[发明专利]一种细化含Fe的锌合金中第二相的凝固方法及装置

权利要求书

1.一种细化含Fe锌合金中第二相的凝固方法，其特征在于采用底部循环液冷法细化含Fe锌合金中第二相，通过快速定向的冷却过程显著细化含Fe金属间化合物，使高温金属熔液沿纵向以60～200℃/min的速度定向凝固，得到直径为10～100mm，没有缩孔缺陷和缩尾小于1cm的铸锭，显著细化了合金中含Fe金属间化合物，长条状第二相消失，块状第二相的尺寸细化至6～9μm；与细化前相比，第二相尺寸下降了50％～80％；

所述含Fe锌合金包括FeZn₁₃和(Fe,Mn)Zn₁₃含Fe金属间化合物，所述含Fe锌合金中Fe元素的质量百分含量为0.01～10％。

2.如权利要求1所述细化含Fe锌合金中第二相的凝固方法，其特征在于所述Fe锌合金除了Fe和Zn元素，还含有质量百分含量为0.01-6％Mg、0.01-2％Li、0.01-5％Ca、0-14％Cu、0.01-10％Ge、0.01-10％Sr、0.01-7％Mn、0.01-20％Ag、0.01-30％Au、0.01-1％Ti、0.01-8％Re无毒元素中的至少一种。

3.如权利要求1所述细化含Fe锌合金中第二相的凝固方法，其特征在于所述底部循环液冷法，工艺方法为以下2种中的任意一种：(1)准备金属原材料→装料熔化→底部循环液冷凝固；(2)传统铸锭→切成小块→装料熔化→底部循环液冷凝固；

具体步骤如下：

第一步：准备原材料，准备发明例对应成分的高纯金属或者将传统铸造方法制备的合金铸锭切成小块作为原材料；

第二步：装料熔化，将准备好的原材料放入坩埚中，置于500～800℃条件下，保温2～10min，使原材料成为熔融态液体；

第三步：底部循环液冷凝固，将高温金属熔液浇铸到上述的快速定向冷却装置中，获得细化后的合金铸锭。

4.如权利要求1或3所述细化含Fe锌合金中第二相的凝固方法，其特征在于采用所述底部循环液冷法，与传统铸造方法相比，细化后合金中长条状含Fe金属间化合物消失，块状含Fe金属间化合物的平均尺寸细化至6～9μm，下降了50％～80％，抗拉强度提升60～130％，延伸率提升了180～900％，压缩屈服强度提升5～50％，抗蠕变性能显著提高，蠕变应变下降了30～65％，生物相容性良好，细胞存活率大于90％，腐蚀速率降低15～30％，加工性能显著提升，轧制后边裂减小了45～60％，可用于制备人体植入医疗器件。

5.一种如权利要求1或3所述凝固方法采用的定向快速冷却装置，其特征在于装置由低导热率铸型(1)、高导热率底板(2)、循环液冷机(3)、熔体倾倒装置(4)、感应加热装置(5)、测温装置(6)、铸型开合装置(7)、真空室(8)、底板升降装置(9)和冷却剂池(10)组成；低导热率铸型(1)固定在高导热率底板(2)上方，用于铸造成形，由两个半圆柱铸型拼成，可以通过铸型开合装置(7)控制其开合；高导热率底板(2)位于低导热率铸型(1)下方，用于提供沿纵向的冷却梯度；循环液冷机(3)位于高导热率底板(2)下方，用于提供循环冷却水；熔体倾倒装置(4)位于低导热率铸型(1)上方，用于金属熔体的浇铸；感应加热装置(5)与熔体倾倒装置(4)连接在一起，位于低导热率铸型(1)的上方，用于熔化高纯金属或使用传统方法铸造的合金铸锭原材料；测温装置(6)位于低导热率铸型(1)上方，用于实时测量熔体温度；铸型开合装置(7)位于低导热率铸型(1)的左右两侧，用于铸型的开合；真空室(8)用于维持浇铸时的真空状态；底板升降装置(9)位于高导热率底板(2)的下方，用于将凝固的铸型沉没到冷却剂中；冷却剂池(10)位于高导热率底板(2)的下方，用于进一步冷却凝固的铸型；使用该装置使高温金属熔液沿纵向以60～200℃/min的速度冷却至室温，能在小于10分钟的时间内得到直径为10～100mm，没有缩孔缺陷和缩尾小于1cm的铸锭。

6.如权利要求5所述凝固方法采用的定向快速冷却装置，其特征在于低导热率铸型材料选用氧化铝、氮化硅导热率低的材料，其形状可以随着实际需求改变，铸型直径尺寸为10～100mm。