本發明涉及一種制備定向鎂合金的設備及方法，屬于鎂合金制備領域，特別屬于定向鎂合金制備領域。
背景技術：
鎂合金是工業應用中最輕的結構金屬，具有較高的比強度及比剛度、較好的導熱性及導電性、以及較好的阻尼減震和電磁屏蔽性能、易加工成形和容易回收等優點，被廣泛應用于汽車工業、航空航天以及3C行業。近年來汽車制造商開始大量使用鎂合金壓鑄件來減輕汽車重量。盡管壓鑄鎂合金的應用相當廣泛，但鑄造產品存在力學性能不夠理想。限制鎂合金應用的原因之一是鎂合金的強度尤其是高溫強度較低，抗蠕變性能較差，使其無法用于制備高溫下長時間使用的部件，而通過定向凝固技術，能夠控制鎂合金晶界的取向和晶粒的排列，抑制晶界的滑動，從而提高合金的力學性能，尤其是高溫力學性能。定向鎂合金成為鎂合金提高性能的有效途徑。但是，較其它合金系，鎂合金在定向凝固方面的研究還處于摸索階段，主要是由于它與大部分已取得實驗成功的合金系不同，鎂合金屬于密排六方結構，比起面心立方或體心立方結構的金屬更難在凝固過程中獲得單一的晶粒取向。目前，已有多種工藝方法制備定向鎂合金，如水冷法、液態金屬冷卻法等，但這些工藝方法都存在一定的問題，只能制備形狀非常簡單的鑄件且效率低下，無法制備出滿足實際工程應用的鑄件，如何制備工程上的定向鎂合金鑄件是目前鎂合金領域面臨的一個難題。
技術實現要素：
發明目的：本發明提供一種制備定向鎂合金的設備及方法，其目的是解決以往所存在的問題。
技術方案：發明是通過以下技術方案實現的：
制備定向鎂合金的設備，其特征在于：該設備包括鑄件模殼、水冷盤、熔煉坩堝、隔熱擋板、選晶過濾網和抽拉機構；鑄件模殼、水冷盤、熔煉坩堝、隔熱擋板、選晶過濾網和抽拉機構均設置在殼體內，殼體內腔通過隔板分為上下兩層，熔煉坩堝設置在殼體內腔的上層，水冷盤、選晶過濾網和抽拉機構設置在殼體內腔的下層，熔煉坩堝的底部設置有澆口，澆口對應澆口下方的鑄件模殼，鑄件模殼穿過隔板與選晶過濾網連接，選晶過濾網連接水冷盤，水冷盤連接抽拉機構；在澆口上層內設置有為熔煉坩堝加熱和保溫的加熱電阻絲。
澆口處設置有過濾網；在熔煉坩堝內設置有用于監測熔煉坩堝的合金的合金測溫電偶；在殼體內腔上層內設置有測溫電偶。
在殼體內腔上層的側壁設置有充保護氣口。
利用上述的制備定向鎂合金的設備所實施的定向鎂合金制備方法，其特征在于：本發明工藝方法如下：制備鑄件模殼，把鑄件模殼安裝在水冷盤上, 水冷盤通冷卻水，將合金塊裝入熔煉坩堝，通過充保護氣口充入保護性氣體，利用電阻絲加熱坩堝，開始熔煉合金，合金完全熔化后，合金測溫電偶測溫，進行保溫；同時，模殼需預熱到澆注溫度，測溫電偶測溫，然后通過澆口經過濾網澆注到模殼中，通過隔熱擋板及水冷盤的冷卻作用建立軸向溫度梯度，合金液體經氧化鎂過濾網定向凝固進行選晶，然后抽拉機構開始向下抽拉，保證合金定向凝固速率穩定，最后制備出定向鎂合金鑄件。
鑄件模殼采用熔模鑄造工藝制備，鑄件蠟模采用常規工業注射成型工藝制備，模殼采用氧化鎂材料，粘接劑由氯化鎂與活性氧化鎂粉配比形成的水化物制備；氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液濃度為10-20%，氧化鎂粉的粒度為100-200目，氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液與活性氧化鎂粉質量配比為1：（3-3.5）。
