專利名稱：制備金屬基自生梯度復合棒材和管材的電磁分離裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種電磁分離裝置，特別是一種制備金屬基自生梯度復合棒材和管材的電磁分離裝置，屬于材料制備領域。
背景技術：
顆粒增強金屬基復合材料(PMMCs)具有高比強度、高比模量、低密度及良好的高溫性能等優良的綜合力學性能和使用性能，近年來在工業和學術領域都受到了廣泛的重視。在有些特殊情況下，需要同一構件的兩側具有不同的性質或功能，又希望不同性能的兩側結合良好，從而不至于在苛刻惡劣的使用條件下因性能不匹配而發生破壞。
近年來，各種電磁相分離技術在凈化金屬熔體方面的應用得到了廣泛的研究，其實質是利用金屬熔體中多數雜質相與金屬熔體電導率之間的差異，外加電場、磁場(或兩者的組合)后對雜質相產生電磁力并使之遷移到熔體表面層，從而粘附在分離器上被除去。經文獻檢索發現，中國專利申請號02137749.9，名稱多梯度/多層自生梯度復合材料的電磁分離制備方法，該專利介紹了用直流-穩恒磁場相互作用的方式使自生富鐵相偏聚到塊狀材料的一側，制備了用自生富鐵相作為增強相的塊狀表面材料，制備裝置由電磁鐵、直流電源及回路和澆鑄系統構成，合金液注入澆鑄系統后導通直流回路，由此形成的直流電流和電磁鐵施加的穩恒磁場相互作用而產生電磁力。由于沒有對電磁力作用參數進行控制，自生增強相在表層高度聚集，未形成梯度分布。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種制備金屬基自生梯度復合棒材和管材的電磁分離裝置，使其制備的材料自生增強相在棒材和管材的表層高度聚集，能顯著提高材料表面硬度和耐磨性，并通過控制電磁力作用參數和冷卻條件形成自生增強相沿徑向的梯度分布，改善表層與基體的結合強度。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明由電磁發生系統和澆鑄系統兩部分組成，澆鑄系統設置在電磁發生系統的感應線圈內，電磁發生系統包括高頻電源和圓柱狀軸對稱感應線圈，高頻電源與感應線圈通過水冷銅電纜連接，感應線圈的直徑范圍70～100mm、長度大于或者等于70mm、匝數大于或者等于7，感應線圈內部磁場的頻率為10kHz-20kHz、有效磁感應強度為0.02-0.2T；澆鑄系統包括耐火材料鑄型、澆口杯、水冷銅模，耐火材料鑄型垂直置于感應線圈內，其頂部設有澆口杯，底部設有水冷銅模；經過預處理的合金液從澆口杯澆入耐火材料鑄型，經過電磁力作用一定時間后，合金液在耐火材料鑄型內凝固。耐火材料鑄型為圓孔耐火材料鑄型或者圓形環空耐火材料鑄型，圓孔耐火材料鑄型設有多個通孔，圓形環空耐火材料鑄型設有多個通孔，通孔內為耐火材料型芯。
高頻電源與圓柱狀軸對稱感應線圈通過水冷銅電纜連接，開通電源后，在感應線圈內部可產生頻率為10kHz-20kHz的交變磁場。經過預處理的合金液從澆口杯導入耐火材料鑄型，合金液會受到由外部指向通孔中心方向的電磁擠壓力作用。隨著合金液溫度降低，內部自生相不斷析出和長大，由于與合金液存在導電性上的差異，自生相會受到相反方向的電磁力作用，并向耐火材料鑄型通孔的外壁面運動。改變高頻電源的功率、頻率來調節電磁力大小，調整與合金液接觸的水冷銅模中的水流量來控制合金液的冷卻速度，經過電磁力作用一定時間后，合金液在耐火材料鑄型內凝固，可獲得自生增強相粒徑大小和體積分數不同的從外表面至內部基體的徑向分布。
