一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置及其使用方法
【專利摘要】一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置及其使用方法，裝置包括坩堝、耐火材料筒體、冷卻底座、外筒體、加熱感應線圈和磁力攪拌裝置；使用方法為：將金置于坩堝中，將坩堝插入耐火材料筒體內(nèi)；向外筒體通入惰性氣體或還原氣體；通過磁場對坩堝內(nèi)的金屬加熱熔化，加入其他金屬或合金，進行合金化；將帶有熔體的坩堝降至冷卻底座的環(huán)形凸臺內(nèi)，通過磁力攪拌裝置對坩堝內(nèi)的熔體進行攪拌；向冷卻底座的空腔內(nèi)通入冷卻介質(zhì)，使熔體降溫進行鑄造，熔體在降溫過程中由下向上逐漸凝固。本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，綜合成本低等優(yōu)點，制備的金基合金成分均勻、內(nèi)部缺陷少；本發(fā)明的裝置及方法具有良好的應用前景。
【專利說明】一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀90年代以來，利用電子源產(chǎn)生電子，在真空中通過加速聚焦，形成高速能量粒子束轟擊固體表面(靶材)。靶材表面的原子被激發(fā)出來沉積在基底表面形成覆膜的磁控濺射技術(shù)，具有成膜致密度高、附著性好、綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點。目前已成為國內(nèi)外新材料領(lǐng)域研發(fā)和關(guān)注的一大熱點。
[0003]做為新型功能材料，金基合金既保持了純金原有的耐腐蝕、抗氧化、導電性好等特點，同時又可以提高其機械性能和再結(jié)晶溫度，因此，隨著經(jīng)濟發(fā)展及人們生活水平的提高，除了在傳統(tǒng)的首飾業(yè)和鍍金工藝品等傳統(tǒng)領(lǐng)域需求量增加以外，在尖端科技方面的儀表接觸器、開關(guān)觸點、電阻測溫、夜視儀等高端鍍膜制品上的應用也日益廣泛。因而如何將真空磁控濺射技術(shù)與金基合金的優(yōu)良品質(zhì)結(jié)合起來，更好地提高金基合金鍍膜產(chǎn)品的質(zhì)量，成為現(xiàn)今眾多科研工作者關(guān)注的熱點。
[0004]金基合金靶材是真空磁控濺射鍍金過程中的基本耗材，不僅使用量大，而且靶材質(zhì)量的好壞對金屬薄膜的性能起著至關(guān)重要的作用。目前，磁控濺射靶材坯料的制備工藝主要可分為熔融鑄造法和粉末冶金法?，F(xiàn)實生產(chǎn)中，金基合金坯料的制備多采用熔融鑄造法，它避免了粉末冶金法所造成的雜質(zhì)含量高、致密度低、氣孔率高等缺點。但是在采用傳統(tǒng)的熔融鑄造法制備金基合金靶材過程中，由于金基合金在液態(tài)與凝固時溶解氣體的能力差別大；金與某些合金元素之間熔點和比重差大；合金熱導率強，凝固速度快；合金凝固時體收縮和線收縮大等原因，所導致的坯料結(jié)晶組織宏觀和微觀偏析嚴重、枝晶發(fā)達、晶粒尺寸及分布差異大、氣孔率高、夾雜嚴重、中心縮孔和中心疏松嚴重、冒口深度大、表面氧化現(xiàn)象嚴重、鑄造裂紋導致的廢品率高等眾多問題，大大降低了金基合金靶材的質(zhì)量和成材率，進而也嚴重影響了金基合金鍍膜材料的質(zhì)量、機械性能以及靶材的利用率。
[0005]現(xiàn)有的一些先進的貴金屬制備加工方法，主要有真空感應熔煉、真空加壓鑄造、真空離心鑄造、回轉(zhuǎn)加壓鑄造等技術(shù)。這些技術(shù)主要應用于純金制品，著眼于解決鑄坯缺陷的某一個特定方面問題，例如用來解決純金錠中氧化夾雜嚴重、心部縮孔和疏松、減少氣孔率、降低冒口深度等方面問題，而且也取得了很好的效果。但是他們在解決金基合金制品溶質(zhì)元素偏析、細化微觀組織、提高金基合金的可加工性、降低鑄坯組織凝固應力和應變進而降低鑄造裂紋等方面作用有限。因此如何全方位地解決目前金基合金熔煉和鑄造過程中所存在的問題，進而達到提高金基合金靶材的成材率和質(zhì)量，改善磁控濺射金基合金鍍膜產(chǎn)品的質(zhì)量和機械性能，是目前急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有貴金屬熔鑄方法及產(chǎn)品質(zhì)量存在的上述問題，本發(fā)明提供一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置及其使用方法，綜合利用合金保護氣氛下熔煉以及在合金鑄造過程中的熱頂保溫、定向強制冷卻和磁力攪拌等項技術(shù)，通過改善合金的熔煉和凝固條件來全面提高金基合金鑄坯的質(zhì)量，達到提高金基合金靶材成材率、靶材質(zhì)量的目的。
