[发明专利]无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置

说明书

一种具有全等轴晶组织的无偏析金属铸锭制备方法及装置，包括：金属加热机构以负压冷却机构，其中：金属加热机构位于负压冷却机构上方并通过喷嘴与之相连；该负压冷却机构包括：带有进气孔和排气孔的真空室以及设置于真空室内部用于局部重熔的激光装置和三维移动锭机构，该三维移动锭机构包括移动锭和与之竖直相连的二维移动平台，移动锭的外部设有水冷机构，并通过精密电机带动移动锭进行上下精确位移。本发明通过将雾化喷射改为液态注射的工艺手段提高金属铸锭的致密度，减轻其氧化，同时提高了铸锭的生产效率，可以快速制备具有全等轴晶组织且无宏观元素偏析的铝及其合金铸锭。

技术领域

本发明涉及的是一种冶金领域的技术，具体是一种无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置。

背景技术

通过增材制造方法可以制备成分无偏析的工件，传统的增材制造方法是通过铺粉后激光重熔进行，适用于制备形状复杂的工件。但是该方法的生产效率较低，对于形状不复杂的铸锭来说，可以通过对增材制造方式进行改进而提高生产效率。

发明内容

本发明针对现有技术设备和工艺较为复杂能耗较高，且难以制备完全的从宏观到微观的无偏析铸锭的缺陷，提出一种无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置，改进了铺粉后激光重熔的增材方式，采用激光预热、液态熔体涂覆后迅速凝固的方式实现快速高效的面向铸锭的增材制造方法。应用本方法可以制备完全消除宏观偏析且具有更为细小均匀的全等轴晶组织的铝及其合金铸锭。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种无偏析全等轴晶金属铸锭制备装置，包括：金属加热机构以负压冷却机构，其中：金属加热机构位于负压冷却机构上方并通过喷嘴与之相连。

所述的金属加热机构包括：由上而下依次设置的坩埚、过滤装置和喷嘴挡板。

所述的坩埚的外部依次设有加热器和保温层。

所述的喷嘴的出口端设有用于预加热的喷嘴加热器。

所述的负压冷却机构包括：带有进气孔和排气孔的真空室以及设置于真空室内部用于局部重熔的激光装置和三维移动锭机构，该三维移动锭机构包括移动锭和与之竖直相连的二维移动平台，移动锭的外部设有水冷机构，并通过精密电机带动移动锭进行上下精确位移。

本发明涉及一种无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法，通过将加热后的金属熔液通过竖直喷嘴喷向负压环境下经局部重熔的三维活动的移动锭的表面，使得金属熔液与移动锭表面接触时发生瞬间冷凝，通过移动锭的水平平面运动得到一厚度为δ的结晶层，然后将移动锭向下移动δ的距离并重复所述平面运动以形成新的结晶层，重复多次后即得铸锭。

所述的金属熔液是指：在坩埚中加热熔化金属熔液，待完全熔化后得到。

所述的加热，将金属熔液温度加热至熔点并保温1小时。

所述的金属熔液优选经过滤处理，过滤后的铝液置于保温流槽中停留1小时并将温度调整到金属的熔点以上。

所述的负压是指：小于1个正常大气压；通过控制气压差可以控制金属熔液喷射的速度和流量。

所述的负压优选为先在真空室内抽真空，再充入适量氩气，使真空室内的气压小于1个正常大气压。

所述的竖直喷嘴优选经预热处理，预热温度高于其中金属的熔点。

所述的移动锭与喷嘴出口的距离，即喷射距离D1≤50cm。

所述的移动锭与冷却面的垂直距离D2≤10cm。

所述的移动锭的水平平面运动的移动速度v₁≤100mm/s、道次间距d≤10mm/道次。

所述的移动锭优选经预热处理，预热温度略低于移动锭材质的固相线温度。