CN112643003A - 一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，涉及高性能金属材料制造技术领域。本发明包括合金备料、烘模、装料、炉料熔化、铝液精炼、浇铸和脱模。本发明通过电磁场对铸模中的铝合金熔体进行搅拌，电磁场属于非接触式的外部能场，可有效的打碎初生枝晶，显著细化铸态组织、改善合金元素凝固过程中的偏析倾向。提出的铝基中熵合金的电磁搅拌铸造，采用传统液态凝固成形制备得到，其制备工艺流程简单，能够制备较大规格的高品质铸坯，具有良好的应用前景。制备所得的合金材料，晶粒细小、组织均匀，具有潜在的良好塑性加工性能，结合相应的形变和热处理工艺，可制备高强度轻质铝合金材料，具有良好的应用前景。

Description

一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法
技术领域
本发明属于高性能金属材料制造领域，特别涉及一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法。
背景技术
铝基中熵合金以其低密度、较高的机械强度、良好的抗腐蚀性能近年来得到快速发展，其在航空航天、轨道交通、水路运输等领域有巨大的应用前景。目前制备铝基中熵合金的方法主要包括机械合金化(MA)、电弧熔炼法(VAM)、激光熔覆法等，这些方法面临的主要难题是成本较高，并且制备的试样尺寸有限，进而难以实现高熵合金材料的规模应用。另一种基于传统铸造成形的制备技术是促进铝基中熵合金材料研发与应用有效途径之一，然而由于这类材料的合金化程度比较高，在传统的铸造成形过程中合金元素的偏析倾向大，凝固组织的均匀性难以得到保证，本发明通过在铝基中熵合金的凝固过程中引入非接触式磁场扰动的方法来调控凝固组织均匀性。电磁铸造在传统铝合金液态成形过程有较多应用，本发明提出将其用于高合金化的铝基中熵合金(合金元素占比超过30wt.％)的液态成形，以提高该类材料的铸坯质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，以解决了现有的问题：制备铝基中熵合金的方法主要包括机械合金化(MA)、电弧熔炼法(VAM)、激光熔覆法等，这些方法面临的主要难题是成本较高，并且制备的试样尺寸有限，进而难以实现该类材料的规模应用。另一种基于传统铸造成形的制备技术是促进铝基中熵合金材料研发与应用有效途径之一，然而由于这类材料的合金化程度比较高，在传统的铸造成形过程中合金元素的偏析倾向大，凝固组织的均匀性难以得到保证。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，包括备料、烘模、装料、炉料熔化、铝液精炼、浇铸和脱模，所述备料包括以下步骤：
步骤一：清洁原材料的表面，去除氧化层；
步骤二：然后烘干，将烘干后的原材料切割成小块，利用电子天平称重备用。
进一步地，所述烘模包括以下步骤：
步骤一：烘烤电磁铸模至200～350℃备用。
进一步地，所述装料包括以下步骤：
步骤一：将低熔点原料先加入到感应加热熔炼炉底部，再将高熔点炉料置于熔炉上层；
步骤二：其中，为减小烧损，原料镁锭待其他炉料全部融化后再加入。
进一步地，所述炉料熔化包括以下步骤：
步骤一：启动加热功能，利用感应加热装置加热至合金完全熔化后充分搅拌熔体，随后在750～780℃温度范围内保温20～30min，确保熔体成分均匀；
步骤二：随后取样进行炉料成分检测，根据检测结果适当调整合金成分。
进一步地，所述铝液精炼包括以下步骤：
步骤一：通过导管将氩气和精炼剂喷吹到铝液中实现净化，调节导气管流量；
步骤二：确保气泡上浮引起的液面波动不大于30mm，喷吹10～20min 后，静置10～20min，扒去表面浮渣。
进一步地，所述浇铸包括以下步骤
步骤一：熔体在温度为730～760℃保温30min后，关闭加热电源，准备浇铸；
步骤二：启动铸模电磁搅拌，将合金熔体浇铸到电磁铸模中，电磁搅拌一直持续到熔体完全凝固，电磁场工作参数为：电流(5～50A)、磁场频率(5～60HZ)。
进一步地，所述脱模包括以下步骤：
步骤一：待熔体完全凝固，关闭电磁搅拌；
步骤二：锭坯空冷至室温后将成形铸锭从铸模中取出，从而得到合金铸锭。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过电磁场对铸模中的铝合金熔体进行搅拌，电磁场属于非接触式的外能能场，可有效的打碎初生枝晶，显著细化铸态组织、改善合金元素的偏析倾向。
2、本发明提出的铝基中熵合金的电磁搅拌铸造，采用传统液态凝固成形制备得到，其制备工艺流程简单，能够制备较大规格的高品质铸坯，具有良好的应用前景。
3、本发明制备所得的合金材料，晶粒细小、组织均匀，具有潜在的良好塑性加工性能，结合相应的形变和热处理工艺，可制备高强度轻质铝合金材料，具有良好的应用前景。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，包括备料、烘模、装料、炉料熔化、铝液精炼、浇铸和脱模，其中，备料包括以下步骤：
步骤一：清洁原材料的表面，去除氧化层；