鑄件模殼的厚度為5-7層；第一層為80目氧化鎂粉，第二層為60目氧化鎂砂，第三層為36目氧化鎂砂、第四-第7層為24目砂。
鑄件模殼在空氣中干燥，空氣濕度＞60%，干燥溫度為28-35℃，每層的干燥時間控制在2-4小時；鑄件模殼脫蠟采用蒸汽脫蠟，水蒸汽溫度控制在160-180℃，壓力控制在6-8個大氣壓，脫蠟時間控制在10-30秒；模殼焙燒溫度為1300-1400℃，燒結時間2-5小時，爐冷至室溫；熔煉及定向凝固過程中的保護性氣體為氬氣，氬氣的氣壓為1個大氣壓。
放置模殼后水冷盤的最高端需與隔熱擋板的最低端平齊，隔熱擋板的中孔內徑需大于鑄件模殼最大外徑10-20毫米，模殼在澆注前需在加熱爐內加熱至670-800℃；澆注合金后合金溶化后模殼需在加熱爐內保溫10-30分鐘，保溫溫度為670-800℃。
測溫熱電偶為鎳鉻-鎳硅或鉑銠-鉑電偶。
澆注用過濾網孔徑尺寸為10-15ppi, 起選晶作用的氧化鎂過濾網的孔徑尺寸20-50ppi;兩種過濾網的材質皆為氧化鎂；模殼向下的抽拉速度控制在3-10mm/min范圍內。
優點效果：制備定向鎂合金的設備及方法，其很好的解決了以往的問題，滿足工業領域對高性能鎂合金鑄件的要求。
附圖說明：
圖1為制備定向鎂合金的設備的示意圖。
具體實施方式：
發明提供一種制備定向鎂合金的設備，該設備包括鑄件模殼1、水冷盤2、熔煉坩堝4、隔熱擋板11、選晶過濾網12和抽拉機構13；鑄件模殼1、水冷盤2、熔煉坩堝4、隔熱擋板11、選晶過濾網12和抽拉機構13均設置在殼體內，殼體內腔通過隔板分為上下兩層，熔煉坩堝4設置在殼體內腔的上層，水冷盤2、選晶過濾網12和抽拉機構13設置在殼體內腔的下層，熔煉坩堝4的底部設置有澆口9，澆口9對應澆口9下方的鑄件模殼1，鑄件模殼1穿過隔板與選晶過濾網12連接，選晶過濾網12連接水冷盤2，水冷盤2連接抽拉機構13；在澆口9上層內設置有為熔煉坩堝4加熱和保溫的加熱電阻絲6。
澆口9處設置有過濾網10；在熔煉坩堝4內設置有用于監測熔煉坩堝4的合金3的合金測溫電偶7；在殼體內腔上層內設置有測溫電偶8。
在殼體內腔上層的側壁設置有充保護氣口5。
定向鎂合金制備方法，本發明工藝方法如下：制備鑄件模殼1，把鑄件模殼1安裝在水冷盤2上, 水冷盤2通冷卻水，將合金塊3裝入熔煉坩堝4，通過充保護氣口5充入保護性氣體，利用電阻絲6加熱坩堝4，開始熔煉合金3，合金完全熔化后，合金測溫電偶7測溫，進行保溫；同時，模殼需預熱到澆注溫度，測溫電偶8測溫，然后通過澆口9經過濾網10澆注到模殼中，通過隔熱擋板11及水冷盤2的冷卻作用建立軸向溫度梯度，合金液體經氧化鎂過濾網12定向凝固進行選晶，然后抽拉機構13開始向下抽拉，保證合金定向凝固速率穩定，最后制備出定向鎂合金鑄件。
鑄件模殼采用熔模鑄造工藝制備，鑄件蠟模采用常規工業注射成型工藝制備，模殼采用氧化鎂材料，粘接劑由氯化鎂與活性氧化鎂粉配比形成的水化物制備；氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液濃度為10-20%，氧化鎂粉的粒度為100-200目，氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液與活性氧化鎂粉質量配比為1：（3-3.5）。
鑄件模殼的厚度為5-7層；第一層為80目氧化鎂粉，第二層為60目氧化鎂砂，第三層為36目氧化鎂砂、第四-第7層為24目砂。
