[發明專利]利用軸向均恒磁場制備功能梯度材料的方法及其定向凝固裝置

在審

• 申請號: 201810475102.7
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108655375A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 李喜;胡少東;侯龍;韓翠;鄧康
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B22D27/04
• 分類號: B22D27/04;B22D27/02;C30B29/52;C30B30/04;C30B28/06
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

1.一種利用軸向均恒磁場制備功能梯度材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

a.原料制備：

按照待制備的功能梯度材料的合金成分，選取純金屬作為原料，在真空感應懸浮爐內進行反復熔煉，使其成分均勻化，然后將合金熔體用石英管進行負壓吸鑄，獲得成分均勻的原始合金棒；

b.定向凝固設備安裝：

將定向凝固裝置放入軸向均恒磁場中，磁場中心附近的磁場強度在不大于5T的范圍內連續可調，將在步驟a中制備的原始合金棒表面處理干凈，裝入相應尺寸的剛玉坩堝中，將剛玉坩堝固定在定向凝固的拉桿上端，剛玉坩堝隨拉桿在加熱爐內上下移動，通過控制定向凝固的抽拉系統以設定的抽拉速度進行定向凝固，定向凝固的方向平行于軸向磁場的方向，同時調整加熱爐在磁場中的位置，當剛玉坩堝內合金融化后，使剛玉坩堝內合金的凝固界面保持在均恒磁場區；

c.功能梯度材料制備：

固定好在所述步驟b中設置的定向凝固設備后，向加熱爐內通入惰性氣體作為保護氣體，然后啟動加熱裝置，按照不大于10℃/min的預設的加熱速度進行升溫，升到不高于1600℃的指定的溫度后，然后開啟磁場發生裝置，在磁場的作用下，并在至少30分鐘后使剛玉坩堝內原始合金棒完全融化形成均勻化的金屬熔體，然后開啟定向凝固抽拉系統，按照不高于20μm/s的抽拉速率進行定向凝固，直到剛玉坩堝內的合金熔體都抽拉到裝有冷卻介質的淬火池內，然后從淬火池中取出定向凝固的合金棒，即得到功能梯度材料。

2.根據權利要求1所述利用軸向均恒磁場制備功能梯度材料的方法，其特征在于：所制備的功能梯度材料為鋁合金，并且鋁合金中鋁的質量百分比含量為不高于88wt.％。

3.根據權利要求2所述利用軸向均恒磁場制備功能梯度材料的方法，在制備Al-Ni合金功能梯度材料時，其特征在于，包括如下步驟：

a.原料制備：

選擇純度為99.99％的高純金屬原料，配制成分為Al-12wt.％Ni的合金，在真空懸浮爐內反復熔煉，使Al-Ni合金原料充分均勻化后，將Al-Ni合金熔體用石英管進行負壓吸鑄，得到成分均勻的Al-Ni合金棒，并將所得到的Al-Ni合金棒封裝在剛玉坩堝中，備用；

b.定向凝固設備安裝：

將定向凝固裝置放入軸向均恒磁場中，磁場中心附近的磁場強度在不大于5T的范圍內連續可調，將在步驟a中制備的原始Al-Ni合金棒表面處理干凈，裝入相應尺寸的剛玉坩堝中，將剛玉坩堝固定在定向凝固的拉桿上端，剛玉坩堝隨拉桿在加熱爐內上下移動，通過控制定向凝固的抽拉系統以設定的抽拉速度進行定向凝固，定向凝固的方向平行于軸向磁場的方向，同時調整加熱爐在磁場中的位置，當剛玉坩堝內合金融化后，使剛玉坩堝內Al-Ni合金的凝固界面保持在均恒磁場區；

c.功能梯度材料制備：

固定好在所述步驟b中設置的定向凝固設備后，向加熱爐內通入惰性氣體作為保護氣體，然后啟動加熱裝置，按照不大于10℃/min的預設的加熱速度進行升溫，升到不低于800℃的指定的溫度后，然后開啟磁場發生裝置，在磁場的作用下，并在至少30分鐘后使剛玉坩堝內原始合金棒完全融化形成均勻化的金屬熔體，然后開啟定向凝固抽拉系統，按照不高于10μm/s的抽拉速率進行定向凝固，直到剛玉坩堝內的合金熔體都抽拉到裝有冷卻介質的淬火池內，然后從淬火池中取出定向凝固的合金棒，即得到Al-Ni合金功能梯度材料。