[实用新型]一种实验用镁合金及复合材料制备设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及实验设备领域，尤其涉及一种实验用镁合金及复合材料制备设备。

背景技术

镁是工程应用中最轻的金属，但因纯镁的力学性能与抗腐蚀性能低，其应用较少，可通过添加一定量的合金元素或者增强相制备镁合金或者复合材料来改善力学性能。镁合金及复合材料具有高的比强度，良好的铸造性能(镁合金体收缩率为6％，铸造金属中收缩量最低的一种)、切削性能、导热性、阻尼性能以及电磁屏蔽能力强和易于回收等一系列优点，被誉为“21世纪的绿色工程金属”。我国是镁资源和镁合金大国，但是我国出国镁锭价格低廉，其中一个主要的原因是品质较差，附加值低。为提高金属的纯度和产品质量，必须设计和采用新型的镁合金及复合材料的制备设备成为现有技术中丞待解决的问题。

镁合金的化学性质活泼，在熔炼过程中易发生氧化燃烧，且生成的MgO膜稀疏，起不到阻燃保护作用。同时由于Mg元素的蒸汽压高，真空熔炼常常伴随大量的Mg元素的蒸发，导致合金成分的大幅变化，这也是镁合金真空熔炼长期以来没有得到妥善解决的一个实际问题。

现有技术中，一般采用溶剂覆盖防燃，溶剂一般由碱金属或碱土金属卤化物组成，在高温下容易产生腐蚀气体，对环境和设备产生危害；另外覆盖溶剂很容易分散于镁合金液中，形成非金属夹杂，导致镁合金力学性能及耐腐蚀性能恶化。同时，镁合金及其复合材料在熔炼制备过程中的吸气和氧化容易造成气孔、夹杂等缺陷，因此必须在熔体浇注前进行除气、除渣精炼。目前一般采用精炼溶剂，利用接触相之间润湿性的差异，吸附、溶解溶液中的氧化杂质及其吸附氢，下沉直坩埚底部，达到除杂排气的目的。但是精炼溶剂对于镁合金容体重的悬浮微细夹杂的去除能力较差，对于复合材料而言，增强相的润湿性差异造成大量的增强相被作为杂质除去，

严重影响材料的成分；并且采用溶剂精炼必须搅拌使其分散均匀，目前使用的电动搅拌能使精炼溶剂及其合金成分均匀，但却容易造成熔体表面阻燃层的破坏和杂质的大量混入。

实用新型内容

本实用新型一种实验用镁合金及复合材料制备设备，采用无溶剂保护熔炼和气体精炼、搅拌、送粉方法克服目前熔炼制备镁合金及复合材料过程中覆盖溶剂阻燃，精炼溶剂除渣除气，搅拌器械等存在的上述缺点。能够实现熔炼过程中液体流畅，合金化元素及其增强相均匀化，杂质精炼，有效地提高镁合金及复合材料的纯净度，改善劳动条件，提高生产效率。该装置结构简单，功能齐全，使用方便，经济实用。

为实现这样的目的，本实用新型实验用镁合金及复合材料制备设备由熔炼装置、保护气体装置、吹气装置、快速加料/测温装置以及真空装置组成。熔炼装置由电阻丝加热；保护气体装置采用现有技术SF₆+CO₂混合气体以及坩埚盖临时气体保护装置和防倒流拍门；吹气装置主要包括气体精炼、搅拌和携带加粉，采用干燥器和加热管对吹入气体进行处理，利用Ar气进行吹气精炼和携带粉末，可互换N₂气进行气体反应增强复合材料；快速加料/测温装置在炉盖开孔，用于块状料加入和便携式热电偶快速测温；真空装置采用密封炉盖，真空泵抽真空。

本实用新型的炉体采用圆形设计，用手动固定螺栓和密封圈紧固炉盖，形成密封系统。保护气体装置、吹气装置、快速加料/测温装置与炉盖相连。保护气体装置采用SF₆+CO₂混合气体，在通保护气体之前，用真空泵抽掉炉膛内空气。炉膛进气管和出气道在炉膛的底部，坩埚的外侧，在炉膛内部形成均匀的保护气氛进行熔炼，且保护气体能均匀受热，减少对熔体的温度差影响。在炉膛出气管出口处设有防倒流拍门，防止气体或碱液倒流。在浇注时，打开炉盖，将保护气体装置通过快速接头连接到坩埚盖临时气体保护装置，对熔体进行保护。吹气装置通过铜管浸入到熔体中下部，通入气体以气泡形式在熔体中起到精炼、搅拌作用，还可以通入与熔体反应的气体或者携带粉状料来增强熔体合金，制成复合材料。气体在通入之前经过干燥器干燥和加热管加热，首先避免了水份进入熔体，安全性提高，也减少了氢的生成；其次避免了吹入气体与熔体的温差过大，造成合金局部冷却；同时也加速了气体流速，形成的气泡细小密集，对熔体的精炼、搅拌效果显著；快速加料/测温管设计在炉盖处，下端铜管置于坩埚上沿，在熔炼过程中，块状料通过重力作用加入到熔体中，利用便携式热电偶快速测量熔体的实时温度，在快速加料/测温管的上端设计一个密封盖，保证炉膛内保护气氛稳定。