[发明专利]一种无卷气镍-氮化硅熔体的高效搅拌方法及装置

说明书

本发明公开了一种无卷气镍‑氮化硅熔体的高效搅拌方法及装置，属于冶金、铸造等材料加工研究领域，本发明采用内壁布有直叶片的变体积石墨坩埚与高速电磁搅拌相结合方式对镍‑氮化硅熔体进行搅拌；利用变体积石墨坩埚，排空熔体上部的全部气体，进而在与外界气体完全隔绝的条件下，利用高速电磁搅拌，产生周向高速搅拌运动，利用石墨坩埚内壁上的直叶片，阻止氮化硅颗粒的上浮和中央偏聚运动，从而高效率地得到无卷气的氮化硅颗粒均匀分布的镍‑氮化硅熔体，搅拌时间可缩短到2分钟，解决了镍‑氮化硅熔体搅拌中存在的卷气和搅拌效率低技术问题。

技术领域

本发明属于冶金、铸造等材料加工研究领域，特别涉及一种无卷气镍-氮化硅熔体的高效搅拌方法及装置。

背景技术

在冶金、铸造等材料加工研究领域中，常常需要对各种熔体进行搅拌，比如金属半固态浆料、添加颗粒熔体的搅拌等等，目的是使熔体的温度、成分、组织等均匀化。搅拌效率通常取决于搅拌强度，搅拌强度越大，形成的剪切和紊流越强，熔体实现温度、成分、组织等均匀化的搅拌时间就越短，搅拌效率越高。然而，强烈的搅拌会导致熔体的卷气问题，极易造成高温熔体氧化、形成夹杂组织等，即便采用保护性气氛，卷气也会使熔体中散布气孔，导致材料性能恶化，可见，卷气问题束缚了熔体的搅拌强度，降低了搅拌效率。镍-氮化硅复合材料含有3wt％左右的锆和6.5wt％左右的氮化硅颗粒，兼有镍基体的延展能力强、塑性好、耐腐蚀和氮化硅颗粒的硬度高、热稳定性好、耐磨损等优点，广泛应用于防腐、耐磨、装饰及电磁屏蔽等领域。由于氮化硅的熔点1900℃高于镍的熔点1453℃，因此氮化硅在镍液体中是以固态颗粒的形式存在的，另外，由于镍的密度8.5～8.9g/cm3大于氮化硅的密度3.2～3.5g/cm3，所以氮化硅颗粒在镍-氮化硅熔体中容易发生上浮，因此，要想高效率地制备氮化硅颗粒均匀分布的镍-氮化硅熔体进而得到高性能的镍-氮化硅复合材料，就必须加大对熔体的搅拌强度，这样卷气问题就更加突出了。授权公告号CN105436436B、授权公告号CN 103307900B等发明专利通过“收窄搅拌腔内的熔体液面”、“设置熔体扰动隔离器”等方法来阻隔搅动向熔体液面传递、避免熔体卷气。本发明从熔体与气体完全隔绝的角度出发，进行熔体搅拌方面的创造发明，摆脱了卷气对搅拌强度和搅拌效率的束缚，可高效率地制备无卷气的氮化硅颗粒均匀分布的镍-氮化硅熔体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，镍-氮化硅熔体搅拌中存在的卷气和搅拌效率低问题，提供一种无卷气镍-氮化硅熔体的高效搅拌方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用内壁布有直叶片的变体积石墨坩埚与高速电磁搅拌相结合方式对镍-氮化硅熔体进行搅拌；利用变体积石墨坩埚，通过减小石墨坩埚的体积，排空石墨坩埚中熔体上部的全部气体，并且在熔体与外界气体完全隔绝的条件下，即没有气体源的条件下，进行熔体的搅拌，进而从根源上避免熔体卷气；利用高速电磁搅拌，在无卷气束缚的情况下，使镍-氮化硅熔体产生周向高速搅拌运动，利用石墨坩埚内壁上的直叶片，不断地将内部的镍-氮化硅熔体移到周围、将上部的镍-氮化硅熔体移到下部，进而阻止氮化硅颗粒的上浮和中央偏聚运动，从而高效率地得到无卷气的氮化硅颗粒均匀分布的镍-氮化硅熔体。

本发明的有益效果是：利用本发明，对镍-氮化硅熔体进行搅拌，可以直接制备出无卷气、氮化硅颗粒分布均匀的镍-氮化硅熔体，搅拌时间可缩短到2分钟，搅拌效率比CN102072667A专利公开的8分钟提高了300％，解决了镍-氮化硅熔体搅拌中存在的卷气和搅拌效率低技术问题。

附图说明

图1为本发明方法搅拌镍-氮化硅熔体装置的主视图。