專利名稱：一種非晶鎂合金差壓壓射成型方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于制備大塊非晶鎂合金的差壓壓射成型方法及其設備，可應用于制 備大塊非晶合金,屬于非晶鎂合金制備工程及設備技術領域。
背景技術：
具有無序結構的非晶合金，其獨特的物理化學和力學性能，獲得了人們的廣泛關注。如 己發(fā)現(xiàn)許多二元和三元鎂基非晶合金系[3 6]，它們具有好的抗腐蝕性能和高的貯氫性能。 長期以來，非晶鎂合金主要是通過快速凝固合金熔體制備獲得的，獲得的樣品至少在某一維 方向上的尺寸小于100nm，如薄帶、細絲或微粉形式等。由于受到自身尺寸限制，這些小截 面的鎂制品其非晶合金的許多優(yōu)異特性不能得以充分發(fā)揮，通常是通過進一步固結加工以制 成大塊非晶合金材料來滿足人們的需要。常見的加工技術有熱擠壓、熱軋制、沖擊固化和高 壓燒結等。然而，由此制出的材料不僅成本高、工藝復雜，更重要的是其抗拉強度較低，無 法與非晶合金薄帶相比。近十年來，具有大過冷液相區(qū)非晶合金的出現(xiàn)使得大塊非晶合金制 備研究與開發(fā)工作進入了嶄新的階段。大過冷液相區(qū)非晶合金的非晶形成能力很強，臨界速 度很低，從而利用傳統(tǒng)的鑄造技術就可獲得大塊非晶樣品。
在大塊非晶鎂合金制備中，目前據(jù)文獻報導的制備方法主要有水淬法，銅模鑄造法和高 壓壓鑄法。其中高壓鑄鑄法是利用活塞以高壓將熔化合金快速頂入銅模內(nèi)，使其強制冷卻， 從而獲得非晶。這種壓鑄方法目前僅見日本東北大學有所提及，其設備構造、具體工藝參數(shù) 等方面均未見說明。國內(nèi)關于大塊非晶的研究還剛處于起步階段，絕大多數(shù)僅限于試驗研究 階段，對于類似于壓鑄工藝制備的方法更是未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高合金的非晶形成能力，獲得更大尺寸的非晶材料，本發(fā)明提供一種具備感應加 熱和水冷銅模冷卻的差壓壓射成形方法，同時提供一套相應的差壓壓射成型設備。該方法可以滿足鎂合金快速安全升溫的要求，在短時間內(nèi)即可將鎂合金加熱至所需的溫度，加熱效率 高；同時可通過差壓及壓射裝置將合金熔體快速吸鑄到水冷銅模中，并在壓力下促使其強制 冷卻凝固，從而獲得大塊非晶鎂合金。工藝中的熔體加熱及快速差壓壓射過程均易于控制， 適用于大塊非晶鎂合金的制備。
本發(fā)明解決大塊非晶鎂合金差壓壓射成型技術問題所采用的技術方案及措施是在差壓 壓射前需要迅速排去壓室和銅模間的氣體；并且在氬氣保護下，通過高頻感應線圈把母合金 熔化在壓室內(nèi)，通過差壓裝置將母合金熔體吸鑄到銅模，同時通過移動壓室內(nèi)的上下沖桿使 得熔體在壓力下快速凝固，為大塊非晶材料的壓射成形提供良好的加壓冷卻效果，進而獲得 大塊非晶鎂合金。
本發(fā)明中的鎂合金差壓壓射設備由以下幾大系統(tǒng)組成液壓壓射系統(tǒng)、感應加熱系統(tǒng)、 模具及模具冷卻系統(tǒng)、差壓裝置和真空發(fā)生系統(tǒng)。各部件之間的連接和配合關系如下
(1) 液壓壓射系統(tǒng)包括上液壓缸l、下液壓缸2、上壓桿3、下壓桿4;
(2) 感應加熱系統(tǒng)包括感應電源5、加熱線圈6;
(3) 壓室7:包括進料口 8(與模具入口 9相連)，壓室上下均不封口；
(4) 模具及模具冷卻系統(tǒng)包括模具10(含模具入口9)、冷卻裝置ll;
(5) 真空發(fā)生系統(tǒng)包括工作腔體12(含抽真空口 13、保護氣進口 14，爐門15)、真空泵
16、保護氣瓶17;
(6) 差壓裝置包括負壓罐18、快開閥19(與模具10相連)、負壓閥20(與真空泵16相連)。
本發(fā)明的有益效果是可在數(shù)分鐘內(nèi)將鎂合金母材安全、快速、均質(zhì)加熱至所需溫度， 加熱效率高；可將鎂合金熔體在極短時間內(nèi)(幾百毫秒內(nèi))快速、安全進行吸鑄及高壓下凝 固的環(huán)境，促使其快速冷卻；設備的加熱及差壓壓射操作簡便、適應性好、工作穩(wěn)定可靠。


圖l是本發(fā)明設備結構示意圖。
圖2是差壓壓射設備的系統(tǒng)裝配示意圖。
圖3是壓射制作的直徑為4mm的MgNiPr非晶棒照片。
