[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

摘要

本发明公开了一种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，利用超导梯度强磁体产生的轴向磁场的磁场强度范围不大于5T，利用磁场诱发的热电磁力作用在合金熔体上，产生热电磁流动，由于合金熔体中析出相的含量随温度的下降而增加和定向凝固过程中温度梯度的存在，熔体经过低温处时，有利于析出相的析出和已经析出的相快速生长，导致析出相体积分数超过该合金平衡凝固时析出相的体积分数，随着定向凝固的进行，剩余熔体中溶质含量减少，甚至变成贫溶质熔体，最终以共晶合金的成分凝固，形成一种上部为共晶、下部为初生相和共晶相的功能梯度材料，为利用轴向均恒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。