固態(tài)儲(chǔ)氫及復(fù)雜合金的真空電磁熱場(chǎng)熔煉爐

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2024-07-23 14:12:24

01 適用范圍

本設(shè)備擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，處于國(guó)際領(lǐng)先水平，綜合了感應(yīng)加熱同時(shí)施加電磁攪拌技術(shù)，還具有快速凝固(100℃/s 冷卻速率)、電磁凈化、機(jī)械攪拌、真空加料等多項(xiàng)功能，適用于以下領(lǐng)域：

(1)制備半導(dǎo)體材料如 Ca 基、Si 基，固態(tài)儲(chǔ)氫合金 TiMn2、LaNi5、 Li-Mg-N-H、V60 等合金;

(2)制備中高熵合金;

(3)實(shí)現(xiàn)半固態(tài)制備技術(shù);

(4)水冷銅坩堝制備大塊非晶;

適用于高校、科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)等單位從事研究、新合金開(kāi)發(fā)及工業(yè)化生產(chǎn)。

重要特點(diǎn)及使用范圍：TiMn2 和 TiMn1.5 作為 Ti-Mn 金屬間化合物的兩種代表組成一直受到人們的重視，關(guān)于兩種合金的研究有許多報(bào)道，并且在實(shí)際應(yīng)用中也得到推廣。本設(shè)備采用電磁熱技術(shù)，使合金成分、組織均勻，可同時(shí)完成熱處理以提高固態(tài)儲(chǔ)氫合金的容量。

02 背景技術(shù)

合金制備過(guò)程需要充分?jǐn)嚢璨拍苄纬捎袃?chǔ)氫及高性能的新相。高溫 1700℃熔煉過(guò)程可同時(shí)施加電磁攪拌，使合金的成分及組織均勻，有利于提高合金的綜合性能。在較大電磁攪拌力作用下，也可以實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)的分離。本發(fā)明設(shè)計(jì)了凝固拉桿及密封艙，保證熔體不發(fā)生氧化和吸氣的條件下能連續(xù)凝固，并具有定向凝固功能，保證了精煉后的熔體能連續(xù)制備，為工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

冷坩堝定向凝固技術(shù)很好地解決了傳統(tǒng)定向凝固技術(shù)中存在的問(wèn)題。該技術(shù)是在水冷銅坩堝感應(yīng)熔煉的基礎(chǔ)上將連續(xù)熔鑄與定向凝固工藝結(jié)合起來(lái)，這樣既保留了感應(yīng)熔煉技術(shù)的高熔點(diǎn)、高效率、無(wú) 污染的特點(diǎn)，同時(shí)也兼具了定向凝固技術(shù)的組織和性能可控的優(yōu)勢(shì)。

為此，本發(fā)明提出了一種匯集高溫熔煉、電磁攪拌、連續(xù)凝固技術(shù)為一體的新型熔煉爐，具有較高創(chuàng)新性。

03 技術(shù)方案

本設(shè)備擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)(發(fā)明專(zhuān)利 ZL 201910059854.X,ZL 201711087314.X)。本設(shè)備通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：包括爐體、冷卻系統(tǒng)、真空氬氣系統(tǒng)、電磁攪拌、真空加料、感應(yīng)電源和控制柜。另外，本設(shè)備設(shè)計(jì)了機(jī)械攪拌裝置，可從事復(fù)合材料的制備。本設(shè)備具有純凈化、均勻化和連續(xù)化制備高活性銅鋁鈦及其合金的特點(diǎn)，適合用于科研和工業(yè)化生產(chǎn)。

04 有益效果

提供了一種制備高活性材料的多功能熔煉爐。具備以下有益效果：

(1)該制備高活性材料的多功能熔煉爐，通過(guò)電磁線(xiàn)圈和感應(yīng)線(xiàn) 圈的配合使用，能夠讓熔煉的金屬進(jìn)行電磁攪拌。

(2)該制備高活性材料的多功能熔煉爐，通過(guò)凝固拉桿的使用，使得鑄坯能夠連續(xù)普通凝固或定向凝固。

05 熔煉爐及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本發(fā)明設(shè)計(jì)、制造的真空熔煉爐如圖 3 所示，已經(jīng)完成安裝和調(diào)試。圖 4 為電磁分離的效果圖，導(dǎo)電率相差較大的金屬銅與氧化物實(shí)現(xiàn)了分離。圖 5 為雜質(zhì)硅的分離結(jié)果，凈化后的區(qū)域中硅含量?jī)H為雜質(zhì)區(qū)域的 0.87%，說(shuō)明分離與凈化效果明顯。由于在真空條件下，沒(méi)有檢測(cè)到氧含量，純度進(jìn)一步提高。圖 6 為白銅 B10 細(xì)化晶粒均勻成分的應(yīng)用實(shí)例，施加攪拌的組織，晶粒細(xì)化、組織均勻。圖 7 為 ZrCuNiAl 合金組織成分對(duì)比，未施加攪拌的Zr 分布不均勻，施加攪拌的 Zr 分布均勻。