鑄件模殼在空氣中干燥，空氣濕度＞60%，干燥溫度為28-35℃，每層的干燥時間控制在2-4小時；鑄件模殼脫蠟采用蒸汽脫蠟，水蒸汽溫度控制在160-180℃，壓力控制在6-8個大氣壓，脫蠟時間控制在10-30秒；模殼焙燒溫度為1300-1400℃，燒結時間2-5小時，爐冷至室溫；熔煉及定向凝固過程中的保護性氣體為氬氣。
放置模殼后水冷盤的最高端需與隔熱擋板的最低端平齊，隔熱擋板的中孔內徑需大于鑄件模殼最大外徑10-20毫米，模殼在澆注前需在加熱爐內加熱至670-800℃；澆注合金后模殼需在加熱爐內保溫10-30分鐘，保溫溫度為670-800℃。
測溫熱電偶為鎳鉻-鎳硅或鉑銠-鉑電偶。
澆注用過濾網孔徑尺寸為10-15ppi, 起選晶作用的氧化鎂過濾網的孔徑尺寸20-50ppi;兩種過濾網的材質皆為氧化鎂；模殼向下的抽拉速度控制在3-10mm/min范圍內。
上述的室溫為23±2度左右。
實施例1
鑄件模殼采用熔模鑄造工藝制備，其模殼采用氧化鎂材料，粘接劑由氯化鎂與活性氧化鎂粉配比形成的水化物制備；氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液濃度為20%，氧化鎂粉的粒度為200目，氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液與活性氧化鎂粉質量配比為1：3.5；鑄件模殼的厚度為7層；第一層為80目氧化鎂粉，第二層為60目氧化鎂砂，第三層為36目氧化鎂砂、第四-第7層為24目砂；鑄件模殼在空氣中干燥，空氣濕度＞60%，干燥溫度為28℃，每層的干燥時間控制在4小時；鑄件模殼脫蠟采用蒸汽脫蠟，水蒸汽溫度控制在180℃，壓力控制在6個大氣壓，脫蠟時間控制在10秒；模殼焙燒溫度為1400℃，燒結時間5小時，爐冷至室溫；把鑄件模殼安裝在水冷盤上（通冷卻水），鑄件模殼最底端放置選晶氧化鎂過濾網，過濾網孔徑為20ppi, 放置模殼后水冷盤的最高端需與隔熱擋板的最低端平齊；將合金塊裝入熔煉坩堝，通過沖保護氣口充入保護性氣體氬氣，電阻絲加熱坩堝，開始熔煉合金，合金完全熔化后，保溫10分鐘，模殼在澆注前需在加熱爐內加熱至800℃，通過澆口經孔徑10ppi濾網澆注到模殼中，澆注合金后模殼在加熱爐內保溫10分鐘，溫度為800℃，測溫熱電偶為鎳鉻-鎳硅電偶；抽拉機構開始向下抽拉，模殼向下的抽拉速度控制在10mm/min；清理模殼，得到定向凝固鑄件。
實施例2
采用熔模鑄造工藝制備鑄件模殼，其模殼采用氧化鎂材料，粘接劑由氯化鎂與活性氧化鎂粉配比形成的水化物制備；氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液濃度為10%，氧化鎂粉的粒度為100目，氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液與活性氧化鎂粉質量配比為1：3；鑄件模殼的厚度為5層；第一層為80目氧化鎂粉，第二層為60目氧化鎂砂，第三層為36目氧化鎂砂、第四-第5層為24目砂；鑄件模殼在空氣中干燥，空氣濕度＞60%，干燥溫度為35℃，每層的干燥時間控制在2小時；鑄件模殼脫蠟采用蒸汽脫蠟，水蒸汽溫度控制在160℃，壓力控制在6個大氣壓，脫蠟時間控制在10秒；模殼焙燒溫度為1300℃，燒結時間2小時，爐冷至室溫；把鑄件模殼安裝在水冷盤上（通冷卻水），鑄件模殼最底端放置選晶氧化鎂過濾網，過濾網孔徑為30ppi,放置模殼后水冷盤的最高端需與隔熱擋板的最低端平齊；將合金塊裝入熔煉坩堝，通過沖保護氣口通保護性氣體氬氣，加熱坩堝，開始熔煉合金，合金完全熔化后，保溫10分鐘，模殼在澆注前需在加熱爐內加熱至670℃，合金液體通過澆口經孔徑15ppi濾網澆注到模殼中，澆注合金后模殼需在加熱爐內保溫10分鐘，溫度為670℃，測溫熱電偶為鉑銠-鉑電偶；抽拉機構開始向下抽拉，模殼向下的抽拉速度控制在3mm/min；抽拉結束后清理模殼，得到定向凝固鑄件。
