[发明专利]一种Cu-Fe复合材料双熔体混合铸造装备与工艺

说明书

本发明公开了一种Cu‑Fe复合材料双熔体混合铸造设备及工艺，包括第一熔化炉，用于加热熔化纯Cu；第二熔化炉，用于加热熔化Cu‑Fe合金；混合腔，通过导流管与所述第一熔化炉和第二熔化炉的出液口连通，将加热熔化后的纯Cu和Cu‑Fe合金进行混合；感应加热器，用于对混合腔内的混合熔体进行加热及电磁搅拌；结晶器，与所述混合腔的出液口对接；塞棒机构，用于控制所述第一熔化炉和第二熔化炉的出液口启闭及熔体流量；对所述第一熔化炉和第二熔化炉内的气压进行调节的气压调节机构。该铸造装备与工艺不仅解决了Cu‑Fe复合材料在铸造过程中成分和组织不均匀的问题，同时可显著提高生产效率和降低生产成本，适合于工业化规模生产。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，尤其涉及一种Cu-Fe复合材料双熔体混合铸造装备与工艺。

背景技术

Cu-Fe复合材料兼有Cu的高导电、导热性能和Fe的软磁、较高强度与刚度的特性，拥有独特的电磁屏蔽性能，被广泛应用于脉冲强磁场系统、粒子加速电磁发射器、高能同步辐射光源等高精尖技术领域。

Cu-Fe复合材料凝固过程中会形成两种液相区域，即富Cu区(L₁)和富Fe区(L₂)。由于两种液相的成分不同，密度差引起的斯托克斯运动导致在重力场的作用下引起宏观偏析，产生Cu-Fe复合材料成分、组织和性能不均匀的问题，因此采用传统熔铸法无法制备成分、组织较均匀的Cu-Fe复合材料。

目前，国内外主要采用粉末冶金、喷射沉积等方法制备Cu-Fe复合材料的锭坯，结合后续冷加工(轧制、拉拔等)制备Cu-Fe复合材料。其中粉末冶金法是将Cu粉和Fe粉均匀混合后，通过热等静压设备将粉末进行压合制备出组织均匀、性能优良的Cu-Fe复合材料锭坯。喷射沉积法是将Cu和Fe熔化后，通过气体喷雾器将熔体喷散成细小的液滴，金属液滴经高速冷却在预成型靶上开始凝固，凝固后成颗粒状组织。但是上述两种工艺存在的主要问题为：(1)坯料制备需要热等静压设备或喷射沉积设备，设备投资大、要求苛刻；(2)工艺流程长，工序复杂；(3)生产的铸锭重量和规格有限，致密度较低，不利于后续冷加工成形和制备高质量产品；(4)生产效率低、成本高。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种Cu-Fe复合材料双熔体混合铸造装备与工艺，该铸造装备与工艺不仅解决了Cu-Fe复合材料在铸造过程中成分和组织不均匀的问题，同时可显著提高生产效率和降低生产成本，适合于工业化规模生产。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

一种Cu-Fe复合材料双熔体混合铸造设备，包括：

第一熔化炉，用于加热熔化纯Cu；

第二熔化炉，用于加热熔化Cu-Fe合金；

混合腔，通过导流管与所述第一熔化炉和第二熔化炉的出液口连通，将加热熔化后的纯Cu和Cu-Fe合金进行混合；

感应加热器，用于对混合腔内的混合熔体进行加热及电磁搅拌；

结晶器，与所述混合腔的出液口对接；

塞棒机构，用于控制所述第一熔化炉和第二熔化炉的出液口启闭及熔体流量；以及，

对所述第一熔化炉和第二熔化炉内的气压进行调节的气压调节机构。

进一步的，还包括用于测量第一熔化炉、第二熔化炉和混合腔中熔体温度的测温元件。

进一步的，所述结晶器采用水冷结晶器。

进一步的，所述混合腔和导流管的材质为石墨或耐火材料。