一種定向凝固鎂合金裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及金屬定向凝固技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種定向凝固鎂合金裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]定向凝固是指采用強(qiáng)制手段，在金屬凝固過程中建立起特定方向上溫度梯度，使得熔體能夠沿著與熱流相反的方向凝固，最終得到具有特殊晶粒取向的柱狀晶的技術(shù)。定向凝固是研究凝固原理和金屬凝固規(guī)律的重要手段，也是制備單晶的主要方法。60年代以來，定向凝固研究方法和技術(shù)飛速發(fā)展，經(jīng)歷了從發(fā)熱劑法、功率降低法到現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的高速凝固法、液態(tài)金屬法和連續(xù)定向凝固技術(shù)的轉(zhuǎn)變。無論是在傳統(tǒng)的高溫合金，磁性材料，自身復(fù)合型材料的制備方面，還是在新型的金屬間化合物，形狀記憶型合金領(lǐng)域，定向凝固技術(shù)都有很廣闊的前景。
[0003]鄒敏強(qiáng)等人采用自行設(shè)計(jì)的簡易定向凝固裝置，利用發(fā)熱劑法制備了 AZ31鎂合金鑄件，研究發(fā)現(xiàn)，定向凝固AZ31合金組織與性能都表現(xiàn)出各向異性的特征。
[0004]趙彥民、李秋書等人通過液態(tài)金屬冷卻定向凝固技術(shù)制備了 AZ91與AZ31合金，發(fā)現(xiàn)溫度梯度的提高與拉速的降低可以提高定向組織的穩(wěn)定性與連續(xù)性。對(duì)AZ31鎂合金，當(dāng)拉速彡10 ym/s時(shí)可以獲得穩(wěn)定的定向凝固組織。
[0005]C.Zhang等人利用布里奇曼裝置制備了 Mg_4Al 二元合金定向凝固組織，研究了不同凝固速度下合金的微觀組織與微觀偏析情況。
[0006]Mabuch等人也利用布里奇曼定向凝固爐制得定向凝固AZ91，但樣品的凝固組織為各向異性的多晶，并沒有獲得穩(wěn)定連續(xù)的定向凝固組織。
[0007]傳統(tǒng)的金屬定向凝固裝置普遍使用布里奇曼定向凝固爐，制成的式樣雖然具有明顯的定向生長晶粒，但式樣直徑小，凝固速度慢，故一般用于基礎(chǔ)研究，不能同于實(shí)際生產(chǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于:針對(duì)上述問題，提供一種定向凝固鎂合金裝置。
[0009]本實(shí)用新型提供一種定向凝固鎂合金裝置，包括架體結(jié)構(gòu)，所述架體結(jié)構(gòu)由底部支撐子結(jié)構(gòu)和上部固定子結(jié)構(gòu)組成，還包括爐體結(jié)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)、水冷管道、測(cè)溫器和坩禍；
[0010]所述爐體結(jié)構(gòu)包括爐腔、加熱電阻絲、保溫層、隔熱層和上保溫蓋，所述加熱電阻絲布置于所述爐腔側(cè)壁，所述保溫層位于所述爐腔外側(cè)，所述爐體結(jié)構(gòu)頂部、中部、底部分別布置有所述隔熱層；
[0011]所述升降機(jī)構(gòu)包括坩禍底座、下保溫底盤、行走橫梁和步進(jìn)電機(jī)，所述坩禍底座置于所述下保溫底盤上，所述下保溫底盤與所述行走橫梁連接，所述行走橫梁與所述底部支撐子結(jié)構(gòu)連接，所述步進(jìn)電機(jī)與所述行走橫梁連接；
[0012]所述攪拌機(jī)構(gòu)包括攪拌棒和攪拌電機(jī)，所述攪拌電機(jī)固定于所述上部固定子結(jié)構(gòu)，所述攪拌棒與所述上部固定子結(jié)構(gòu)為可移動(dòng)連接，所述攪拌電機(jī)與所述攪拌棒連接，所述攪拌棒穿過所述上保溫蓋；
[0013]所述水冷管道包括進(jìn)水管和出水管，所述進(jìn)水管和所述出水管均與所述坩禍底座連接；
