量百分比是由金屬構(gòu)成的。同樣優(yōu)選的是使用作為含金屬的熔液熔融了的非晶形金屬。進(jìn)一步優(yōu)選的是使用由良好的導(dǎo)熱的金屬構(gòu)成的，更優(yōu)選的是由 銅構(gòu)成的鑄模。也具有優(yōu)點(diǎn)的是，當(dāng)含金屬的熔液是通過(guò)電極與電源相連接的。 并且還具有優(yōu)點(diǎn)的是，當(dāng)使用感應(yīng)加熱的含金屬的熔液時(shí)。同樣優(yōu)選的是，當(dāng)電源電壓由0.5V升高至42V時(shí)。另外具有優(yōu)點(diǎn)的是，當(dāng)將含金屬的熔液引入到鑄模中是通過(guò)壓鑄 法實(shí)現(xiàn)時(shí)。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的用來(lái)制備含金屬的鑄體的裝置，在含金屬的熔 液和電源之間有導(dǎo)電的連接。另外還有導(dǎo)電的鑄模，含金屬的熔液應(yīng) 被引入該鑄模中，該鑄模也與含金屬的熔液同樣、導(dǎo)電地和相同的電 源相連接。優(yōu)選地含金屬的熔液處于用來(lái)熔融金屬的裝置中，更優(yōu)選的為處 于感應(yīng)爐中。此外優(yōu)選的是，當(dāng)含金屬的熔液通過(guò)電極，優(yōu)選地通過(guò)鎢電極， 而與電源相連接的時(shí)。這也是具有優(yōu)點(diǎn)的，即當(dāng)使用的鑄體是由良好導(dǎo)熱的材料，優(yōu)選 為由銅構(gòu)成時(shí)。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置，在高的冷卻速率時(shí) 達(dá)到良好的模具填充，而沒(méi)有過(guò)熱含金屬的熔液。至少在引入到鑄模期間在含金屬的熔液和能導(dǎo)電的鑄模之間施加 電壓而降低含金屬的熔液的界面張力。這導(dǎo)致了在含金屬的熔液和能 導(dǎo)電的鑄模之間的良好的熱接觸，由此達(dá)到鑄模的完全填充，而沒(méi)有 過(guò)熱含金屬的熔液。采用根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，復(fù)雜的模制件， 如由大量的金屬玻璃構(gòu)成的模制件也可以較容易地且以較大的尺寸制 備。優(yōu)選地將含金屬的熔液引入到鑄模中是采用壓鑄技術(shù)而進(jìn)行的。 在此熔融和澆鑄含金屬的化合物在墮性氣體大氣下在密閉的體系中進(jìn) 行。同樣優(yōu)選地感應(yīng)熔融了的含金屬的熔液也例如通過(guò)大氣，如氬氣 大氣的過(guò)壓而壓入到模具中。電壓可每個(gè)成型過(guò)程地變化，或也可在成型過(guò)程期間變化。在此 在含金屬的熔液和導(dǎo)電的鑄模之間預(yù)先確定了短路電流。根據(jù)本發(fā)明的解決方案的主要優(yōu)點(diǎn)是在熔液和模具之間的浸潤(rùn)性 能的期望的可變性，而沒(méi)有過(guò)熱熔液，以致于熔液更好地與模具浸潤(rùn) 且在熔液和模具之間更均勻的接觸。根據(jù)熔液的種類給出了用于不同 的材料的特殊的性能改善。根據(jù)本發(fā)明的解決方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于軟磁體材料通過(guò) 在成型過(guò)程期間施加電壓而使得所制備了的鑄體的矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度更小 而磁化更高。這通過(guò)較小的在成型期間的內(nèi)電壓而達(dá)到，這歸因于均 勻的冷卻，并且因此導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明所制備了的產(chǎn)品的更好的磁性能 和機(jī)械性能。此外可更好地形成復(fù)雜的模具，且根據(jù)本發(fā)明所制備了 的產(chǎn)品也是機(jī)械上更結(jié)實(shí)的。
具體實(shí)施方式
以下用幾個(gè)實(shí)施例來(lái)更清楚地解釋本發(fā)明。實(shí)施例1由100gFeCPBSiMn-合金(具有硼和磷添加物的鑄鐵)在感應(yīng)爐 中、在氬氣大氣中制備金屬熔液。鎢電極深入到金屬熔液中，鉤電極 是與電源相連接的。在感應(yīng)爐下設(shè)置有銅金屬鑄型，其具有用來(lái)成形 澆鑄的環(huán)形圓盤的凹槽。環(huán)形圓盤以尺寸內(nèi)徑=18mm，外徑=26 mm，厚度=1 mm,被澆鑄。銅金屬鑄型也與電源導(dǎo)電地連接。在施 加230V電壓后開啟在感應(yīng)爐中的流出口。同時(shí)施加200 kPa的氬過(guò)壓。 這樣金屬熔液被壓入到在銅金屬鑄型內(nèi)的凹槽中，并且由于較小的表 面張力而完全地填充其。在冷卻和開啟銅金屬鑄型后，存在的是具有 所期望尺寸的完全的環(huán)形圓盤。實(shí)施例2合金Fe65.5Cr4Mo4Ga4P12C5B5.5根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法不能非晶形地 澆鑄成環(huán)形圓盤。根據(jù)實(shí)施例1的方法現(xiàn)在可由這種合金制備完全的 環(huán)形圓盤，其中產(chǎn)品是以非晶形的形式存在的。
