[发明专利]利用梯度强磁场制备梯度组成块体材料的方法和装置

摘要

本发明公开了一种利用梯度强磁场制备梯度组成块体材料的方法和装置，装置由加热炉、加热炉架、温度控制系统、水冷套、应力应变检测装置、超导梯度强磁体和淬火水槽组成，超导梯度强磁体中心区域磁场强度在0‑14 T之间连续可调，其中心区域附近磁场梯度在不高于600T²/m的范围内连续可调。本发明利用梯度强磁场诱发的磁力作用，使梯度强磁场和块体材料之间无接触，不增加二次污染，使具有不同磁化率、不同密度的物质可以从原始的混合物中悬浮到不同高度从而分离，形成一种组织成分连续变化的梯度组成块体材料，为制备梯度块体材料提供了一种全新的技术，为利用梯度强磁场进行特殊材料制备提供了新的工艺方向。

主权项

1.一种利用梯度强磁场制备梯度组成块体材料的方法，其特征在于，在梯度场中进行熔炼和凝固，并设有应力应变检测装置；通过应力应变检测装置的实时应力应变监测结果对熔炼和凝固工艺进行控制，使温度控制系统实时测量进行熔炼和凝固的金属材料的温度，并通过实时控制升温速度和降温速度控制金属材料的熔炼和凝固工艺；包括如下步骤：a.梯度组成块体材料的原材制备：按照待制备的梯度组成块体材料的合金成分及其成分含量，选取所需成分的原始合金材料作为原料，在真空感应加热炉内进行合金熔炼，并在氩气保护下浇注成设定尺寸的合金坯料，然后使合金坯料快速冷却，获得成分均匀的原始合金样品；b.进行熔铸设备安装：将在步骤a中制备的原始合金样品表面处理干净，装入相应尺寸的刚玉坩埚中，将刚玉坩埚固定在加热炉中心加热区域，对在刚玉坩埚内的原始合金样品施加磁场中心区域的最大磁场强度不大于14T的梯度强磁场，并控制磁场中心附近磁场梯度在不高于600T2/m的范围内连续可调，且中心区域磁场强度不为0，且控制磁场中心附近磁场梯度不为0，使刚玉坩埚内的原始合金样品处于梯度强磁场中受力最大的空间位置处，并使刚玉坩埚内的合金连接应力传感器，对合金中应力和应变大小进行实时记录，由加热装置控制对在刚玉坩埚内的原始合金样品进行熔炼的工艺过程，由温度控制系统控制制备梯度组成块体材料的熔炼升温和凝固降温过程；c.进行梯度组成块体材料熔铸制备：在固定好在步骤b中设置的熔铸设备后，向加热炉内不断通入氩气作为保护气体，然后启动加热装置和磁场发生装置，对在梯度强磁场中的在步骤b中设置好的刚玉坩埚内的原始合金样品进行熔融处理，在到达预定的原始合金样品的熔融温度以后恒温1小时后，进行热稳定和磁稳定，然后对刚玉坩埚内的金属熔体进行降温，通过温度控制系统以设定的降温速度和梯度组成块体材料的凝固时设定的降温方式，最后将加热炉内的温度降至室温，或最后将梯度组成块体材料进行淬火实现快速降温，从加热炉内或淬火池中取出凝固的合金样品，即得到梯度组成块体材料。