[0007]本發(fā)明的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置包括坩堝、耐火材料筒體、冷卻底座、外筒體、加熱感應線圈和磁力攪拌裝置；坩堝、耐火材料筒體和冷卻底座設(shè)置在外筒體內(nèi)部，外筒體外設(shè)有加熱感應線圈和磁力攪拌裝置；其中冷卻底座內(nèi)設(shè)有空腔，冷卻底座上設(shè)有冷卻介質(zhì)進口和冷卻介質(zhì)出口分別將空腔與外筒體外部連通，外筒體上還設(shè)有進氣口和出氣口 ；坩堝外壁上套有夾具，夾具與升降裝置的升降桿固定在一起。
[0008]上述裝置中，夾具與坩堝之間通過耐火材料板隔斷。
[0009]上述裝置中，坩堝的外壁直徑與耐火材料筒體內(nèi)壁的直徑相同；冷卻底座上部設(shè)有環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺的內(nèi)徑與耐火材料筒體的內(nèi)徑相同；耐火材料筒體底面與環(huán)形凸臺的頂面連接。
[0010]上述裝置中，磁力攪拌裝置設(shè)置在外筒體的側(cè)部或底部，磁力攪拌裝置為攪拌電磁感應線圈或永磁體攪拌裝置。
[0011]上述裝置中，升降裝置的升降桿通過外筒體上的插口插入外筒體中并與夾具固定在一起，升降桿與插口之間密封滑動連接或不與插口連接。
[0012]上述裝置中，冷卻底座的材質(zhì)選用紫銅或耐熱不銹鋼。
[0013]上述裝置中，耐火材料筒體內(nèi)部作為熔煉區(qū)，耐火材料筒體下半部分及冷卻底座的環(huán)形凸臺內(nèi)組成鑄造區(qū)。
[0014]本發(fā)明的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置的使用方法按以下步驟進行:
1、準備熔鑄金基合金的原料，然后將原料中的金置于坩堝中，通過升降裝置將坩堝插入耐火材料筒體內(nèi)；
2、通過進氣口向外筒體通入惰性氣體或還原氣體，惰性氣體或還原氣體從出氣口排出，使外筒體內(nèi)的空氣被排出，并充滿流動的惰性氣體或還原氣體；
3、對加熱感應線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場，通過磁場對坩堝內(nèi)的金屬加熱；當坩堝內(nèi)的金屬熔化后，通過加料口加入原料中的其他金屬或合金，進行金基合金的合金化；
4、合金化完成后，停止加熱；通過升降裝置將帶有熔體的坩堝降至冷卻底座的環(huán)形凸臺內(nèi)，坩堝底部與環(huán)形凸臺內(nèi)的冷卻底座頂面接觸，坩堝底部的側(cè)壁與環(huán)形凸臺接觸，通過磁力攪拌裝置對坩堝內(nèi)的熔體進行攪拌；通過冷卻介質(zhì)進口向冷卻底座的空腔內(nèi)通入冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)出口排出；通過冷卻介質(zhì)使冷卻底座降溫，并使坩堝及其中的熔體降溫進行鑄造，熔體在降溫過程中由下向上逐漸凝固，當熔體完全凝固時完成鑄造。
[0015]上述方法中，進行合金化時，使熔體的中心位于加熱感應線圈的中間；并且熔體位于耐火材料筒體內(nèi)部。
[0016]上述方法中，當坩堝底部與冷卻底座頂面接觸時，熔體的高度為凸臺高度的3?4倍。
[0017]上述方法中所述的惰性氣體為氬氣或氮氣，所述的還原氣體為氫氣。
[0018]上述方法中所述的冷卻介質(zhì)為水、機油或空氣。
[0019]上述方法中，當通過進氣口向外筒體通入還原氣體時，還原氣體從出氣口排出后被點燃燒掉。[0020]上述方法中，當通過進氣口向外筒體通入還原氣體時，升降桿與外筒體之間滑動密封連接。