本發明具有實質性特點和顯著進步，采用本發明裝置制備得到的金屬基自生相增強梯度復合材料，具有一定厚度的高硬度梯度增強層，表層耐磨性優于本體均質復合材料，自生相的梯度分布使表層與基體結合強度得到提高，中心基體為共晶組織，保證了整體韌性。
圖1本發明結構示意2本發明圓孔耐火材料鑄型結構示意3本發明圓形環空耐火材料鑄型結構示意圖具體實施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本發明由電磁發生系統1和澆鑄系統2兩部分組成，電磁發生系統1包括高頻電源6和感應線圈7，澆鑄系統2設置在電磁發生系統1的感應線圈7內，高頻電源6與感應線圈7通過水冷銅電纜連接，澆鑄系統2包括耐火材料鑄型3、澆口杯4、水冷銅模5，耐火材料鑄型3垂直置于感應線圈7內，其頂部設有澆口杯4，底部設有水冷銅模5。
感應線圈7的直徑范圍70～100mm、長度大于或者等于70mm、匝數大于或者等于7，感應線圈內部磁場的頻率為10kHz-20kHz、有效磁感應強度為0.02-0.2T。感應線圈7為圓柱狀軸感應線圈，通過水冷銅電纜與高頻電源6連接，通電后在感應線圈內產生交變磁場。耐火材料鑄型3為圓孔耐火材料鑄型或者圓形環空耐火材料鑄型，圓孔耐火材料鑄型設有多個通孔8，圓形環空耐火材料鑄型設有多個通孔8，通孔8內為耐火材料型芯9。
權利要求
1.一種制備金屬基自生梯度復合棒材和管材的電磁分離裝置，由電磁發生系統(1)和澆鑄系統(2)兩部分組成，其特征在于，電磁發生系統(1)包括高頻電源(6)和感應線圈(7)，澆鑄系統(2)設置在感應線圈(7)內，高頻電源(6)與感應線圈(7)通過水冷銅電纜連接，澆鑄系統(2)包括耐火材料鑄型(3)、澆口杯(4)、水冷銅模(5)，耐火材料鑄型(3)垂直置于感應線圈(7)內，其頂部設有澆口杯(4)，底部設有水冷銅模(5)。
2.根據權利要求1所述的制備金屬基自生梯度復合棒材和管材的電磁分離裝置，其特征是，感應線圈(7)的直徑范圍70～100mm、長度大于或者等于70mm、匝數大于或者等于7。
3.根據權利要求1或2所述的制備金屬基自生梯度復合棒材和管材的電磁分離裝置，其特征是，感應線圈(7)為圓柱狀軸感應線圈，通過水冷銅電纜與高頻電源(6)連接。
4.根據權利要求1所述的制備金屬基自生梯度復合棒材和管材的電磁分離裝置，其特征是，耐火材料鑄型(3)為圓孔耐火材料鑄型或者圓形環空耐火材料鑄型，圓孔耐火材料鑄型設有多個通孔(8)，圓形環空耐火材料鑄型設有多個通孔(8)，通孔(8)內為耐火材料型芯(9)。
全文摘要
一種制備金屬基自生梯度復合棒材和管材的電磁分離裝置屬于材料制備領域。本發明由電磁發生系統和澆鑄系統兩部分組成，澆鑄系統設置在電磁發生系統的感應線圈內，電磁發生系統包括高頻電源和感應線圈，高頻電源與感應線圈通過水冷銅電纜連接，澆鑄系統包括耐火材料鑄型、澆口杯、水冷銅模，耐火材料鑄型垂直置于感應線圈內，其頂部設有澆口杯，底部設有水冷銅模。采用本發明裝置制備得到的金屬基自生相增強梯度復合材料，具有一定厚度的高硬度梯度增強層，表層耐磨性優于本體均質復合材料，自生相的梯度分布使表層與基體結合強度得到提高，中心基體為共晶組織，保證了整體韌性。
文檔編號B22D27/02GK1460569SQ0312891
公開日2003年12月10日 申請日期2003年5月29日 優先權日2003年5月29日
發明者王俊, 李克, 孫寶德, 疏達, 丁文江, 周堯和 申請人:上海交通大學