[发明专利]非晶态合金的压铸系统

说明书

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。

背景技术和问题描述

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。