[0021]上述方法中，當通過磁力攪拌裝置對熔體施加磁場進行攪拌時，磁力攪拌裝置產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場、行波磁場和/或脈沖磁場，促使熔體進行受迫運動，使熔體溫度場和濃度場均勻分布。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、金基合金的熔煉和鑄造在具有保護或還原氣氛下的同一個裝置中進行；金基合金熔體在熔煉和凝固時避免與氧氣接觸，降低了合金中活性元素的燒損以及鑄坯中的氧化物夾雜數(shù)量，并且消除了鑄坯表面氧化現(xiàn)象嚴重的問題。
[0023]2、氧化物夾雜很堅硬，在合金凝固過程中容易成為應力集中點形成裂紋源，鑄坯內(nèi)氧化物夾雜數(shù)量減少，減少了金基合金形成鑄造裂紋的可能性；與此同時，安裝在鑄造區(qū)的磁力攪拌裝置，通過電磁攪拌作用均勻了坩堝內(nèi)部溫度場，減小了在凝固過程中由于凝固鑄坯各部位溫度差異大，收縮量不同而引發(fā)的應力和應變，從而降低了在金基合金的高溫脆性區(qū)，由于晶界液膜強度和塑性低于凝固時的應力和應變而形成沿晶裂紋源的可能性。
[0024]3、通過安裝在鑄造區(qū)的冷卻底座以及坩堝上沿部位的耐火材料筒體，能夠達到讓金基合金熔體由底部向上逐漸冷卻的目的，從而有利于金基合金熔體在凝固時放出的氣體進入上部的液穴中，最后從頂部順利排出，避免在鑄坯中形成氣孔。
[0025]4、在裝置的鑄造區(qū)安有的磁力攪拌裝置，可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場、行波磁場或者脈沖磁場；通過對這些磁場的運用，可以促使金基合金熔體在坩堝內(nèi)產(chǎn)生受迫運動，一方面使得金基合金凝固時在熔體中的游離枝晶互相碰撞，產(chǎn)生枝晶碎斷，增加了熔體中結(jié)晶核心的數(shù)量；另一方面均勻了金基合金熔體的溫度場和濃度場，抑制了結(jié)晶核心生長為粗大的枝狀晶，從而細化了晶粒。
[0026]5、各溶質(zhì)元素和金之間比重差別大，采用傳統(tǒng)的模鑄方法會導致各種元素在液穴內(nèi)分布不均勻；安裝在鑄造區(qū)的磁力攪拌裝置可以促使金基合金熔體做強制對流運動，有利于溶質(zhì)元素在液穴內(nèi)的擴散和均衡分布，降低了因此所造成的比重偏析。
[0027]6、安裝在鑄造區(qū)的磁力攪拌裝置，通過對金基合金結(jié)晶組織的細化，減少了常規(guī)模鑄時因粗大枝晶相互搭接而封閉晶間熔體難以補縮的情形，從而避免了錠坯心部中心縮孔和疏松的形成。
[0028]7、安裝在鑄造區(qū)的磁力裝置可以促使金基合金熔體做強制對流運動，均勻了熔體的溫度場，使得由下向上凝固所形成的液固兩相區(qū)分界線，亦即液穴形狀變得淺平，在減小冒口深度的同時，既有助于減少合金熔體補縮的路程，防止中心縮孔和疏松的形成；也降低了金基合金熔體凝固時因體積收縮和熱縮所引起的應力和應變，有利于降低鑄坯產(chǎn)生裂紋的可能性。
[0029]本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，綜合成本低等優(yōu)點，制備的金基合金成分均勻、內(nèi)部缺陷少；本發(fā)明的裝置及方法具有良好的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實施例中的金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1、外筒體頂蓋，2、外筒體，3、坩堝，4、夾具，5、高頻電源，6、磁力攪拌裝置，7、冷卻底座，8、冷卻介質(zhì)出口，9、冷卻介質(zhì)進口，10、進氣口，11、變頻電源，12、耐火材料筒體，13、加熱感應線圈，14、耐火材料板，15、升降裝置，16、插口，17、出氣口 ；
圖2為采用傳統(tǒng)模鑄制備的金基合金顯微組織圖；
圖3為本發(fā)明實施例1中采用金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置制備的金基合金顯微組織圖；
圖4為采用傳統(tǒng)模鑄制備的金基合金心部組織顯微圖；
圖5為采用傳統(tǒng)模鑄制備的金基合金心部組織顯微圖；
