[发明专利]一种基于熔体控速滴铸的镁及镁合金熔铸装置和方法

说明书

一种基于熔体控速滴铸的镁及镁合金熔铸装置和方法，熔铸装置包括电炉本体，内部设置密封舱体和多段控温组件，密封舱体上部设置法兰端盖及排气阀，底部进气阀与氩气供给机构、真空机构相连通；密封舱体内部设置顶注式一体化坩埚，顶注式一体化坩埚的熔炼区和铸锭区之间嵌套流速调节机构和过滤机构，顶注式一体化坩埚外壁底部设置有热电偶；熔铸方法为：将镁及镁合金原料置于熔炼区；抽真空，使氩气充满整个腔体；设置多段控温组件的温度，镁及镁合金原料于全氩气保护氛围下熔化；同时调节流速调节机构，来控制熔体的流速；以连续、洁净的液滴形式滴落至铸锭区中；装置和工艺简单，效果优良，形成的熔铸产品同时具备高均质性、高致密性和高洁净度。

技术领域

本发明涉及镁及镁合金的制备技术领域，特别涉及一种基于熔体控速滴铸的镁及镁合金熔铸装置和方法。

背景技术

镁及镁合金因其具有密度小、比强度及比刚度高、易回收等一系列优良特性，在轨道交通轻量化、生物医用、航空航天及国防军工等领域具有广阔的应用前景。

近年来，寻求高均匀性、高致密、高洁净的镁及镁合金制备方法成为镁及镁合金领域的主要发展趋势之一。一方面，现有镁及镁合金器件以铸件为主，而常规的凝固手段获得的铸锭，往往存在严重的内外组织不均匀性和溶质区域偏析，从而严重影响腐蚀性能和力学性能的稳定性，也使得后续塑性变形时金属流动的均匀性、加工产品尺寸精度无法保证；另一方面，相较于成熟的高强钢、铝合金，目前缺少有效手段来制备化学成分均匀、定值准确的镁及镁合金标准样品，标准样品和标准理化性能的缺失严重迟滞了其发展。此外，由于镁及镁合金性质活泼，容易与空气中的氧气、氮气、水汽反应形成各类固态夹渣；同时因其在凝固过程中有较大的体积收缩率，易造成较高密度的疏松缩孔，其性能都将显著劣化。

针对镁及镁合金铸件均匀性的问题，目前往往采用均匀化退火处理(CN1775992A；CN 102586561A；CN 108441731A)，即将铸件加热至低于固相线100℃-200℃，并长期保温(金属凝固原理，高义民，西安交通大学出版社，2009)，但由于固相扩散系数较小，仅可缓解或消除微观枝晶偏析而无法改善宏观偏析，往往需要配合后继的塑性加工手段来进一步均匀化。专利申请CN 111057890A、CN 108645685B提到可在固液共存两相区中或凝固过程中通过耦合电磁场、超声场、电场和机械振动来加速扩散进而实现均质化，但其所需装备条件较高。此外，镁及镁合金铸造过程的疏松、缩孔问题多采用顺序凝固或设置冒口的方式来应对，但这些手段不可避免的会导致明显的成分偏析，与成分均匀性要求相悖。

基于上述原因，开发一种效果优良、工艺简便、装置简单的镁及镁合金熔铸方法和装置，使其所熔铸产品同时具备高均质性、高致密性、高洁净度至关重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于熔体控速滴铸的镁及镁合金熔铸装置和方法，装置和工艺简单，效果优良，所得到的产物具有高均匀性、高致密、高洁净的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于熔体控速滴铸的镁及镁合金熔铸装置，包括电炉本体1，电炉本体1内部设置密封舱体2和多段控温组件6，且多段控温组件6在密封舱体2外；

所述密封舱体2为全封闭腔体，上部设置法兰端盖22及排气阀21，底部设置进气阀23，进气阀23与氩气供给机构8、真空机构9相连通；密封舱体2内部设置顶注式一体化坩埚3，顶注式一体化坩埚3自上而下分为熔炼区31和铸锭区32，熔炼区31和铸锭区32之间嵌套流速调节机构4和过滤机构5，顶注式一体化坩埚3外壁底部设置有热电偶7。

所述流速调节机构4为内外嵌套式倒立圆锥结构，该结构锥角为20°-40°，结构锥角优选为30°，内外圆锥最大相对行程差为30mm。

所述过滤机构5为5mm以上厚度，具有1-3个孔，每孔孔径在5～10mm的孔板。