權(quán)利要求
1.用來(lái)制備含金屬的鑄體的方法，在所述方法中含金屬的熔液引入到能導(dǎo)電的鑄模中，其中在引入到鑄模期間所述含金屬的熔液和模具是與相同的電源的輸出端導(dǎo)電地連接的，以致于預(yù)先調(diào)節(jié)好了的電流流過(guò)在所述熔液和模具之間的界面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，在所述方法中所述含金屬的熔液的大 于50的質(zhì)量百分比由金屬構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，在所述方法中使用作為含金屬的熔液 而熔融了的非晶形金屬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，在所述方法中使用由良好導(dǎo)熱的金屬 構(gòu)成的鑄模。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，在所述方法中使用由銅構(gòu)成的鑄模。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，在所述方法中所述含金屬的熔液通過(guò)電極而與電源相連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，在所述方法中使用感應(yīng)加熱了的含金 屬的熔液。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，在所述方法中在所述電源處的電壓從 0.5V升高至42V。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，在所述方法中將所述含金屬的熔液引 入到所述鑄模中是通過(guò)壓鑄法實(shí)現(xiàn)的。
10. —種用來(lái)制備含金屬的鑄體的裝置，在所述裝置中在含金屬 的熔液和電源之間存在導(dǎo)電的連接，并且此外導(dǎo)電的鑄模導(dǎo)電地與所 述相同的電源相連接，所述含金屬的熔液應(yīng)引入到所述導(dǎo)電的鑄模中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，于用于熔融金屬的裝置中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的裝置， 于感應(yīng)爐中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置， 過(guò)電極與電源相連接。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的裝置， 過(guò)鎢電極與電源相連接。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置， 料構(gòu)成的鑄模。在所述裝置中所述含金屬的熔液處在所述裝置中所述含金屬的熔液處在所述裝置中所述含金屬的熔液通在所述裝置中所述含金屬的熔液通在所述裝置中使用由良好導(dǎo)熱的材
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，在所述裝置中使用由銅構(gòu)成的鑄模。
全文摘要
本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域和涉及一種方法，其可應(yīng)用如制備由金屬玻璃構(gòu)成的型材。本發(fā)明的任務(wù)在于給出一種方法和一種裝置，其中除了高的冷卻速率外也在澆鑄時(shí)達(dá)到良好的模具填充。該任務(wù)通過(guò)一種方法解決，在該方法中，含金屬的熔液被引入到能導(dǎo)電的鑄模中，其中在引入到鑄模期間，含金屬的熔液和模具與相同的電源的輸出端導(dǎo)電地相連接，以致于預(yù)先調(diào)節(jié)好了的電流流過(guò)在熔液和模具之間的界面。此外這任務(wù)還通過(guò)一種裝置而解決，在該裝置中，在含金屬的熔液和用于熔液的導(dǎo)電的鑄模之間存在與電源的導(dǎo)電的連接。
文檔編號(hào)B22D27/00GK101237951SQ200680028573
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者斯特凡·羅特, 路德維格·舒爾茨 申請(qǐng)人:德累斯頓協(xié)會(huì)萊布尼茨固體材料研究所