圖6為本發(fā)明實施例1中采用金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置制備的金基合金心部組織圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 本發(fā)明實施例中采用的耐火材料板的材質(zhì)選用剛玉磚。
[0032]本發(fā)明實施例中采用的耐火材料筒體的材質(zhì)選用剛玉磚。
[0033]本發(fā)明實施例中采用的冷卻底座的材質(zhì)選用紫銅或ZGCr28耐熱不銹鋼。
[0034]本發(fā)明實施例中采用的變頻電源選用安川A1000系列的CIMR-AB4A0296型變頻電源。
[0035]本發(fā)明實施例中采用的高頻電源選用河南科創(chuàng)60KW高頻感應爐。
[0036]本發(fā)明實施例中選用的Au、Al、Y、In、Co、Cu和Zn的重量純度≥99.95%。
[0037]本發(fā)明實施例中選用的氮氣、IS氣和氫氣的體積純度≥ 99%ο
[0038]本發(fā)明實施例中采用的坩堝為石墨粘土坩堝；使用前預熱去除其上的水分和油潰。
[0039]本發(fā)明實施例中當磁力攪拌裝置為攪拌電磁感應線圈時，工作頻率為0.6~50Hz，空載中心磁感應強度為0.01~0.08Τ ;當磁力攪拌裝置為永磁體攪拌裝置時，工作頻率為5~50Hz，工作電流為30~300Α，永磁體轉(zhuǎn)速為10(T2000rpm。
[0040]本發(fā)明實施例中采用石英外筒體觀察鑄造時熔體凝固過程，通過冷卻介質(zhì)控制熔體從底部出現(xiàn)凝固到完全凝固的時間為l(T60s。
[0041 ] 本發(fā)明實施例中的合金化過程包括熔煉和精煉，熔煉溫度為1150~l250°C，每加入一種金屬的熔煉時間為3~5min，精煉溫度為1400~l450°C，時間為3~5min。
[0042]實施例1
金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括坩堝3、耐火材料筒體12、冷卻底座7、外筒體2、加熱感應線圈13和磁力攪拌裝置6 ；
坩堝3、耐火材料筒體12和冷卻底座7設(shè)置在外筒體2內(nèi)部，外筒體2外設(shè)有加熱感應線圈13和磁力攪拌裝置6 ;加熱感應線圈13與高頻電源5通過導線連接；
冷卻底座7內(nèi)設(shè)有空腔，冷卻底座7上設(shè)有冷卻介質(zhì)進口 9和冷卻介質(zhì)出口 8分別將空腔與外筒體2外部連通，外筒體2上還設(shè)有進氣口 10和出氣口 17;
坩堝3外壁上套有夾具4， 夾具4與升降裝置15的升降桿固定在一起；升降桿插入插口 16中，并與插口 16密封滑動連接；
夾具4與坩堝3之間通過耐火材料板14隔斷；耐火材料板14固定在夾具4上；外筒體2上設(shè)有外筒體頂蓋1，插口 16和出氣口 17設(shè)置在外筒體頂蓋I上；
所述的磁力攪拌裝置6為攪拌電磁感應線圈，與變頻電源11通過導線連接；攪拌電磁感應線圈設(shè)置在外筒體2的側(cè)部；
坩堝3的外壁直徑與耐火材料筒體12內(nèi)壁的直徑相同；
冷卻底座7上部設(shè)有環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺的內(nèi)徑與耐火材料筒體12的內(nèi)徑相同；耐火材料筒體12底面與環(huán)形凸臺的頂面連接；
冷卻底座7的材質(zhì)為紫銅；
使用方法按以下步驟進行:
準備熔鑄金基合金的原料，分別為Au、Cu、Al、Y、In、Co、和Zn，然后將原料中Au和Cu置于坩堝中，通過升降裝置將坩堝插入耐火材料筒體內(nèi)；蓋上外筒體頂蓋；
通過進氣口向外筒體通入惰性氣體，惰性氣體從出氣口排出，使外筒體內(nèi)的空氣被排出，并充滿流動的惰性氣體；
通過高頻電源對加熱感應線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場，通過磁場對坩堝內(nèi)的Au加熱；為防止噴濺，先將Al、Cu、Y、In、Co和Zn預熱至300°C ;當坩堝內(nèi)的Au熔化后，用加料棒通過加料口依次將預熱后的Al、Y、In、Co、Cu和Zn壓入Au熔體中，進行金基合金的合金化過程；合金化過程中的熔煉溫度為115(Tl250°C，每加入一種金屬的熔煉時間為3min，精煉溫度為 140(Tl450°C，時間為 3min ；
