[发明专利]一种基于离心力的非平衡凝固制备梯度结构材料的方法

权利要求书

1.一种基于离心力的非平衡凝固制备梯度结构材料的方法，其特征在于，在金属凝固过程中的过冷区间施加大的离心力，使其在凝固过程中边缘与心部形核不均匀，最终使得凝固成型后获得的金属材料的晶粒尺寸成梯度分布，从而制备梯度结构金属材料；包括以下步骤；包括感应线圈加热熔炼和过冷区离心非平衡凝固两步工序

步骤1，对所需的固体金属原材料进行处理，去除油污和氧化膜，打磨到暴露出光亮金属基体；

步骤2，将处理过的固体金属原材料放置于熔炼坩埚之内；

步骤3，启动感应线圈开始熔炼，将金属材料加热到熔融状态并使其稳定下来；

步骤4，启动离心机，降低感应线圈功率开始缓慢降温凝固，当其完全转化为固态时，关闭线圈，开启冷却水，使其快速冷却至室温；

该方法所用熔炼离心力非平衡凝固装置，包括离心机与真空感应熔炼装置，离心机为机械式离心机，其转盘中心有一凹槽用于放置熔炼坩埚，且其内部置有冷却循环水系统，桶状的真空金属罩可与离心机上表面配合进行密封，真空金属罩上有电磁感应加热线圈及其控制器，真空金属罩顶部设有气阀可供抽真空或通保护气体。

2.根据权利要求1所述的基于离心力 的非平衡凝固制备梯度结构材料的方法，其特征在于，步骤3具体步骤为，将放置表面除污处理过的固体金属原材料后的熔炼坩埚通过真空金属罩将整个空间密封，抽真空，最后再通入惰性气体，使用感应电磁加热使得坩埚内的金属至熔融态，并持续直至其状态稳定。

3.根据权利要求1所述的基于离心力的 非平衡凝固制备梯度结构材料的方法，其特征在于，所述的金属为紫铜合金、黄铜合金以或316L不锈钢。

4.根据权利要求3所述的基于离心力非平衡凝固制备梯度结构材料的方法，其特征在于，紫铜合金为TU2紫铜，合金成分wt.%中Cu99.9，黄铜合金成分为Cu-30wt.%Zn，316L不锈钢合金其成分wt.%如下：C≤0.08，Si≤1，Mn≤2，P≤0.045，S≤0.03，Ni占10.0~14.0，Cr占16.5~18.5，Mo占2.0~3.0，余下为Fe和杂质。

5.根据权利要求1所述的基于离心力 的非平衡凝固制备梯度结构材料的方法，其特征在于，该方法具体为：步骤1，选取纯度为99.99%的紫铜，对其表面进行处理，去除油污和氧化膜，打磨至板材表面呈现出明亮的金属光泽为止；

步骤2，将处理过的紫铜放置于熔炼坩埚之内，将真空金属罩密闭好，将熔炼腔体进行抽真空，真空度在10^-4以下，真空抽完后从气阀通入氩气进行防氧化保护；

步骤3，通过感应线圈控制器启动感应线圈开始熔炼，将金属材料加热到熔融状态并持续五分钟使其状态稳定下来；

步骤4，通过离心机控制按钮启动离心机，并调节离心转速为600r/min；再通过感应线圈控制器降低感应线圈功率开始缓慢降温凝固，当其完全转化为固态时，关闭线圈，关闭离心机，开启循环冷却水，使其快速冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的基于离心力 的非平衡凝固制备梯度结构材料的方法，其特征在于，该方法具体为：步骤1，选取成分为Cu-30wt.%Zn的黄铜合金，对其表面进行处理，去除油污和氧化膜，打磨至板材表面呈现出明亮的金属光泽为止；

步骤2，将处理过的黄铜合金放置于熔炼坩埚之内，将真空金属罩密闭好，将熔炼腔体进行抽真空，真空度在10^-4以下，真空抽完后从气阀通入氩气进行防氧化保护；

步骤3，通过感应线圈控制器启动感应线圈开始熔炼，将金属材料加热到熔融状态并持续五分钟使其状态稳定下来；

步骤4，通过离心机控制按钮启动离心机，并调节离心转速为600r/min；再通过感应线圈控制器降低感应线圈功率开始缓慢降温凝固，当其完全转化为固态时，关闭线圈，关闭离心机，开启循环冷却水，使其快速冷却至室温。

7.根据权利要求1所述的基于离心力的 非平衡凝固制备梯度结构材料的方法，其特征在于，该方法具体为：步骤1，选取成分316L不锈钢作为实验材料，其成分（wt.%）如下：C≤0.08，Si≤1，Mn≤2，P≤0.045，S≤0.03，Ni占10.0~14.0，Cr占16.5~18.5，Mo占2.0~3.0，余下为Fe和杂质；对其表面进行处理，去除油污和氧化膜，打磨至板材表面呈现出明亮的金属光泽为止；

步骤2，将处理过的316L不锈钢放置于熔炼坩埚之内，将真空金属罩密闭好，将熔炼腔体进行抽真空，真空度在10^-4以下，真空抽完后从气阀通入氩气进行防氧化保护；

步骤3，通过感应线圈控制器启动感应线圈开始熔炼，将金属材料加热到熔融状态并持续五分钟使其状态稳定下来；

步骤4，通过离心机控制按钮启动离心机，并调节离心转速为600r/min；再通过感应线圈控制器3降低感应线圈功率开始缓慢降温凝固，当其完全转化为固态时，关闭线圈，关闭离心机，开启循环冷却水，使其快速冷却至室温。