專利名稱：一種復合材料真空熔鑄系統(tǒng)及復合材料制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及真空高效鑄造復合材料領域。為提高材料力學性能、耐磨性、耐蝕性或耐熱性等，將金屬與金屬(類金屬)、特別是金屬與化合物(如i^e-B系、Fe-Al系等通過真空熔鑄或粉末冶金制備得到的化合物)、金屬與陶瓷或化合物與陶瓷等以冶金的方式相結合，制備出適合特殊場合(抗磨、抗蝕)的復合材料將具有十分重要的工程應用價值和技術創(chuàng)新。
背景技術：
傳統(tǒng)鑄造復合材料制備過程較復雜，一般將一種易氧化金屬或化合物在真空下熔煉或通過粉末冶金的方式制備成預制體，放入將預制體放入容器，然后將另外一種熔化好的金屬或化合物倒入容器，進行復合鑄造。復合材料制備過程中，易氧化預制體放入容器中只有在真空條件下可預熱和澆注，以保證復合材料界面結合良好，通常情況下，復合材料制備過程是通過多個步驟，借助一臺以上熔化或預熱設備來進行。為此，本發(fā)明提供一種高效集成的方法可制備出界面結合良好的復合材料。本發(fā)明技術適合用于高效制備如金屬與金屬(類金屬)、特別是金屬與化合物(如 Fe-B系、Fe-Al系等通過真空熔鑄或粉末冶金制備得到的化合物)、金屬與陶瓷或化合物與陶瓷復合所得的鑄造復合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復合材料真空熔鑄系統(tǒng)及復合材料制備方法，為了達到該目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)一種復合材料真空熔鑄系統(tǒng)，包括真空爐， 所述真空爐內(nèi)設置有高位容器和低位容器，高位容器設置在低位容器側上方并且與低位容器相對應；所述高位容器和低位容器上分別設置有相互獨立的熱源。所述高位容器是容器；所述低位容器是容器。所述低位容器底端放置耐火材料墊穩(wěn)。所述熱源是感應線圈。所述真空熔鑄系統(tǒng)的復合材料制備方法，包括如下步驟(1)在真空爐內(nèi)設置有高位容器和低位容器，高位容器設置在低位容器側上方并且與低位容器相對應；高位容器和低位容器上分別設置有相互獨立的熱源；高位容器的傾斜角度為0-90° ；(2)在高位容器內(nèi)放置高熔點材料，在低位容器內(nèi)放置低熔點材料，同時打開高位容器和低位容器上設置的熱源，使高位容器內(nèi)的溫度達到1600°C，使低位容器內(nèi)的溫度達到 1400 °C ；(3)待高位容器和低位容器中的熔液都熔清后，先停止對低位容器加熱，使低位容器的溫度降到低熔點材料熔點溫度以下150 200°C，再停止對高位容器加熱，然后在 Ieoo0C的澆注溫度將高位容器內(nèi)熔液傾斜倒入低位容器；(4)澆注完畢后約5小時，卸掉真空和關閉循環(huán)水后，打開爐門，取出復合材料。
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所述高位容器和低位容器的熱源都是感應線圈加熱，感應線圈中初始電流是50A， 待真空爐內(nèi)溫度達到400-500°C時，加大加熱電流至300A，使高位容器和低位容器中的熔液都熔清，且高位容器內(nèi)的溫度達到1600°C，低位容器內(nèi)的溫度達到1400°C;先使低位容器的感應線圈停止通電，同時保持高位容器的感應線圈中的電流為50A，使低位容器的溫度降到1350°C，停止對高位容器加熱，然后在1600°C的澆注溫度將高位容器內(nèi)熔液傾斜倒入低位容器；澆注完畢后約5小時，卸掉真空和關閉循環(huán)水后，打開爐門，取出復合材料。所述高熔點材料是碳鋼，所述低熔點材料是 ^2Β。所述低位容器內(nèi)放置通過粉末冶金或其它方式制備的預制體。本發(fā)明中真空熔鑄制備的復合材料過程簡單，在一個真空條件下、分別獨立控制加熱系統(tǒng)中，實現(xiàn)制備多種界面結合良好復合材料的高效制備。


圖1為本發(fā)明復合材料真空熔鑄系統(tǒng)結構正視圖；圖2為本發(fā)明復合材料真空熔鑄系統(tǒng)結構側視圖；圖3為本發(fā)明!^e2B/鋼基復合材料界面金相組織(腐蝕劑8%硝酸酒精)；其中1為真空爐；2為上位容器；3為下位容器；4為真空爐出水口 ；5為爐門；6 為真空爐內(nèi)腔；7為橫向觀察窗；8為耐火磚；9為真空爐入水口 ； 10為抽真空口 ；11為密封圈；12為循環(huán)水；13為縱向觀察窗；14為上位線圈；15為下位線圈；16為熔體或預制體；17 為熔體。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述參見圖1、圖2和圖3，一種高效集成真空熔鑄復合材料的制備方法，包括以下要求首先，將真空熔煉爐內(nèi)腔中裝有兩個獨立控制加熱的感應線圈加熱源，可實現(xiàn)同步加熱或異步加熱。兩個加熱源呈高低位安裝，其中處于高位加熱源可以在0-90°之間進行傾倒，以便于實現(xiàn)在真空條件下將處于高位熔體傾倒于低位加熱源放置的容器中完成復合材料制備。處于高位加熱源中放置容器熔煉溫度較高的一種材料，另外一種熔點較低的材料可在處于低位線圈中放置的容器中進行預熱或熔化。這樣可保證復合過程制備過程中均在真空中進行，制備示意圖如圖1所示。其次，低位加熱源中放置的容器底端放置耐火材料墊穩(wěn)且與容器底部接觸，以避免在澆注過程線圈過量承載。低位加熱源中容器中可以放置通過粉末冶金或其它方式制備的預制體(如化合物或陶瓷等)，這時可以通過控制加熱電流的大小來實現(xiàn)對預制體的預熱，以保證所制備復合材料中的界面良好。再其次，將所有裝入真空爐制備復合材料所需原材料的表面要進行清洗干凈、 干燥后，放入真空爐中，進行預熱或熔化，再進行澆注制備復合材料。真空爐中真空度 < IO-IPa0實施例