合金化完成后，關(guān)閉高頻電源停止加熱；通過升降裝置將帶有熔體的坩堝降至冷卻底座的環(huán)形凸臺內(nèi)，坩堝底部與環(huán)形凸臺內(nèi)的冷卻底座頂面接觸，坩堝底部的側(cè)壁與環(huán)形凸臺接觸，通過磁力攪拌裝置對坩堝內(nèi)的熔體進行攪拌；通過冷卻介質(zhì)進口向冷卻底座的空腔內(nèi)通入冷卻介質(zhì),冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)出口排出；通過冷卻介質(zhì)使冷卻底座降溫,并使坩堝及其中的熔體降溫進行鑄造，熔體在降溫過程中由下向上逐漸凝固，當熔體完全凝固時完成鑄造；
攪拌電磁感應線圈的工作頻率為0.6~50Hz，空載中心磁感應強度為0.01~0.08Τ ；
進行合金化時，使熔體的中心位于加熱感應線圈的中間；并且熔體位于耐火材料筒體內(nèi)部；
當坩堝底部與冷卻底座頂面接觸時，熔體的高度為凸臺高度的3倍；
所述的惰性氣體為氬氣；
所述的冷卻介質(zhì)為水；
當通過磁力攪拌裝置對熔體施加磁場進行攪拌時，磁力攪拌裝置產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場、行波磁場和/或脈沖磁場，促使熔體進行受迫運動，使熔體溫度場和濃度場均勻分布；
制備的金基合金的成分按重量百分比含Au 62%，Cu 30%, Zn 4.4% ,Al 0.6% , In 2.0%，Co 0.2%, Y 0.8% ；
制備的金基合金的顯微組織結(jié)構(gòu)如圖3所示，心部顯微組織結(jié)構(gòu)如圖6所示；
采用傳統(tǒng)方法制備同種金基合金，其顯微組織和心部顯微組織結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖4和圖5所示；
與傳統(tǒng)方法制備的金基合金相比，上述方法制備的金基合金晶粒細，分布均勻，枝狀晶少，缺陷大幅減少，無裂紋和氣孔，各元素分布均勻且表面無氧化現(xiàn)象。
[0043]實施例2金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同點在于:
1、升降桿插入插口中，不與插口連接；
2、所述的磁力攪拌裝置為永磁體攪拌裝置，永磁體攪拌裝置設(shè)置在外筒體的底部；
3、冷卻底座7的材質(zhì)為耐熱不銹鋼；
使用方法同實施例1，不同點在于:
1、通過高頻電源對加熱感應線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場，通過磁場對坩堝內(nèi)的金屬料加熱；為防止噴濺，先將Al、Y、In、Co、Cu和Zn預熱至200°C ;當坩堝內(nèi)的Au熔化后，用加料棒通過加料口將Al、Y、In、Co、Cu和Zn壓入Au熔體中，進行金基合金的合金化過程；每加入一種金屬的熔煉時間為4min,精煉時間為4min ；
2、永磁體攪拌裝置的工作頻率為5飛OHz，工作電流為30-300Α，永磁體轉(zhuǎn)速為100^2000rpm ；
3、當坩堝底部與冷卻底座頂面接觸時，熔體的高度為凸臺高度的4倍；
4、所述的惰性氣體為氮氣；
5、所述的冷卻介質(zhì)為機油；
制備的金基合金的成分按重量百分比含Au 65%，Cu 26%，Zn 3.6% ,Al 4.0%，In 1.0%，Co 0.1%，Y 0.3%ο
[0044]實施例3
金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝`置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同點在于:冷卻底座7的材質(zhì)為耐熱不銹鋼；
使用方法同實施例1，不同點在于:
1、通過進氣口向外筒體通入還原氣體，還原氣體從出氣口排出，使外筒體內(nèi)的空氣被排出，并充滿流動的還原氣體；所述的還原氣體為氫氣；當通過進氣口向外筒體通入氫氣時，氫氣從出氣口排出后被點燃燒掉；