實施例3
鑄件模殼采用熔模鑄造工藝制備，其模殼采用氧化鎂材料，粘接劑由氯化鎂與活性氧化鎂粉配比形成的水化物制備；氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液濃度為15%，氧化鎂粉的粒度為200目，氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液與活性氧化鎂粉質量配比為1：3.2；鑄件模殼的厚度為5層；第一層為80目氧化鎂粉，第二層為60目氧化鎂砂，第三層為36目氧化鎂砂、第四-第5層為24目砂；鑄件模殼在空氣中干燥，空氣濕度＞60%，干燥溫度為30℃，每層的干燥時間控制在3小時；鑄件模殼脫蠟采用蒸汽脫蠟，水蒸汽溫度控制在170℃，壓力控制在7個大氣壓，脫蠟時間控制在15秒；模殼焙燒溫度為1350℃，燒結時間3小時，爐冷至室溫；把鑄件模殼安裝在水冷盤上（通冷卻水），鑄件模殼最底端放置選晶氧化鎂過濾網，過濾網孔徑為50ppi,放置模殼后水冷盤的最高端需與隔熱擋板的最低端平齊；將合金塊裝入熔煉坩堝，通過充保護氣口充入保護性氣體氬氣，電阻絲加熱坩堝，開始熔煉合金，合金完全熔化后，保溫30分鐘，模殼在澆注前需在加熱爐內加熱至700℃，合金液通過澆口經孔徑10ppi濾網澆注到模殼中，澆注合金后模殼需在加熱爐內保溫10分鐘，溫度為700℃，測溫熱電偶為鎳鉻-鎳硅；抽拉機構開始向下抽拉，模殼向下的抽拉速度控制在6mm/min；定向凝固結束后清理模殼，得到定向凝固鑄件。
實施例4：
鑄件模殼采用熔模鑄造工藝制備，其模殼采用氧化鎂材料，粘接劑由氯化鎂與活性氧化鎂粉配比形成的水化物制備；氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液濃度為15%，氧化鎂粉的粒度為200目，氯化鎂（MgCl26H2O）的水溶液與活性氧化鎂粉質量配比為1：3.2；鑄件模殼的厚度為5層；第一層為80目氧化鎂粉，第二層為60目氧化鎂砂，第三層為36目氧化鎂砂、第四-第5層為24目砂；鑄件模殼在空氣中干燥，空氣濕度＞60%，干燥溫度為30℃，每層的干燥時間控制在3小時；鑄件模殼脫蠟采用蒸汽脫蠟，水蒸汽溫度控制在170℃，壓力控制在8個大氣壓，脫蠟時間控制在30秒；模殼焙燒溫度為1350℃，燒結時間3小時，爐冷至室溫；把鑄件模殼安裝在水冷盤上（通冷卻水），鑄件模殼最底端放置選晶氧化鎂過濾網，過濾網孔徑為50ppi,放置模殼后水冷盤的最高端需與隔熱擋板的最低端平齊；將合金塊裝入熔煉坩堝，通過充保護氣口充入保護性氣體氬氣，電阻絲加熱坩堝，開始熔煉合金，合金完全熔化后，保溫30分鐘，模殼在澆注前需在加熱爐內加熱至700℃，合金液通過澆口經孔徑10ppi濾網澆注到模殼中，澆注合金后模殼需在加熱爐內保溫10分鐘，溫度為700℃，測溫熱電偶為鎳鉻-鎳硅；抽拉機構開始向下抽拉，模殼向下的抽拉速度控制在3mm/min；定向凝固結束后清理模殼，得到定向凝固鑄件。