稱取表面潔凈、干燥的碳鋼塊(含碳量0.5% )放入高位加熱線圈中容器里，另外按!^e2B原子比稱取表面潔凈、干燥的硼鐵塊(含硼量為18. 4%，含鐵量為81. 6% )和純鐵塊(純度為99. 9% )依次放入低位加熱線圈的容器中，且不超過容器容器高度的1/2。將低位加熱源中放置的容器底端放置耐火磚墊穩(wěn)與容器底部接觸。將真空爐門關閉，開通循環(huán)水，打真空泵抽真空到IX 10-1 時。分別通入高位和低位線圈電流，電流先設為50A，待容器中溫度達到400-500°C時，加大加熱電流至300A， 直至上下位置容器中原料都熔清后(通過觀察窗目測判斷或測溫儀表指示溫度確定)。待上位線圈和下位線圈的容器中溫度分別達到1600°C和1400°C時，先關閉下位線圈中電流 (同時將上位線圈中電流調(diào)整至50A，保證)，使下容器中溫度降到1350°C O^e2B熔點)以下150 200°C時，關閉上位線圈中電流，然后進行澆注(澆注溫度約1600°C左右)，將上位容器中的鐵液倒入下位容器中，澆注完畢后約5小時，卸掉真空和關閉循環(huán)水后，打開爐門，取出復合材料。獲得的復合材料!^e2B/碳鋼界面如圖3所示。由圖可以看出，該復合材料的界面以冶金的形式相結合，且結合效果良好。以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
權利要求
1.一種復合材料真空熔鑄系統(tǒng)，包括真空爐，其特征在于所述真空爐內(nèi)設置有高位容器和低位容器，高位容器設置在低位容器側上方并且與低位容器相對應；所述高位容器和低位容器上分別設置有相互獨立的熱源。
2.如權利要求1所述一種復合材料真空熔鑄系統(tǒng)，其特征在于所述高位容器是坩堝或鑄型；所述低位容器是坩堝或鑄型。
3.如權利要求1所述一種復合材料真空熔鑄系統(tǒng)，其特征在于所述低位容器底端放置耐火材料墊穩(wěn)。
4.如權利要求1所述一種復合材料真空熔鑄系統(tǒng)，其特征在于所述熱源是感應線圈。
5.基于權利要求1所述真空熔鑄系統(tǒng)的復合材料制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在真空爐內(nèi)設置有高位容器和低位容器，高位容器設置在低位容器側上方并且與低位容器相對應；高位容器和低位容器上分別設置有相互獨立的熱源；高位容器的傾斜角度為0-90° ；(2)在高位容器內(nèi)放置高熔點材料，在低位容器內(nèi)放置低熔點材料或不進行熔化只進行預熱的陶瓷材料，同時打開高位容器和低位容器上設置的熱源，使高位容器內(nèi)的溫度達到1600°C，使低位容器內(nèi)的溫度達到1400°C ；(3)待高位容器和低位容器中的熔液都熔清后，先停止對低位容器加熱，使低位容器的溫度降到低熔點材料熔點溫度以下150 200°C，再停止對高位容器加熱，然后在1600°C的澆注溫度將高位容器內(nèi)熔液傾斜倒入低位容器；(4)澆注完畢后約5小時，卸掉真空和關閉循環(huán)水后，打開爐門，取出復合材料。
6.如權利要求1所述復合材料制備方法，其特征在于，所述高位容器和低位容器的熱源都是感應線圈加熱，感應線圈中初始電流是50A，待真空爐內(nèi)溫度達到400-500°C時， 加大加熱電流至300A，使高位容器和低位容器中的熔液都熔清，且高位容器內(nèi)的溫度達到 1600°C，低位容器內(nèi)的溫度達到1400°C ；先使低位容器的感應線圈停止通電，同時保持高位容器的感應線圈中的電流為50A，使低位容器的溫度降到1350°C，停止對高位容器加熱，然后在1600°C的澆注溫度將高位容器內(nèi)熔液傾斜倒入低位容器；澆注完畢后約5小時，卸掉真空和關閉循環(huán)水后，打開爐門，取出復合材料。
7.如權利要求1所述復合材料制備方法，其特征在于，所述高熔點材料是碳鋼，所述低熔點材料是I^e2B。
8.如權利要求1所述復合材料制備方法，其特征在于，所述低位容器內(nèi)還可放置通過粉末冶金或其它方式制備的預制體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合材料真空熔鑄系統(tǒng)及復合材料制備方法，該系統(tǒng)包括真空爐，所述真空爐內(nèi)設置有高位容器和低位容器，高位容器設置在低位容器側上方并且與低位容器相對應；所述高位容器和低位容器上分別設置有相互獨立的熱源。本發(fā)明中真空熔鑄制備的復合材料過程簡單，在一個真空條件下、分別獨立控制加熱系統(tǒng)中，實現(xiàn)制備多種界面結合良好復合材料的高效制備。
文檔編號F27B14/04GK102183143SQ20111009137
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權日2011年4月12日
發(fā)明者王碧野, 皇志富, 邢建東, 高義民 申請人:西安交通大學