[发明专利]一种适用于电流作用下类包晶合金模拟物定向凝固结晶器

说明书

技术领域

一种适用于电流作用下类包晶合金模拟物定向凝固结晶器属于电流作用下类包晶合金模拟物定向凝固的实验装置。 

背景技术

在众多的金属间化合物中， 具有多个包晶反应的TiAl基合金由于其比强度高、比刚度高以及高温抗氧化性、抗蠕变性和抗氢脆性良好等特征，使其成为优秀的耐热轻质材料，在提升发动机工作效率等方面将具有很大的应用潜力。但是TiAl基合金的室温塑性差，是限制TiAl基合金推广和应用的主要障碍。目前控制合金材料的凝固过程是提高铸件性能和开发新型材料的重要手段，在近年出现的许多新型凝固技术中，通过将电场、磁场和微重力场等外场引入到凝固过程，将有助于提升现有合金材料的性能，其中电流凝固技术就是相对比较活跃的研究领域，但是目前的工作大多集中于电流对低熔点合金凝固过程的影响，对于熔点较高和活性较大的TiAl合金这类钛基合金则涉及较少。 

目前，人们结合传质学、传热学以及固液界面凝固动力学等方面的知识，采用计算机数值模拟仿真技术对凝固过程进行了深入的研究，但是对于金属实际凝固过程的直接实验观察验证则一直停滞不前，这主要是由于金属凝固过程的温度相对较高，对其进行原位观察所需要的设备要求也非常苛刻。虽然现在有学者利用X射线同步辐射技术对金属及其合金的凝固过程进行了实时记录，但仅仅是对一些低熔点的合金进行了凝固过程的实时观察，使得研究的局限性较大。类合金有机物具有透明的优良光学特性以及较低的熔化温度，在常规条件下就可以对其凝固过程进行实时观察。另外类合金有机物在凝固规律上与金属液体的凝固规律具有一定的相似性，这可为通过原位观测类合金有机物的凝固过程，研究类似合金的具体凝固过程提供必要的参考数据。为了能够更加直观地了解电流对包晶TiAl基合金定向凝固过程的影响，本发明采用一种透明AMPD-SCN包晶有机物近似代替实际中所采用的TiAl基合金，进行了其凝固过程的物理模拟。从AMPD-SCN二元相图分析此有机物的包晶反应发生在5.1at%SCN的成分点，其包晶反应温度为81.4℃。而且在0.0019at%至21.1at%的范围内，该有机物都将发生三相平衡的包晶反应。本发明选用成分为AMPD-4.1%SCN，其液相线温度达到100℃以上，超过常规加热介质即沸水的极限温度，因此具有更高温度加热能力和高效率的定向凝固型结晶器，是保证高熔化温度类包晶合金模拟物顺利进行定向凝固的关键装置。 

丁宏升等人申请的发明专利《一种电效应驱动凝固结晶过程的装置》，申请号：201010184719.7中公开了一种在电效应驱动作用下的凝固结晶装置，其中涉及到了一种结晶器。然而该结晶器采用机械连接的结构，使得融化区域的封闭性得不到保证，并且采用热水为加热工质，不利于在融化区域两端形成更大的温度梯度G_T，而且还存在侧向散热的问题，这些问题又会造成定向凝固过程中的温度梯度不能被准确控制，导致电场作用下类包晶合金模拟物定向凝固过程的不稳定因素加大。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种适用于电流作用下的类包晶合金模拟物定向凝固结晶器，该结晶器不仅可以保证融化区域的密封性，有利于在融化区域两端形成一个稳定的温度梯度G_T，而且还避免了侧向散热，同时与以往机械连接制造的结晶器相比，该结晶器更能精准的控制定向凝固过程中的温度梯度，解决了电流作用下高熔点类合金模拟物的定向凝固实验和实时观察问题。 

本发明的目的是这样实现的： 

一种适用于电流作用下类包晶合金模拟物定向凝固结晶器，包括对称设置的熔区热端紫铜导热板和熔区冷端紫铜导热板，熔区热端紫铜导热板和熔区冷端紫铜导热板通过硅胶粘接的玻璃片连接，所述的玻璃片中间部分设置有融化区域；所述的熔区热端紫铜导热板上设置有熔区热端紫铜电极接线柱，端部通过硅胶粘接有热端液体流通传热块，热端液体流通传热块上连接热端液体循环皮管，所述的热端液体循环皮管包括上下配置的热端上油管和热端下油管，热端上油管在上，热端下油管在下；所述的熔区冷端紫铜导热板上设置有熔区冷端紫铜电极接线柱，端部通过硅胶粘接有冷端液体流通传热块，冷端液体流通传热块上连接冷端液体循环皮管；所述的冷端液体循环皮管包括上下配置的冷端上油管和冷端下油管，冷端上油管在上，冷端下油管在下。