步骤二：然后烘干，将烘干后的原材料切割成小块，利用电子天平称重备用。
其中，烘模包括以下步骤：
步骤一：烘烤电磁铸模至200～350℃备用。
其中，装料包括以下步骤：
步骤一：将低熔点原料先加入到感应加热熔炼炉底部，再将高熔点炉料置于熔炉上层；
步骤二：其中，为减小烧损，原料镁锭待其他炉料全部融化后再加入。
其中，炉料熔化包括以下步骤：
步骤一：启动加热功能，利用感应加热装置加热至合金完全熔化后充分搅拌熔体，随后在750～780℃温度范围内保温20～30min，确保熔体成分均匀；
步骤二：随后取样进行炉料成分检测，根据检测结果适当调整合金成分。
其中，铝液精炼包括以下步骤：
步骤一：通过导管将氩气和精炼剂喷吹到铝液中实现净化，调节导气管流量；
步骤二：确保气泡上浮引起的液面波动不大于30mm，喷吹10～20min 后，静置10～20min，扒去表面浮渣。
其中，浇铸包括以下步骤
步骤一：熔体在温度为730～760℃保温30min后，关闭加热电源，准备浇铸；
步骤二：启动铸模电磁搅拌，将合金熔体浇铸到电磁铸模中，电磁搅拌一直持续到熔体完全凝固，电磁场工作参数为：电流(5～50A)、磁场频率(5～60HZ)。
其中，脱模包括以下步骤：
步骤一：待熔体完全凝固，关闭电磁搅拌；
步骤二：锭坯空冷至室温后将成形铸锭从铸模中取出，从而得到合金铸锭
本实施例的一个具体应用为：在使用时通过步骤一：备料
清洁原材料的表面，去除氧化层；然后烘干，将烘干后的原材料切割成小块，利用电子天平称重备用；
步骤二：烘模
烘烤电磁铸模至200～350℃备用；
步骤三：装料
将低熔点原料先加入到感应加热熔炼炉底部，再将高熔点炉料置于熔炉上层；其中，为减小烧损，原料镁锭待其他炉料全部融化后再加入；
步骤四：炉料熔化
启动加热功能，利用感应加热装置加热至合金完全熔化后充分搅拌熔体，随后在750～780℃温度范围内保温20～30min，确保熔铸成分均匀；随后取样进行炉料成分检测，根据检测结果适当调整合金成分；
步骤五：铝液精炼
通过导管将氩气和精炼剂喷吹到铝液中实现净化，调节导气管流量，确保气泡上浮引起的液面波动不大于30mm，喷吹10～20min后，静置 10～20min，扒去表面浮渣；
步骤六：浇铸
熔体在温度为730～760℃保温30min后，关闭加热电源，启动铸模电磁搅拌，将合金熔体浇铸到电磁铸模中，电磁搅拌一直持续到熔体完全凝固；
步骤七：脱模
待熔体完全凝固，关闭电磁搅拌，待锭坯空冷至室温后将成形铸锭从铸模中取出，从而得到合金铸锭。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，包括合金备料、烘模、装料、炉料熔化、铝液精炼、浇铸和脱模，其特征在于：所述备料包括以下步骤：
步骤一：清洁原材料的表面，去除氧化层；
步骤二：然后烘干，将烘干后的原材料切割成小块，利用电子天平称重备用。
2.根据权利要求1所述的一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，其特征在于，所述烘模包括以下步骤：
步骤一：烘烤电磁铸模至200～350℃备用。
3.根据权利要求1所述的一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，其特征在于，所述装料包括以下步骤：
步骤一：将低熔点原料先加入到感应加热熔炼炉底部，再将高熔点炉料置于熔炉上层；
步骤二：其中，为减小烧损，原料镁锭待其他炉料全部融化后再加入。
4.根据权利要求1所述的一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，其特征在于，所述炉料熔化包括以下步骤：
步骤一：启动加热功能，利用感应加热装置加热至合金完全熔化后充分搅拌熔体，随后在750～780℃温度范围内保温20～30min，确保熔体成分均匀；
步骤二：随后取样进行炉料成分检测，根据检测结果适当调整合金成分。
5.根据权利要求1所述的一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，其特征在于，所述铝液精炼包括以下步骤：
步骤一：通过导管将氩气和精炼剂喷吹到铝液中实现净化，调节导气管流量；
步骤二：确保气泡上浮引起的液面波动不大于30mm，喷吹10～20min后，静置10～20min，扒去表面浮渣。
6.根据权利要求1所述的一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，其特征在于，所述浇铸包括以下步骤：
步骤一：熔体在温度为730～760℃保温30min后，关闭加热电源，准备浇铸；
步骤二：启动铸模电磁搅拌，将合金熔体浇铸到电磁铸模中，电磁搅拌一直持续到熔体完全凝固，电磁场工作参数为：电流(5～50A)、磁场频率(5～60HZ)。
7.根据权利要求1所述的一种电磁搅拌铸造制备铝基中熵合金的方法，其特征在于，所述脱模包括以下步骤：
步骤一：待熔体完全凝固，关闭电磁搅拌；
步骤二：锭坯空冷至室温后将成形铸锭从铸模中取出，从而得到合金铸锭。
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