[发明专利]一种难混熔合金材料原位自生细化的方法及连续化制备装置

权利要求书

1.一种难混熔合金材料原位自生细化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将待熔铸的Cu及Fe金属块放入上部石墨坩埚(2)中，在石墨坩埚(2)外部设有上部感应线圈(3)，在感应线圈(3)中通入交流电，通过感应加热方法，加热并熔化在石墨坩埚(2)中的金属块原料，形成Cu-Fe合金熔体；

步骤2：在Cu-Fe合金熔体(1)中加入钇(Y)金属块，待Y金属熔化并与合金熔体(1)充分混匀后，开启抽拉连铸设备(7)，利用设备(7)的定向连续抽拉将连铸坯(8)从石墨结晶器(4)中拉出，在水冷结晶器(5)下部设置二冷水(6)，对拉出的连铸坯(8)进一步冷却，通过石墨结晶(4)外侧的水冷结晶器(5)对连铸坯(8)进行强制冷却，促进连铸坯(8)凝固成型；在加入Y金属块后，Cu-Fe难混熔合金的凝固过程中富Fe球(9)、富Cu相(11)、Fe枝晶(13)得到依次原位自生细化，抑制Cu-Fe合金凝固过程中的偏析与分层；由于连铸设备(7)开启，连铸坯(8)不断凝固成型，并最终通过连铸工艺得到长尺寸组织细化、成分均匀的Cu-Fe难混熔合金材料。

2.根据权利要求1所述难混熔合金材料原位自生细化的方法，其特征在于：在Y元素添加后，富Fe球(9)熔滴凝固过程中，Fe₁₇Y₂相(10)析出在富Fe球(9)周围，抑制了富Fe球(9)的长大，细化了富Fe球(9)，并进而组织了富Fe相(9)的凝并，抑制了Cu-Fe合金凝固过程中的偏析与分层；

在Y元素添加后，富Fe球(9)周围Fe₁₇Y₂相(10)由于熔体流动的冲刷作用，将进入Cu熔体(1)中，成为Cu熔体(1)的形核核心(12)，促进了Cu熔体凝固过程中富Cu相(11)的形核，从而细化了富Cu相(11)的晶粒；

在Y元素添加后，Cu熔体(1)凝固过程中将析出Fe元素，Fe元素聚集、形核、长大将形成Fe枝晶(13)，在Fe枝晶(13)长大过程中，还有Fe₁₇Y₂相(10)析出在Fe枝晶(13)周围，抑制Fe枝晶(13)的长大，细化Fe枝晶(13)。

3.根据权利要求1所述难混熔合金材料原位自生细化的方法，其特征在于：适用于不同合金元素的添加，包括B、Si、Nb、Hf、Ta、Dy、Zr中至少一种元素，能在富Fe相凝固过程中析出熔点高于富Cu熔体的中间相，并包裹在富Fe球(9)周围。

4.根据权利要求1所述难混熔合金材料原位自生细化的方法，其特征在于：上述合金元素采用复合添加的形式，当同时添加B、Dy等元素时，使其在不同温度下形成不同的中间相，在1300℃形成Fe₁₇Dy₂相，在1150℃形成Fe₃B相，当中间相熔点都高于富Cu熔体的熔点，都能用于细化Cu-Fe合金。

5.根据权利要求1所述难混熔合金材料原位自生细化的方法，其特征在于：合金元素的添加量根据元素类型的不同而不同，添加量应大于富铜熔点时Fe对所添加元素的固溶度，且小于亚共晶成分。

6.根据权利要求1所述难混熔合金材料原位自生细化的方法，其特征在于：不仅适用于Cu-Fe合金体系，还适用于Cu-Co、Al-Bi、Cu-Pb等难混熔合金体系。

7.根据权利要求1所述难混熔合金材料原位自生细化的方法，其特征在于：适用于难混熔金属的水平、立式、立弯式中的任意一种连铸工艺过程；

或者，适用于圆坯、方坯、板坯、管坯及异型坯的中的任意一种连铸坯的制备；

或者，在感应线圈中通入的交流电为中/高频交流电，其频率范围为1kHz-100kHz，电流范围为0-500000A。