[發明專利]一種基于離心力的非平衡凝固制備梯度結構材料的方法

有效

• 申請號: 201910473314.6
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN112011707B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 李玉勝;彭芃;王帥卓;毛慶忠;李建生;周浩;聶金鳳;曹陽
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22C9/04
• 分類號: C22C9/04;C22C9/00;C22C38/58;C22C38/44;C22C38/04;C22C38/02;C22C1/02;C22C33/04;B22D27/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

1.一種基于離心力的非平衡凝固制備梯度結構材料的方法，其特征在于，在金屬凝固過程中的過冷區間施加大的離心力，使其在凝固過程中邊緣與心部形核不均勻，最終使得凝固成型后獲得的金屬材料的晶粒尺寸成梯度分布，從而制備梯度結構金屬材料；包括以下步驟；包括感應線圈加熱熔煉和過冷區離心非平衡凝固兩步工序

步驟1，對所需的固體金屬原材料進行處理，去除油污和氧化膜，打磨到暴露出光亮金屬基體；

步驟2，將處理過的固體金屬原材料放置于熔煉坩堝之內；

步驟3，啟動感應線圈開始熔煉，將金屬材料加熱到熔融狀態并使其穩定下來；

步驟4，啟動離心機，降低感應線圈功率開始緩慢降溫凝固，當其完全轉化為固態時，關閉線圈，開啟冷卻水，使其快速冷卻至室溫；

該方法所用熔煉離心力非平衡凝固裝置，包括離心機與真空感應熔煉裝置，離心機為機械式離心機，其轉盤中心有一凹槽用于放置熔煉坩堝，且其內部置有冷卻循環水系統，桶狀的真空金屬罩可與離心機上表面配合進行密封，真空金屬罩上有電磁感應加熱線圈及其控制器，真空金屬罩頂部設有氣閥可供抽真空或通保護氣體。

2.根據權利要求1所述的基于離心力 的非平衡凝固制備梯度結構材料的方法，其特征在于，步驟3具體步驟為，將放置表面除污處理過的固體金屬原材料后的熔煉坩堝通過真空金屬罩將整個空間密封，抽真空，最后再通入惰性氣體，使用感應電磁加熱使得坩堝內的金屬至熔融態，并持續直至其狀態穩定。

3.根據權利要求1所述的基于離心力的 非平衡凝固制備梯度結構材料的方法，其特征在于，所述的金屬為紫銅合金、黃銅合金以或316L不銹鋼。

4.根據權利要求3所述的基于離心力非平衡凝固制備梯度結構材料的方法，其特征在于，紫銅合金為TU2紫銅，合金成分wt.%中Cu99.9，黃銅合金成分為Cu-30wt.%Zn，316L不銹鋼合金其成分wt.%如下：C≤0.08，Si≤1，Mn≤2，P≤0.045，S≤0.03，Ni占10.0~14.0，Cr占16.5~18.5，Mo占2.0~3.0，余下為Fe和雜質。

5.根據權利要求1所述的基于離心力 的非平衡凝固制備梯度結構材料的方法，其特征在于，該方法具體為：步驟1，選取純度為99.99%的紫銅，對其表面進行處理，去除油污和氧化膜，打磨至板材表面呈現出明亮的金屬光澤為止；

步驟2，將處理過的紫銅放置于熔煉坩堝之內，將真空金屬罩密閉好，將熔煉腔體進行抽真空，真空度在10^-4以下，真空抽完后從氣閥通入氬氣進行防氧化保護；

步驟3，通過感應線圈控制器啟動感應線圈開始熔煉，將金屬材料加熱到熔融狀態并持續五分鐘使其狀態穩定下來；

步驟4，通過離心機控制按鈕啟動離心機，并調節離心轉速為600r/min；再通過感應線圈控制器降低感應線圈功率開始緩慢降溫凝固，當其完全轉化為固態時，關閉線圈，關閉離心機，開啟循環冷卻水，使其快速冷卻至室溫。

6.根據權利要求1所述的基于離心力 的非平衡凝固制備梯度結構材料的方法，其特征在于，該方法具體為：步驟1，選取成分為Cu-30wt.%Zn的黃銅合金，對其表面進行處理，去除油污和氧化膜，打磨至板材表面呈現出明亮的金屬光澤為止；

步驟2，將處理過的黃銅合金放置于熔煉坩堝之內，將真空金屬罩密閉好，將熔煉腔體進行抽真空，真空度在10^-4以下，真空抽完后從氣閥通入氬氣進行防氧化保護；

步驟3，通過感應線圈控制器啟動感應線圈開始熔煉，將金屬材料加熱到熔融狀態并持續五分鐘使其狀態穩定下來；

步驟4，通過離心機控制按鈕啟動離心機，并調節離心轉速為600r/min；再通過感應線圈控制器降低感應線圈功率開始緩慢降溫凝固，當其完全轉化為固態時，關閉線圈，關閉離心機，開啟循環冷卻水，使其快速冷卻至室溫。

7.根據權利要求1所述的基于離心力的 非平衡凝固制備梯度結構材料的方法，其特征在于，該方法具體為：步驟1，選取成分316L不銹鋼作為實驗材料，其成分（wt.%）如下：C≤0.08，Si≤1，Mn≤2，P≤0.045，S≤0.03，Ni占10.0~14.0，Cr占16.5~18.5，Mo占2.0~3.0，余下為Fe和雜質；對其表面進行處理，去除油污和氧化膜，打磨至板材表面呈現出明亮的金屬光澤為止；

步驟2，將處理過的316L不銹鋼放置于熔煉坩堝之內，將真空金屬罩密閉好，將熔煉腔體進行抽真空，真空度在10^-4以下，真空抽完后從氣閥通入氬氣進行防氧化保護；

步驟3，通過感應線圈控制器啟動感應線圈開始熔煉，將金屬材料加熱到熔融狀態并持續五分鐘使其狀態穩定下來；

步驟4，通過離心機控制按鈕啟動離心機，并調節離心轉速為600r/min；再通過感應線圈控制器3降低感應線圈功率開始緩慢降溫凝固，當其完全轉化為固態時，關閉線圈，關閉離心機，開啟循環冷卻水，使其快速冷卻至室溫。