[发明专利]利用轴向均恒磁场制备功能梯度材料的方法及其定向凝固装置

权利要求书

1.一种利用轴向均恒磁场制备功能梯度材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.原料制备：

按照待制备的功能梯度材料的合金成分，选取纯金属作为原料，在真空感应悬浮炉内进行反复熔炼，使其成分均匀化，然后将合金熔体用石英管进行负压吸铸，获得成分均匀的原始合金棒；

b.定向凝固设备安装：

将定向凝固装置放入轴向均恒磁场中，磁场中心附近的磁场强度在不大于5T的范围内连续可调，将在步骤a中制备的原始合金棒表面处理干净，装入相应尺寸的刚玉坩埚中，将刚玉坩埚固定在定向凝固的拉杆上端，刚玉坩埚随拉杆在加热炉内上下移动，通过控制定向凝固的抽拉系统以设定的抽拉速度进行定向凝固，定向凝固的方向平行于轴向磁场的方向，同时调整加热炉在磁场中的位置，当刚玉坩埚内合金融化后，使刚玉坩埚内合金的凝固界面保持在均恒磁场区；

c.功能梯度材料制备：

固定好在所述步骤b中设置的定向凝固设备后，向加热炉内通入惰性气体作为保护气体，然后启动加热装置，按照不大于10℃/min的预设的加热速度进行升温，升到不高于1600℃的指定的温度后，然后开启磁场发生装置，在磁场的作用下，并在至少30分钟后使刚玉坩埚内原始合金棒完全融化形成均匀化的金属熔体，然后开启定向凝固抽拉系统，按照不高于20μm/s的抽拉速率进行定向凝固，直到刚玉坩埚内的合金熔体都抽拉到装有冷却介质的淬火池内，然后从淬火池中取出定向凝固的合金棒，即得到功能梯度材料。

2.根据权利要求1所述利用轴向均恒磁场制备功能梯度材料的方法，其特征在于：所制备的功能梯度材料为铝合金，并且铝合金中铝的质量百分比含量为不高于88wt.％。

3.根据权利要求2所述利用轴向均恒磁场制备功能梯度材料的方法，在制备Al-Ni合金功能梯度材料时，其特征在于，包括如下步骤：

a.原料制备：

选择纯度为99.99％的高纯金属原料，配制成分为Al-12wt.％Ni的合金，在真空悬浮炉内反复熔炼，使Al-Ni合金原料充分均匀化后，将Al-Ni合金熔体用石英管进行负压吸铸，得到成分均匀的Al-Ni合金棒，并将所得到的Al-Ni合金棒封装在刚玉坩埚中，备用；

b.定向凝固设备安装：

将定向凝固装置放入轴向均恒磁场中，磁场中心附近的磁场强度在不大于5T的范围内连续可调，将在步骤a中制备的原始Al-Ni合金棒表面处理干净，装入相应尺寸的刚玉坩埚中，将刚玉坩埚固定在定向凝固的拉杆上端，刚玉坩埚随拉杆在加热炉内上下移动，通过控制定向凝固的抽拉系统以设定的抽拉速度进行定向凝固，定向凝固的方向平行于轴向磁场的方向，同时调整加热炉在磁场中的位置，当刚玉坩埚内合金融化后，使刚玉坩埚内Al-Ni合金的凝固界面保持在均恒磁场区；

c.功能梯度材料制备：

固定好在所述步骤b中设置的定向凝固设备后，向加热炉内通入惰性气体作为保护气体，然后启动加热装置，按照不大于10℃/min的预设的加热速度进行升温，升到不低于800℃的指定的温度后，然后开启磁场发生装置，在磁场的作用下，并在至少30分钟后使刚玉坩埚内原始合金棒完全融化形成均匀化的金属熔体，然后开启定向凝固抽拉系统，按照不高于10μm/s的抽拉速率进行定向凝固，直到刚玉坩埚内的合金熔体都抽拉到装有冷却介质的淬火池内，然后从淬火池中取出定向凝固的合金棒，即得到Al-Ni合金功能梯度材料。