2、通過高頻電源對加熱感應線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場，通過磁場對坩堝內(nèi)的金屬料加熱；為防止噴濺，先將Al、Y、In、Co、Cu和Zn預熱至200°C ;當坩堝內(nèi)的Au熔化后，用加料棒通過加料口將Al、Y、In、Co、Cu和Zn壓入Au熔體中，進行金基合金的合金化過程；每加入一種金屬的熔煉時間為5min,精煉時間為5min ；
3、所述的冷卻介質(zhì)為空氣；
制備的金基合金的成分按重量百分比含Au 68%，Cu 22%, Zn 2.2%, Al 2.0%，In 3.5 %，Co 0.8%, Y 1.5%ο
[0045]實施例4
金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同點在于:
1、升降桿插入插口中，不與插口連接；
2、所述的磁力攪拌裝置為永磁體攪拌裝置，永磁體攪拌裝置設(shè)置在外筒體的底部； 使用方法同實施例1，不同點在于:
1、通過高頻電源對加熱感應線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場，通過磁場對坩堝內(nèi)的金屬料加熱；為防止噴濺，先將Al、Y、In、Co、Cu和Zn預熱至200°C ;當坩堝內(nèi)的Au熔化后，用加料棒通過加料口將Al、Y、In、Co、Cu和Zn壓入Au熔體中，進行金基合金的合金化過程；
2、永磁體攪拌裝置的工作頻率為5飛0Hz，工作電流為30-300Α，永磁體轉(zhuǎn)速為100~2000rpm ；
3、當坩堝底部與冷卻底座頂面接觸時，熔體的高度為凸臺高度的4倍；
制備的金基合金的成分按重量百分比含Au 55%，Cu 35%，Zn 2.4%，Al 2.55 %，In
3.7%, Co 1.3.%，Y 0.05%。
[0046]實施例5
金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同點在于:
1、升降桿插入插口中，不與插口連接；
2、冷卻底座7的材質(zhì)為耐熱不銹鋼；
使用方法同實施例1，不同點在于:
1、通過高頻電源對加熱感應線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場，通過磁場對坩堝內(nèi)的金屬料加熱；為防止噴濺，先將Al、Y、In、Co、Cu和Zn預熱至200°C ;當坩堝內(nèi)的Au熔化后，用加料棒通過加料口將Al、Y、In、Co、Cu和Zn壓入Au熔體中，進行金基合金的合金化過程；每加入一種金屬的熔煉時間為4min,精煉時間為4min ；
2、通入的惰性氣體為氮氣；
3、所述的冷卻介質(zhì)為機油；
制備的金基合金的成分按`重量百分比含Au 60%, Cu 30%, Zn 5.0%，Al 1.0%，In 2.5 %，Co 0.5%, Y 1.0%。
[0047]實施例6
金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同點在于:所述的磁力攪拌裝置為永磁體攪拌裝置，永磁體攪拌裝置設(shè)置在外筒體的底部；
使用方法同實施例1，不同點在于:
1、通過進氣口向外筒體通入還原氣體，還原氣體從出氣口排出，使外筒體內(nèi)的空氣被排出，并充滿流動的還原氣體；所述的還原氣體為氫氣；氫氣體從出氣口排出后被點燃燒掉；
2、通過高頻電源對加熱感應線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場，通過磁場對坩堝內(nèi)的金屬料加熱；為防止噴濺，先將Al、Y、In、Co、Cu和Zn預熱至200°C ;當坩堝內(nèi)的Au熔化后，用加料棒通過加料口將Al、Y、In、Co、Cu和Zn壓入Au熔體中，進行金基合金的合金化過程；每加入一種金屬的熔煉時間為5min,精煉時間為5min ；
3、永磁體攪拌裝置的工作頻率為5飛0Hz，工作電流為30-300Α，永磁體轉(zhuǎn)速為100~2000rpm ；
4、當坩堝底部與冷卻底座頂面接觸時，熔體的高度為凸臺高度的4倍；
5、所述的冷卻介質(zhì)為空氣；
制備的金基合金的成分按重量百分比含Au 58%，Cu 32%，Zn 2.2%，A1-2.0%，In 3.5%，Co 0.8%, Y 1.5%ο
【權(quán)利要求】