圖4是所述壓射制作的直徑為4mra的MgNiPr合金的X射線衍射圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
圖l是本發(fā)明設備結構示意圖。如圖1所示， 一種非晶鎂合金差壓壓射成型設備，該設 備包括上液壓缸(1)、下液壓缸(2)、上壓桿(3)、下壓桿(4)、感應電源(5)、加熱線圈
(6)、壓室(7)、壓室進料口 (8)、模具入口 (9)、冷卻裝置(U)、模具(10)、工作腔體(12)、 抽真空口 (13)、保護氣進口 (14)、爐門(15)、真空泵(16)、保護氣瓶(17)、負壓罐(18)、 快開閥(19)、負壓閥(20);所述上液壓缸(1)和下液壓缸(2)分別于上壓桿(3)與下壓 桿(4)相連，提供壓射操作動力；上壓桿(3)和下壓桿(4)均在壓室(7)中；感應電源
(5)與加熱線圈(6)相連，加熱線圈(6)纏繞在壓室(7)周圍，給壓室(7)提供加熱；
壓室進料口 (8)與模具入口 (9)相連；冷卻裝置(11)對模具(10)進行冷卻；工作腔體 (12)上有爐門(15);工作腔體(12)通過抽真空口 (13)與真空泵(16)相連；工作腔體
(12)通過保護氣進口 (14)與保護氣瓶(17)相連；負壓罐(18)通過負壓閥(20)與真 空泵(16)相連，負壓罐(18)通過快開閥(19)與模具(10)相連。
本發(fā)明設備主要包括用于鎂合金母材熔化的感應線圈和壓室、真空及保護氣系統(tǒng)、可以
移動的上下沖桿、差壓裝置、水冷模具。在差壓壓射前需要迅速排去壓室和銅模間的氣體；
在保護氣氛下，采用感應線圈通過對在壓室內(nèi)的鎂合金母材進行快速加熱，以期獲得均質(zhì)烙
體并為隨后的差壓壓射做準備；當壓室內(nèi)的鎂合金合金熔體達到所需溫度后，通過與水冷銅 模相聯(lián)通的負壓罐所產(chǎn)生的壓差將壓室內(nèi)的合金熔體快速吸鑄到水冷銅模中；與此同時，通
過行程開關限位、液壓油缸壓射和壓室內(nèi)上下壓桿聯(lián)動方式對壓室內(nèi)的鎂合金材質(zhì)進行快速 差壓壓射操作，并促使合金熔體在一定壓力下強制快速冷卻，從而獲得大塊非晶材料。上下 壓桿聯(lián)動及差壓壓射方式有效保證熔體的強制冷卻及壓力下快速凝固的效果，為大塊非晶材
料的壓射成形提供良好的加壓冷卻效果。圖2是差壓壓射系統(tǒng)的具體裝配圖。
大塊非晶鎂合金差壓壓射成型方法，該方法包括以下步驟
(1) 差壓壓射裝備中冷卻裝置(11)對差壓壓射裝備模具(10)進行冷卻；
(2) 將母合金從壓室(7)的上端加入；通過上液壓缸(1)使上壓桿(3)下行到壓室(7) 上方2 5mm處；
(3) 關上爐門(15)，真空泵(16)通過抽真空口 (13)對工作腔體(12)進行抽真空； 當工作腔體(12)內(nèi)的真空度達到l(TMPa以上時關閉真空泵(16)，保護氣瓶(17)通過保護氣進口 (14)向工作腔體(12)內(nèi)充入l個大氣壓的保護氣體；
(4) 真空泵(16)通過負壓閥(20)將負壓罐(18)抽至低壓狀態(tài)；
(5) 感應電源(5)給加熱線圈(6)通電，加熱線圈(6)對壓室(7)內(nèi)進行加熱使母 合金熔化；
(6) 快開閥(19)打開，模具(10)與負壓罐(18)相連通；上壓桿(3)、下壓桿(4) 下行進行壓射，液態(tài)合金通過壓室進料口 (8)和模具入口 (9)被壓射到模具(10)的型腔 內(nèi)；保壓使液態(tài)合金在壓力下凝固；
(7) 步驟(8)液態(tài)合金凝固后，上沖桿(3)上行，下沖桿(4)上行，將余料頂出；
(8) 冷卻10 15分鐘，取出模具(10)和模具型腔內(nèi)的試樣，壓射操作完成。
例壓鑄出直徑為4mra的MgNiPr鎂非晶棒材 制備工藝方法如下
(1) 將主要設備按上述裝配過程組裝成一套差壓壓射裝備；
(2) 將上壓桿3、下壓桿4、壓室7、模具10清理干凈；
(3) 通過冷卻裝置11對模具10進行冷卻；
(4) 將清洗干凈后的適量MgNiPr母合金從壓室7的上端加入；通過上液壓缸1使上壓桿3下 行到壓室7上方2 5mm處；
(5) 關上爐門15，通過抽真空口13，真空泵16對工作腔體12進行抽真空。當工作腔體12 內(nèi)的真空度達到l(TMPa以上時關閉真空泵16，并通過保護氣進口14向工作腔體12內(nèi)充入1個 大氣壓左右的保護氣體。
(6) 通過負壓閥20，真空泵16將負壓罐18抽至低壓狀態(tài)。
