01 適用范圍
本設(shè)備擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，處于國際領(lǐng)先水平，綜合了感應(yīng)加熱同時施加電磁攪拌技術(shù)，還具有快速凝固(100℃/s 冷卻速率)、電磁凈化、機械攪拌、真空加料等多項功能，適用于以下領(lǐng)域：
(1)制備
半導(dǎo)體材料如 Ca 基、Si 基，固態(tài)儲氫合金 TiMn2、LaNi5、 Li-Mg-N-H、V60 等合金;
(2)制備中高熵合金;
(3)實現(xiàn)半固態(tài)制備技術(shù);
(4)水冷銅坩堝制備大塊非晶;
適用于高校、科研機構(gòu)及企業(yè)等單位從事研究、新合金開發(fā)及工 業(yè)化生產(chǎn)。
重要特點及使用范圍：TiMn2 和 TiMn1.5 作為 Ti-Mn 金屬間化合物的兩種代表組成一直受到人們的重視，關(guān)于兩種合金的研究有許多報道，并且在實際應(yīng)用中也得到推廣。本設(shè)備采用電磁熱技術(shù)，使合金成分、組織均勻，可同時完成熱處理以提高固態(tài)儲氫合金的容量。
02 背景技術(shù)
合金制備過程需要充分?jǐn)嚢璨拍苄纬捎袃浼案咝阅艿男孪?。高?1700℃熔煉過程可同時施加電磁攪拌，使合金的成分及組織均勻，有利于提高合金的綜合性能。在較大電磁攪拌力作用下，也可以實現(xiàn)雜質(zhì)的分離。本發(fā)明設(shè)計了凝固拉桿及密封艙，保證熔體不發(fā)生氧化和吸氣的條件下能連續(xù)凝固，并具有定向凝固功能，保證了精煉后的熔體能連續(xù)制備，為工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。
冷坩堝定向凝固技術(shù)很好地解決了傳統(tǒng)定向凝固技術(shù)中存在的 問題。該技術(shù)是在水冷銅坩堝感應(yīng)熔煉的基礎(chǔ)上將連續(xù)熔鑄與定向凝 固工藝結(jié)合起來，這樣既保留了感應(yīng)熔煉技術(shù)的高熔點、高效率、無 污染的特點，同時也兼具了定向凝固技術(shù)的組織和性能可控的優(yōu)勢。
為此，本發(fā)明提出了一種匯集高溫熔煉、電磁攪拌、連續(xù)凝固 技術(shù)為一體的新型熔煉爐，具有較高創(chuàng)新性。
03 技術(shù)方案
本設(shè)備擁有 自主知識產(chǎn)權(quán)(發(fā)明專利 ZL 201910059854.X,ZL 201711087314.X)。本設(shè)備通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：包括爐體、 冷卻系統(tǒng)、真空氬氣系統(tǒng)、電磁攪拌、真空加料、感應(yīng)電源和控制柜。另外，本設(shè)備設(shè)計了機械攪拌裝置，可從事
復(fù)合材料的制備。本設(shè)備 具有純凈化、均勻化和連續(xù)化制備高活性銅鋁鈦及其合金的特點，適 合用于科研和工業(yè)化生產(chǎn)。
04 有益效果
提供了一種制備高活性材料的多功能熔煉爐。具備以下有益效果：
(1)該制備高活性材料的多功能熔煉爐，通過電磁線圈和感應(yīng)線 圈的配合使用，能夠讓熔煉的金屬進行電磁攪拌。
(2)該制備高活性材料的多功能熔煉爐，通過凝固拉桿的使用， 使得鑄坯能夠連續(xù)普通凝固或定向凝固。
05 熔煉爐及實驗結(jié)果
本發(fā)明設(shè)計、制造的真空熔煉爐如圖 3 所示，已經(jīng)完成安裝和調(diào)試。圖 4 為電磁分離的效果圖，導(dǎo)電率相差較大的金屬銅與氧化物實現(xiàn)了分離。圖 5 為雜質(zhì)硅的分離結(jié)果，凈化后的區(qū)域中硅含量僅為雜質(zhì)區(qū)域的 0.87%，說明分離與凈化效果明顯。由于在真空條件下，沒有檢測到氧含量，純度進一步提高。圖 6 為白銅 B10 細(xì)化晶粒均勻成 分的應(yīng)用實例，施加攪拌的組織，晶粒細(xì)化、組織均勻。圖 7 為 ZrCuNiAl 合金組織成分對比，未施加攪拌的Zr 分布不均勻，施加攪 拌的 Zr 分布均勻。
圖 3 企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用的真空電磁熱場熔煉爐的整體照片
圖 4 電磁分離結(jié)果：(a)金屬銅的分離， (b)分離的雜質(zhì)
圖 5 雜質(zhì)硅的分離結(jié)果
圖 6 CuNiFeMn 合金組織對比：(a) 未施加攪拌的組織，晶粒粗大、組織不均勻， (b) 施加攪拌的組織，晶粒細(xì)化、組織均勻
圖 7 ZrCuNiAl 合金組織成分對比：(a) 未施加攪拌的 Zr 分布不均勻， (b) 施加攪拌的 Zr 分布均勻
圖 8 石墨加入 H60 黃銅的應(yīng)用
圖 9 DS-2(7.2%Si)鋁硅合金的組織細(xì)化
圖 10 Al-5TiB2 合金，TiB2 均勻分布(用氟鹽法熔鑄，也可有效去除里面的鹽渣)
圖 10 Al-5TiB2 合金，TiB2 均勻分布(用氟鹽法熔鑄，也可有效去除里面的鹽渣)
圖 11 5.83*103 kg/m3 輕質(zhì)高熵合金，等摩爾比，AlTiZrMoCr：由鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉬(Mo)鉻(Cr)元素組成。用電弧熔煉及電磁攪拌熔煉共40 克
圖 12 固態(tài)儲氫合金 TiMn2(VFe)，合金成本最低 90 元/kg (電磁攪拌)
圖 13 固態(tài)儲氫合金 TiMn2(VFe)，合金成本最低 128 元/kg (電磁攪拌)
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“固態(tài)儲氫及復(fù)雜合金的真空電磁熱場熔煉爐” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：付亞波
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