1.一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置，其特征在于該裝置包括坩堝、耐火材料筒體、冷卻底座、外筒體、加熱感應線圈和磁力攪拌裝置；坩堝、耐火材料筒體和冷卻底座設(shè)置在外筒體內(nèi)部，外筒體外設(shè)有加熱感應線圈和磁力攪拌裝置；其中冷卻底座內(nèi)設(shè)有空腔，冷卻底座上設(shè)有冷卻介質(zhì)進口和冷卻介質(zhì)出口分別將空腔與外筒體外部連通，外筒體上還設(shè)有進氣口和出氣口 ；坩堝外壁上套有夾具，夾具與升降裝置的升降桿固定在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置，其特征在于所述的夾具與坩堝之間通過耐火材料板隔斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置，其特征在于所述的坩堝的外壁直徑與耐火材料筒體內(nèi)壁的直徑相同；冷卻底座上部設(shè)有環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺的內(nèi)徑與耐火材料筒體的內(nèi)徑相同；耐火材料筒體底面與環(huán)形凸臺的頂面連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置，其特征在于所述的磁力攪拌裝置設(shè)置在外筒體的側(cè)部或底部，磁力攪拌裝置為攪拌電磁感應線圈或永磁體攪拌 裝直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置，其特征在于所述的升降裝置的升降桿通過外筒體上的插口插入外筒體中并與夾具固定在一起，升降桿與插口之間密封滑動連接或不與插口連接。
6.權(quán)利要求1所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置的使用方法，其特征在于按以下步驟進行: (1)準備熔鑄金基合金的原料，然后將原料中的金置于坩堝中，通過升降裝置將坩堝插入耐火材料筒體內(nèi)； (2)通過進氣口向外筒體通入惰性氣體或還原氣體，惰性氣體或還原氣體從出氣口排出，使外筒體內(nèi)的空氣被排出，并充滿流動的惰性氣體或還原氣體； (3)對加熱感應線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場，通過磁場對坩堝內(nèi)的金屬料加熱；當坩堝內(nèi)的金屬熔化后，通過加料口加入原料中的其他金屬或合金，進行金基合金的合金化過程; (4)合金化完成后，停止加熱；通過升降裝置將帶有熔體的坩堝降至冷卻底座的環(huán)形凸臺內(nèi)，坩堝底部與環(huán)形凸臺內(nèi)的冷卻底座頂面接觸，坩堝底部的側(cè)壁與環(huán)形凸臺接觸，通過磁力攪拌裝置對坩堝內(nèi)的熔體進行攪拌；通過冷卻介質(zhì)進口向冷卻底座的空腔內(nèi)通入冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)出口排出；通過冷卻介質(zhì)使冷卻底座降溫，并使坩堝及其中的熔體降溫進行鑄造，熔體在降溫過程中由下向上逐漸凝固，當熔體完全凝固時完成鑄造。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置的使用方法，其特征在于當進行合金化時，使熔體的中心位于加熱感應線圈的中間；并且熔體位于耐火材料筒體內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置的使用方法，其特征在于當坩堝底部與冷卻底座頂面接觸時，熔體的高度為凸臺高度的3~4倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置的使用方法，其特征在于所述的惰性氣體為氬氣或氮氣，所述的還原氣體為氫氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種金基合金鑄坯的熔鑄一體化裝置的使用方法，其特征在于所述的冷卻介質(zhì)為水、機油或空氣。
【文檔編號】B22D23/06GK103691912SQ201310698324
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】厲英, 張勤 申請人:東北大學