[发明专利]一种真空深过冷快速凝固实验装置

说明书

技术领域

本发明属于合金加工技术领域，具体涉及一种真空深过冷快速凝固实验装置。

背景技术

深过冷快速凝固技术是指尽可能通过消除异质晶核的情况下，使液态金属保持几百度过冷度，而后突然形核并获得快速凝固组织的一种工艺方法。采用这种技术，可以在冷速不高的情况下获得很大的热力学过冷度，可以克服由于受传热过程限制只能制备出厚度或直径极小的合金的缺陷，显著提高快速凝固金属材料尤其是微晶、准晶和非晶合金的应用与发展。同时，深过冷的合金发生高生长速率的凝固凝固组织，可以使偏析减小，杂质分布改善，普遍具有强韧化效果，深过冷快速凝固不受熔体体积限制，是实现三维大体积液态金属快速凝固的有效方法。因此，深过冷和快速凝固是当前材料科学与工程研究领域中最活跃的课题之一。

如果液态金属激冷程度不足以抑制晶体形核，深过冷熔体将快速结晶，尤其是真空腔内由于氧的存在，会使液态金属中形成氧化物，造成早期诱发形核从而降低过冷度，在文献F.Giliessen,D.M.Herlach."Crystal nucleation and glass-forming ability of Cu-Zr in a containerless state".1988,97:147-15 1.公开的内容中为防止此类现象产生，必须配备高真空系统或经过抽高真空后在氩气等保护性气氛中进行熔炼，然而真空室的密封总是存在漏率，微量的氧就很容易使得熔体中易氧化元素形成氧化物。因此，实验过程中进行除氧就显得尤为重要。

目前,已公开的深过冷设备如专利“空间快速凝固地面模拟方陆与实验装置，公开号CN 1158916A”是通过把熔融玻璃和待熔金属一起放到坩埚里,然后进行深过冷处理,整个过程由于处于真空条件下，熔融玻璃和金属的成分都不可以调节，尤其是如果由熔点差距比较大的金属组成的合金,先熔化的低熔点金属与后熔化的高熔点金属时间差较大,不利于熔体质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种能够调节熔融玻璃成分和合金成分，熔炼耗氧、缩短熔融金属下降距离、实现快速凝固的真空深过冷快速凝固实验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种真空深过冷快速凝固实验装置，包括真空腔体，真空腔体内由上而下依次对应设置有连续送料装置、第一石英坩埚和激冷铜模；激冷铜模可在竖直方向往复运动，且在所述第一石英坩埚内的金属熔化后，所述激冷铜模的开口处上升至第一石英坩埚的底部，用于盛接并凝固第一石英坩埚内的熔融金属。

进一步地，还包括设置于真空腔体内的第二石英坩埚，第二石英坩埚内用于盛放消耗熔炼氧的石墨；第二石英坩埚的外壁一周设置有用于加热的感应铜线圈电极。

进一步地，该连续送料装置包括竖直设置的连续送料外管，其上端与真空腔体的顶壁贴合连接，下端与第一石英坩埚的开口端可拆卸连接，用于向第一石英坩埚中输送调节成分用的合金和调节玻璃粘度用的硼酸钠；

还包括用于密封连续送料外管的玻璃柱塞，玻璃柱塞的一端设置于连续送料外管内，另一端与设置于真空腔体外的联动装置相连接，联动装置用于带动玻璃柱塞上下运动，继而与连续送料外管的内壁贴合或分离。

进一步地，该真空腔体的顶部设置有联通管，所述联通管的位置与连续送料外管的位置相对应，且依次与连续送料外管和第一石英坩埚相联通；所述联通管内用于设置连接杆，其下端与玻璃柱塞的上端相连接，其上端连接有磁力杆；磁力杆和连接杆组成联动装置；真空腔体的顶部设置进气管，用于向真空腔体内充入保护气体。

进一步地，该联通管的侧壁上还设置连接有一保护气体进入管，所述联通管的侧壁还与进气管的侧壁相联通，所述联通管、进气管、保护气体进入管、真空腔体和第一石英坩埚相互联通。

进一步地，该连续送料外管由上而下依次包括相联通的送料连接段、储料段、下料段和卡合段，该储料段为上端粗下端细的锥形，且由上到下光滑收缩过渡；卡合段的端部设置有用于与第一石英坩埚相连接的卡合凹槽。

进一步地，该玻璃柱塞的下端为倒圆锥体状，当所述玻璃柱塞设置于连续送料外管内时，圆锥体位于储料段和下料段的连接处。

进一步地，该激冷铜模通过液压装置上下往复运动，该液压装置设置于真空腔体外部的底部，包括与激冷铜模相连接的升降装置，以及与升降装置下端相连接的气缸。

进一步地，该第一石英坩埚的外壁一周设置有用于加热的悬浮感应铜线圈。

本发明还公开了一种真空深过冷快速凝固方法，使用上述的真空深过冷快速凝固实验装置，该方法如下：