[发明专利]电磁悬浮耦合自由落体的金属材料凝固成型装置和方法

权利要求书

1.一种电磁悬浮耦合自由落体的金属材料凝固成型装置，其特征在于，其包括：

真空腔体（10），其包括从上到下依次连接的悬浮加热腔体（7）、自由下落腔体（8）和成型腔体（9）；

悬浮感应加热装置（71），其包括悬浮感应线圈（71a）和高频感应加热电源（71b）；所述悬浮感应线圈（71a）螺旋绕制形成中空圆柱体，并设于所述悬浮加热腔体（7）内部，所述悬浮感应线圈（71a）用于对合金样品进行加热熔融和悬浮；所述自由下落腔体（8）为中空管体，对应于所述悬浮感应线圈（71a）的下方位置，与所述悬浮加热腔体（7）连通；自由下落腔体（8）提供合金液滴样品自由下落空间，使其获得微重力；

运动探测装置（50），用于对在所述自由下落腔体（8）中进行下落运动的合金样品的温度及形态进行连续动态采集；运动探测装置（50）设于所述自由下落腔体（8）的外部，其包括探测器（50d）、固定架（50b）、滑轨（50c）和驱动装置(50a)；所述探测器（50d）通过固定架（50b）连接在所述滑轨（50c）上，所述驱动装置(50a)驱动所述固定架（50b）沿所述滑轨（50c）以一定速度上下移动；所述探测器（50d）朝向所述自由下落腔体（8）设置，所述自由下落腔体（8）与所述探测器（50d）靠近的一侧设有若干检测窗；

压力成型装置（90），所述压力成型装置（90）包含两个分开的半模（91），所述半模（91）设于所述成型腔体（9）的内部，所述两个分开的半模（91）受驱动后相向运动实现合模，将落入到所述两个分开的半模（91）之间的合金样品进行挤压成型。

2.根据权利要求1所述的金属材料凝固成型装置，其特征在于，所述自由下落腔体（8）为中空圆柱形管体，其高度为500-1500mm，用于在合金液滴在下落过程中获取微重力。

3.根据权利要求1所述的金属材料凝固成型装置，其特征在于，所述金属材料凝固成型装置还包括送样装置（72），其对应设在所述悬浮加热腔体（7）中，所述悬浮加热腔体（7）的一侧设有样品放置窗；

所述送样装置（72）包括样品置换盘（721）和样品置换杆（722）；所述样品置换盘（721）包括一个扇形盘面（721a）和与所述扇形盘面（721a）的圆心处连接的转轴（721b），所述转轴（721b）竖直方向固定在所述悬浮加热腔体（7）中且其上部末端伸出至悬浮加热腔体（7）的外部，与驱动电机（721c）连接；在所述扇形盘面（721a）上设有通孔（721h），所述通孔（721h）用于放置合金样品；

所述样品置换杆（722）包括顶出杆（722a）、连接杆（722b）和控制杆（722c）；所述控制杆（722c）竖直方向固定在所述悬浮加热腔体（7）中且其上部末端伸出至悬浮加热腔体（7）的外部，控制杆（722c）的下部末端连接水平方向的连接杆（722b）的一端，所述连接杆（722b）的另一端连接呈竖直向上设置的顶出杆（722a）；通过操作所述控制杆（722c），控制所述顶出杆（722a）上下移动以及控制所述连接杆（722b）在水平面内转动。

4.根据权利要求3所述的金属材料凝固成型装置，其特征在于，所述样品置换杆（722）为中空管一体弯折成型，得到所述顶出杆（722a）、连接杆（722b）和控制杆（722c）；所述控制杆（722c）伸出至悬浮加热腔体（7）的一端连接惰性气体气源（1），借此通过所述样品置换杆（722）向真空腔体（10）通入惰性保护气体或通过操作所述控制杆（722c）使所述顶出杆（722a）对合金样品吹气实现温度调节。

5.根据权利要求1所述的金属材料凝固成型装置，其特征在于，所述金属材料凝固成型装置还包括样品温度监测装置（30），其包括非接触式温度传感器（31），所述非接触式温度传感器（31）设于所述悬浮加热腔体（7）的顶部上方；所述悬浮加热腔体（7）的顶部设有视窗，所述非接触式温度传感器（31）透过所述视窗，用于实时感测合金样品的温度；

所述金属材料凝固成型装置还包括真空系统（60），包括泵体（61）和抽气管道，其抽气管道连接真空腔体（10）以用于对真空腔体（10）抽真空；所述泵体为分子泵或机械泵。