[发明专利]一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈

说明书

本发明涉及一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈，是在现有小质量金属的电磁悬浮实验方法基础上，通过在悬浮物距离较近的地方增加多匝外层线圈并对构型进行优化调节，解决现有技术中由于电磁线圈悬浮性能差导致悬浮样品质量小、尺寸小的技术缺陷，以实现大体积金属的稳定悬浮和加热。本发明线圈已成功用于悬浮质量为300～600g，尺寸在40～60mm的各种金属体的电磁悬浮实验。同时，本发明线圈的悬浮性能十分突出，所以该类线圈在小质量物料的电磁悬浮实验中也同样体现出巨大优势。如利用内径30mm的该类构型线圈，针对5～50g Al、Cu、Ti和Ni的系列悬浮实验表明，电流幅值相比同等匝数下单层线圈减少33.8％。

技术领域

本发明属于基于电磁感应原理加热金属材料的电磁悬浮线圈，涉及一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈，利用该类线圈结构，悬浮对象尺寸可达50mm，质量超过600g，该线圈为双层构型，通过内外层线圈构型的合理配置及优化调节，具有悬浮性能强的特点，主要应用于高纯精炼金属及其合金、新材料制备合成等领域。

背景技术

对物料的加热，在生活中是一种十分常见的加工方式，也是工业中一个重要的处理环节。相比传统电阻丝加热，电磁感应加热具有速度快、效率高、温度高和杂质污染少等优点。在金属材料的制备过程中，焦耳效应、趋肤效应以及液态金属中电磁力的搅拌作用对凝固的微观组织、相变过程以及成分形态均有着深刻的影响。这些特点使其在高纯金属精炼、高温合金熔炼及工件淬火等加工领域有着极为广阔的应用前景。

从涡流与磁场产生力效应的角度来说，电磁线圈产生的高频电磁场可提供很大的电磁力，使样品在加热过程中实现悬浮成为可能。基于此技术原理，人们在20世纪50年代实现了地面条件的电磁悬浮无容器处理，见文献：Rony P R,The electromagneticlevitation of metals[R]:Lawrence Radiation Laboratory/University ofCalifornia:Berkeley,CA,USA,1964。这一技术逐渐发展成熟。直到今天，研究对象的熔点从数百度到2000度不等，涉及半导体、金属及其各类合金，从而深入地开展了以金属材料的深过冷、相分离及凝固理论等为代表的基础研究。同时，借助电磁悬浮技术高效的、可控的加热效应，可使处于高真空或者保护气体氛围的物质均匀挥发，由此拓展为一种制备新型纳米材料的方法。目前，人们基于此技术实现Fe、Ti等金属或合金的纳米颗粒制备，见文献：Mohammadi A V,Halali M.Synthesis and characterization of pure metallictitanium nanoparticles by an electromagnetic levitation melting gascondensation method[J].RSC Advances,2014,4(14):7104-7108.；以及Kermanpur A,Rizi B N,Vaghayenegar M,et al.Bulk synthesis of monodisperse Fe nanoparticlesby electromagnetic levitational gas condensation method[J].Materials Letters,2009,63(5):575-577.。利用该方法制备的纳米颗粒具有颗粒污染少、生成速率高等特点。