[发明专利]一种集冶金精炼与组织控制的材料无容器加工方法

说明书

本发明涉及一种集冶金精炼与组织控制的材料无容器加工方法，属于材料电磁加工技术领域。首先将材料切割成颗粒状，然后将颗粒状材料用推杆并推入悬浮线圈中部；将悬浮腔关闭，抽真空；打开气氛保持系统阀门，使悬浮腔内保持设定惰性/还原/氧化气氛；打开线圈冷却水和电源，控制输入电流、频率以及功率，对颗粒状材料进行预热；经预热后颗粒状材料在电磁感应效应的作用下材料实现悬浮并熔化，然后迅速撤走推杆进行悬浮熔化；经悬浮熔化后，调低输入电流，待悬浮熔滴出现晃动，调节气氛保持系统开关，转换悬浮腔内冷却气体流量、冷却气氛种类，实现材料的组织控制与无容器凝固。本发明在一个系统中实现冶金精炼过程和无容器凝固两个过程。

技术领域

本发明涉及一种集冶金精炼与组织控制的材料无容器加工方法，属于材料电磁加工技术领域。

背景技术

随着人们对材料性能的要求越来越高，材料熔体的电磁加工技术越来越受到科研工作者的重视。目前，电磁技术在冶金精炼中也得到广泛应用，在材料加工与处理领域也得到了广泛应用；由于两个流程间的方向不一致、实现的目标也不一致，因此实现的技术路径与方式方法均不一样，难以在一个系统中同时实现冶金与材料成型两个过程。如杂质元素去除是冶金过程的关键，而凝固组织的控制是材料成型过程的关键。电磁场在冶金过程中主要是通过电磁搅拌强化熔体的搅拌效应，创造较好的冶金反应动力学条件而强化杂质元素挥发；电磁场在材料成型过程中，主要是在凝固过程中通过强化对流促进晶粒细化以及深过冷凝固而细化晶粒。目前，电磁约束成型技术是集合了电磁感应加热、电磁约束成型的材料无容器电磁加工技术；但是，整个过程无法实现冶金过程中的精炼效果，因此，从节约能源、缩短制备流程的角度出发，开发一种集合冶金精炼过程与材料无容器凝固过程控制的短流程、一体化材料加工过程是未来新材料领域发展的前沿。

发明内容

鉴于目前材料冶金与材料加工过程需要在两个体系中实现，本发明提供了一种集合冶金精炼与凝固成型的短流程、一体化材料加工方法，有益之处在于通过电磁悬浮技术配合气氛控制系统设计提供一种短流程、一体化的集合冶金精炼与材料凝固成型控制的材料电磁加工装置与技术。

为了实现上述的目的，本发明通过以下技术方案实现。

一种集冶金精炼与组织控制的材料无容器加工方法，其具体步骤如下：.

（1）首先用线切割机将材料切割成颗粒状，然后将颗粒状材料用刚玉推杆并推入悬浮线圈中部；

（2）将悬浮腔关闭，然后打开真空泵对悬浮腔进行抽真空；打开气氛保持系统阀门，使悬浮腔内保持设定惰性/还原/氧化气氛；打开线圈冷却水和电源，控制输入电流、频率以及功率，对颗粒状材料进行预热；

（3）经预热后颗粒状材料在电磁感应效应的作用下材料实现悬浮并熔化，然后迅速撤走推杆进行悬浮熔化；

（4）经悬浮熔化后，调低输入电流，待悬浮熔滴出现晃动，调节气氛保持系统开关，转换悬浮腔内冷却气体流量、冷却气氛种类，实现材料的组织控制与无容器凝固。

所述步骤（2）惰性/还原/氧化气氛中气氛气体为x₁%Ar+y₁%H₂+z₁%H₂O，x₁+y₁+z₁=100，气体流量为0-1.5L/min。

所述步骤（4）调低输入电流为调低至10-60A，以悬浮熔滴出现晃动为限。

所述步骤（4）凝固过程冷却气氛为x₂%H₂+y₂%Ar+z₂%He，x₂+y₂+z₂=100，其中x₂≥50，气体流量为1-3L/min。