[0014]所述測(cè)溫器包括上部熱電偶和下部熱電偶，所述上部熱電偶與所述上保溫蓋之間為可移動(dòng)連接，所述下部熱電偶與所述下保溫底盤連接；
[0015]所述爐體結(jié)構(gòu)通過所述底部支撐子結(jié)構(gòu)、所述上部固定子結(jié)構(gòu)與所述架體結(jié)構(gòu)固定連接；所述升降機(jī)構(gòu)通過所述行走橫梁與所述架體結(jié)構(gòu)連接；所述攪拌機(jī)構(gòu)通過所述上部固定子結(jié)構(gòu)與所述架體結(jié)構(gòu)連接，通過所述上保溫蓋與所述爐體結(jié)構(gòu)連接。
[0016]使用上述裝置定向凝固鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0017]步驟一、材料準(zhǔn)備，熔煉鎂材料為2000克，對(duì)所述材料進(jìn)行打磨去除表面的氧化層；
[0018]步驟二、所述坩禍內(nèi)壁和所述攪拌棒用氮化硼涂料涂抹均勻；
[0019]步驟三、將所述材料放入所述坩禍內(nèi)，所述坩禍置于所述坩禍底座上，將所述坩禍自下而上升入到所述爐腔內(nèi)；關(guān)閉所述爐腔，同時(shí)開啟所述加熱電阻絲，設(shè)置加熱溫度為7200C ;所述材料在熔化過程中，當(dāng)加熱溫度高于650°C時(shí)通入SF#P CO 2的混合氣作為保護(hù)氣體；
[0020]步驟四、添加合金元素，用特制漏勺從所述爐腔頂部將合金元素放入所述坩禍內(nèi)，充分熔解，同時(shí)加大SF#P CO 2的混合氣的通入量；
[0021 ] 步驟五、打開所述攪拌電機(jī)，所述攪拌棒自下而上對(duì)所述坩禍內(nèi)熔液進(jìn)行攪拌，時(shí)間為I分鐘；
[0022]步驟六、用特制工具打渣，除去浮于熔液表層的雜質(zhì)和氧化物；繼續(xù)保持加熱，使鎂合金熔液在所述爐腔內(nèi)靜置保溫20分鐘；
[0023]步驟七、通入冷卻水開始冷卻，同時(shí)打開所述升降系統(tǒng)，將所述坩禍緩緩從所述爐腔內(nèi)移出，直至所述鎂合金熔液完全凝固成錠坯，期間通過所述上部熱電偶和所述下部熱電偶記錄熔液上部和下部的溫度；
[0024]步驟八、所述錠坯降溫到室溫時(shí)將其取出。
[0025]步驟二中所述氮化硼涂料的配比為:氮化硼15%，其余為無水乙醇。
[0026]步驟三中所述SF#P CO 2的混合氣的比例為1:100。
[0027]步驟七中所述坩禍從所述爐腔內(nèi)的移出速度為0.5mm/分鐘。
[0028]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0029]1、能夠制得直徑為89mm的鎂合金定向凝固鑄錠，內(nèi)部組織具有明顯定向生長特征，使得定向凝固后的鑄錠能夠直接用于后續(xù)加工和分析，并為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。
[0030]2、較好控制鎂合金的燒損，使凝固后的材料更純凈。
[0031]3、鎂合金密度低，熔化后經(jīng)過較長時(shí)間的凝固，容易造成成分分布不均勻的問題，通過前述定向凝固方法，該問題也得到有效解決。
【附圖說明】
[0032]圖1所示為本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中:1-底部支撐子結(jié)構(gòu)、2-上部固定子結(jié)構(gòu)、3-加熱電阻絲、4-保溫層、5-隔熱層、6-上保溫蓋、7-攪拌電機(jī)、8-攪拌棒、9-上部熱電偶、10-下部熱電偶、11-下保溫底盤、12-彳丁走橫梁、13-步進(jìn)電機(jī)、14-進(jìn)水管、15-出水管、16-1甘禍、17-爐腔、18-1甘禍底座。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。在下述實(shí)施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號(hào)代表相同的特征或者部件，可應(yīng)用于不同實(shí)施例中。
[0035]如圖1所示