[發明專利]一種適用于電流作用下類包晶合金模擬物定向凝固結晶器

有效

• 申請號: 201310453384.8
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103510152A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 丁宏升;孫宏喆;陳占興;王永喆;王國田
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B30/02
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

一種適用于電流作用下類包晶合金模擬物定向凝固結晶器屬于電流作用下類包晶合金模擬物定向凝固的實驗裝置。?

背景技術

在眾多的金屬間化合物中，?具有多個包晶反應的TiAl基合金由于其比強度高、比剛度高以及高溫抗氧化性、抗蠕變性和抗氫脆性良好等特征，使其成為優秀的耐熱輕質材料，在提升發動機工作效率等方面將具有很大的應用潛力。但是TiAl基合金的室溫塑性差，是限制TiAl基合金推廣和應用的主要障礙。目前控制合金材料的凝固過程是提高鑄件性能和開發新型材料的重要手段，在近年出現的許多新型凝固技術中，通過將電場、磁場和微重力場等外場引入到凝固過程，將有助于提升現有合金材料的性能，其中電流凝固技術就是相對比較活躍的研究領域，但是目前的工作大多集中于電流對低熔點合金凝固過程的影響，對于熔點較高和活性較大的TiAl合金這類鈦基合金則涉及較少。?

目前，人們結合傳質學、傳熱學以及固液界面凝固動力學等方面的知識，采用計算機數值模擬仿真技術對凝固過程進行了深入的研究，但是對于金屬實際凝固過程的直接實驗觀察驗證則一直停滯不前，這主要是由于金屬凝固過程的溫度相對較高，對其進行原位觀察所需要的設備要求也非常苛刻。雖然現在有學者利用X射線同步輻射技術對金屬及其合金的凝固過程進行了實時記錄，但僅僅是對一些低熔點的合金進行了凝固過程的實時觀察，使得研究的局限性較大。類合金有機物具有透明的優良光學特性以及較低的熔化溫度，在常規條件下就可以對其凝固過程進行實時觀察。另外類合金有機物在凝固規律上與金屬液體的凝固規律具有一定的相似性，這可為通過原位觀測類合金有機物的凝固過程，研究類似合金的具體凝固過程提供必要的參考數據。為了能夠更加直觀地了解電流對包晶TiAl基合金定向凝固過程的影響，本發明采用一種透明AMPD-SCN包晶有機物近似代替實際中所采用的TiAl基合金，進行了其凝固過程的物理模擬。從AMPD-SCN二元相圖分析此有機物的包晶反應發生在5.1at%SCN的成分點，其包晶反應溫度為81.4℃。而且在0.0019at%至21.1at%的范圍內，該有機物都將發生三相平衡的包晶反應。本發明選用成分為AMPD-4.1%SCN，其液相線溫度達到100℃以上，超過常規加熱介質即沸水的極限溫度，因此具有更高溫度加熱能力和高效率的定向凝固型結晶器，是保證高熔化溫度類包晶合金模擬物順利進行定向凝固的關鍵裝置。?

丁宏升等人申請的發明專利《一種電效應驅動凝固結晶過程的裝置》，申請號：201010184719.7中公開了一種在電效應驅動作用下的凝固結晶裝置，其中涉及到了一種結晶器。然而該結晶器采用機械連接的結構，使得融化區域的封閉性得不到保證，并且采用熱水為加熱工質，不利于在融化區域兩端形成更大的溫度梯度G_T，而且還存在側向散熱的問題，這些問題又會造成定向凝固過程中的溫度梯度不能被準確控制，導致電場作用下類包晶合金模擬物定向凝固過程的不穩定因素加大。?

發明內容

為了解決上述問題，本發明設計了一種適用于電流作用下的類包晶合金模擬物定向凝固結晶器，該結晶器不僅可以保證融化區域的密封性，有利于在融化區域兩端形成一個穩定的溫度梯度G_T，而且還避免了側向散熱，同時與以往機械連接制造的結晶器相比，該結晶器更能精準的控制定向凝固過程中的溫度梯度，解決了電流作用下高熔點類合金模擬物的定向凝固實驗和實時觀察問題。?

本發明的目的是這樣實現的：?

一種適用于電流作用下類包晶合金模擬物定向凝固結晶器，包括對稱設置的熔區熱端紫銅導熱板和熔區冷端紫銅導熱板，熔區熱端紫銅導熱板和熔區冷端紫銅導熱板通過硅膠粘接的玻璃片連接，所述的玻璃片中間部分設置有融化區域；所述的熔區熱端紫銅導熱板上設置有熔區熱端紫銅電極接線柱，端部通過硅膠粘接有熱端液體流通傳熱塊，熱端液體流通傳熱塊上連接熱端液體循環皮管，所述的熱端液體循環皮管包括上下配置的熱端上油管和熱端下油管，熱端上油管在上，熱端下油管在下；所述的熔區冷端紫銅導熱板上設置有熔區冷端紫銅電極接線柱，端部通過硅膠粘接有冷端液體流通傳熱塊，冷端液體流通傳熱塊上連接冷端液體循環皮管；所述的冷端液體循環皮管包括上下配置的冷端上油管和冷端下油管，冷端上油管在上，冷端下油管在下。