[发明专利]适用于熔体制备的永磁体搅拌设备及熔体制备方法

说明书

本发明提供了一种适用于熔体制备的永磁体搅拌设备及熔体制备方法，包括固定装置、旋转装置、控温装置，所述固定装置包括固定轴(6)、固定圆板(10)、坩埚(11)、隔热套筒(2)，所述固定轴(6)连接固定圆板(10)，固定圆板(10)连接隔热套筒(2)，坩埚(11)位于隔热套筒(2)内部，所述旋转装置连接固定轴(6)，所述控温装置设置在坩埚(11)内部。本发明结构简单紧凑，维护方便，且具有效率高、能耗低等特点；采用非接触式的永磁体搅拌，熔体不会受到污染。本发明采用单一热源，并设置有隔热装置，使得温度场控制容易；另外热源位于坩埚中心，避免产生中心漩涡，减少了熔体中心由于搅拌产生缺陷的数量。

技术领域

本发明涉及一种熔体制备技术领域，具体地涉及一种适用于熔体制备的永磁体搅拌设备及熔体制备方法。

背景技术

随着时代和科技的发展，对材料性能的要求也越来越高。磁场一直以来都是新工艺方法的关注点。铸造过程中施加外力场可以显著改善铸锭质量，提高铸锭性能；外力场主要包括机械搅拌、电场、磁场、超声波等方法。施加磁场是一种非接触式的熔体处理方式，不仅促进温度场和流动场均匀平稳，减少铸造过程中产生的缺陷，而且非接触式处理方式不会污染熔体。磁场的添加同样可以用于净化熔体，排除杂质。添加旋转磁场可以使得熔体的搅拌效果更为剧烈，同样可以作为复合材料中第二相颗粒添加的有效方法。

旋转磁场的添加也可以制备半固态材料。半固态成型方法是介于液态成型与固态成型之间的方法，由麻省理工学院的Flemings和Spencer在1971年提出的一种新型的成型方法。其主要过程是在金属的凝固过程中，通过外力的介入，减少枝晶形成，制备出形貌均一等轴晶的产品。如今制备半固态浆料的设备主要有机械搅拌设备，电磁搅拌设备和永磁体搅拌设备。机械搅拌设备简单，材料制备成本低，易于控制且操作较为简单，一般用于科研与新材料的测试。但是由于其搅拌效率低下；并且需要搅拌设备与熔体直接接触，所以导致浆料容易被污染，搅拌设备寿命低，所以很少用于工业生产。相比较于机械搅拌，电磁搅拌与永磁体搅拌的主要的优势在于非接触，对半固体浆料不会受到污染，卷气相对较少。搅拌均匀且易于控制，可以实现连铸，生产效率较高。

公开号为CN206550302U的中国实用新型专利(一种电磁搅拌半固态金属浆料的制备装置)公开了一种电磁搅拌半固态金属浆料的制备装置，包括封堵棒，熔化坩埚，中频感应加热器，电磁搅拌器，搅拌坩埚，浆料导轨，内输送筒，外输送筒。该专利技术的仍存在以下问题：该专利主要利用交流电场产生交变磁场进行电磁搅拌，这种搅拌装置运行时需要对线圈进行水冷，且集肤效应明显，对铸锭中心搅拌效果较弱(C.K.Jin，Microstructureof Semi-Solid Billets Produced by Electromagnetic Stirring and Behavior ofPrimary Particles during the Indirect Forming Process,Metals 8(4)(2018)271)。永磁体搅拌是利用旋转高磁感应强度永磁体得到旋转磁场，磁场作用于熔体产生交变电流从而达到搅拌的目的。相较于电磁搅拌，永磁体搅拌具有能耗低(约为同等电磁搅拌能耗的20％)、设备设计简单以及磁感应强度更高等优点(J.Zeng,et al.Metallurgical andMaterials Transactions B 48(6)(2017)3083-3100)。永磁体搅拌方法可以改善铸件的表面和内部质量，显著减少缩孔缩松以及溶质偏析，并扩大等轴晶的区域。