(7) 感應電源5通電，通過加熱線圈6對壓室7進行加熱，確保母合金充分烙化。
(8) 快開閥19打開，使模具10與負壓罐18相連通，保證模具10處于低壓狀態(tài)；同時上壓 桿3、下壓桿4下行進行壓射操作，液態(tài)合金通過壓室進料口8和模具入口9被壓射到模具10的 型腔內(nèi)，并保壓一段時間以確保其在壓力下凝固。
(9) 爾后上沖桿3上行，下沖桿4上行，將余料頂出。
(10) 冷卻10 15分鐘后取出模具10和模具型腔內(nèi)的試樣，壓射操作完成。 壓射出的MgNiPr試樣如圖3 (圖3是壓射制作的直徑為4ram的MgNiPr非晶棒照片)，其X射線衍射圖如圖4所示(圖4是所述壓射制作的直徑為4mra的MgNiPr合金的X射線衍射圖)， 可見該MgNiPr試樣為非晶材料。
權利要求
1、一種非晶鎂合金差壓壓射成型方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)差壓壓射裝備中冷卻裝置(11)對差壓壓射裝備模具(10)進行冷卻；(2)將母合金從壓室(7)的上端加入；通過上液壓缸(1)使上壓桿(3)下行到壓室(7)上方2～5mm處；(3)關上爐門(15)，真空泵(16)通過抽真空口(13)對工作腔體(12)進行抽真空；當工作腔體(12)內(nèi)的真空度達到10-3MPa以上時關閉真空泵(16)，保護氣瓶(17)通過保護氣進口(14)向工作腔體(12)內(nèi)充入1個大氣壓的保護氣體；(4)真空泵(16)通過負壓閥(20)將負壓罐(18)抽至低壓狀態(tài)；(5)感應電源(5)給加熱線圈(6)通電，加熱線圈(6)對壓室(7)內(nèi)進行加熱使母合金熔化；(6)快開閥(19)打開，模具(10)與負壓罐(18)相連通；上壓桿(3)、下壓桿(4)下行進行壓射，液態(tài)合金通過壓室進料口(8)和模具入口(9)被壓射到模具(10)的型腔內(nèi)；保壓使液態(tài)合金在壓力下凝固；(7)步驟(8)液態(tài)合金凝固后，上沖桿(3)上行，下沖桿(4)上行，將余料頂出；(8)冷卻10～15分鐘，取出模具(10)和模具型腔內(nèi)的試樣，壓射操作完成。
2、 一種非晶鎂合金差壓壓射成型設備，其特征在于，該設備包括上液壓缸(1)、下液壓缸 (2)、上壓桿(3)、下壓桿(4)、感應電源(5)、加熱線圈(6)、壓室(7)、壓室進料口 (8)、 模具入口 (9)、冷卻裝置(ll)、模具(IO)、工作腔體(12)、抽真空口 (13)、保護氣進口 (14)、 爐門(15)、真空泵(16)、保護氣瓶(17)、負壓罐(18)、快開閥(19)、負壓閥(20);所述上液壓缸(1)和下液壓缸(2)分別于上壓桿(3)與下壓桿(4)相連，提供壓射 操作動力；上壓桿(3)和下壓桿(4)均在壓室(7)中；感應電源(5)與加熱線圈(6)相 連，加熱線圈(6)纏繞在壓室(7)周圍，給壓室(7)提供加熱；壓室進料口 (8)與模具 入口 (9)相連；冷卻裝置(11)對模具(10)進行冷卻；工作腔體(12)上有爐門(15); 工作腔體(12)通過抽真空口 (13)與真空泵(16)相連；工作腔體(12)通過保護氣進口 (14)與保護氣瓶(17)相連；負壓罐(18)通過負壓閥(20)與真空泵(16)相連，負壓 罐(18)通過快開閥(19)與模具(10)相連。
全文摘要
一種非晶鎂合金差壓壓射成型方法及其設備，屬于合金制備工程及設備技術領域。模具(10)冷卻；母合金從壓室(7)上端加入；上壓桿(3)下行到壓室(7)上方處；真空泵(16)對工作腔體(12)進行抽真空；加熱線圈(6)對壓室(7)加熱使母合金熔化；快開閥(19)打開，上壓桿(3)、下壓桿(4)下行進行壓射，液態(tài)合金被壓射到模具(10)的型腔內(nèi)；液態(tài)合金凝固得到非晶鎂合金；壓射操作完成。設備包括上壓桿(3)、下壓桿(4)、加熱線圈(6)、工作腔體(12)等。本發(fā)明加熱效率高；可將鎂合金熔體快速冷卻；差壓壓射操作簡便、適應性好、工作穩(wěn)定可靠，過程易于控制，非常適用于大塊非晶鎂合金的制備。
文檔編號B22D27/09GK101293277SQ200810114918
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權日2008年6月13日
發(fā)明者浩 彭, 李雙壽, 李生錄, 彬 湯, 陳均林 申請人:清華大學