CN1268458C - 制备金属基自生梯度复合棒材和管材的电磁分离装置 - Google Patents
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Abstract
一种制备金属基自生梯度复合棒材和管材的电磁分离装置属于材料制备领域。本发明由电磁发生系统和浇铸系统两部分组成，浇铸系统设置在电磁发生系统的感应线圈内，电磁发生系统包括高频电源和感应线圈，高频电源与感应线圈通过水冷铜电缆连接，浇铸系统包括：耐火材料铸型、浇口杯、水冷铜模，耐火材料铸型垂直置于感应线圈内，其顶部设有浇口杯，底部设有水冷铜模，感应线圈的直径范围70～100mm、长度大于等于70mm、匝数大于等于7。采用本发明装置制备得到的金属基自生相增强梯度复合材料，具有一定厚度的高硬度梯度增强层，表层耐磨性优于本体均质复合材料，自生相的梯度分布使表层与基体结合强度得到提高，中心基体为共晶组织，保证了整体韧性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电磁分离装置，特别是一种制备金属基自生梯度复合棒材和管材的电磁分离装置，属于材料制备领域。
背景技术
颗粒增强金属基复合材料(PMMCs)具有高比强度、高比模量、低密度及良好的高温性能等优良的综合力学性能和使用性能，近年来在工业和学术领域都受到了广泛的重视。在有些特殊情况下，需要同一构件的两侧具有不同的性质或功能，又希望不同性能的两侧结合良好，从而不至于在苛刻恶劣的使用条件下因性能不匹配而发生破坏。
近年来，各种电磁相分离技术在净化金属熔体方面的应用得到了广泛的研究，其实质是利用金属熔体中多数杂质相与金属熔体电导率之间的差异，外加电场、磁场(或两者的组合)后对杂质相产生电磁力并使之迁移到熔体表面层，从而粘附在分离器上被除去。经文献检索发现，中国专利申请号02137749.9，名称：多梯度/多层自生梯度复合材料的电磁分离制备方法，该专利介绍了用直流-稳恒磁场相互作用的方式使自生富铁相偏聚到块状材料的一侧，制备了用自生富铁相作为增强相的块状表面材料，制备装置由电磁铁、直流电源及回路和浇铸系统构成，合金液注入浇铸系统后导通直流回路，由此形成的直流电流和电磁铁施加的稳恒磁场相互作用而产生电磁力。由于没有对电磁力作用参数进行控制，自生增强相在表层高度聚集，未形成梯度分布。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种制备金属基自生梯度复合棒材和管材的电磁分离装置，使其制备的材料自生增强相在棒材和管材的表层高度聚集，能显著提高材料表面硬度和耐磨性，并通过控制电磁力作用参数和冷却条件形成自生增强相沿径向的梯度分布，改善表层与基体的结合强度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由电磁发生系统和浇铸系统两部分组成，浇铸系统设置在电磁发生系统的感应线圈内，电磁发生系统包括高频电源和圆柱状轴对称感应线圈，高频电源与感应线圈通过水冷铜电缆连接，感应线圈的直径范围感应线圈的直径范围70～100mm、长度大于等于70mm、匝数大于等于7，感应线圈内部磁场的频率为10kHz-20kHz、有效磁感应强度为0.02-0.2T；浇铸系统包括耐火材料铸型、浇口杯、水冷铜模，耐火材料铸型垂直置于感应线圈内，其顶部设有浇口杯，底部设有水冷铜模；经过预处理的合金液从浇口杯浇入耐火材料铸型，经过电磁力作用一定时间后，合金液在耐火材料铸型内凝固。耐火材料铸型为圆孔耐火材料铸型或者圆形环空耐火材料铸型，圆孔耐火材料铸型设有多个通孔，圆形环空耐火材料铸型设有多个通孔，通孔内为耐火材料型芯。
高频电源与圆柱状轴对称感应线圈通过水冷铜电缆连接，开通电源后，在感应线圈内部可产生频率为10kHz-20kHz的交变磁场。经过预处理的合金液从浇口杯导入耐火材料铸型，合金液会受到由外部指向通孔中心方向的电磁挤压力作用。随着合金液温度降低，内部自生相不断析出和长大，由于与合金液存在导电性上的差异，自生相会受到相反方向的电磁力作用，并向耐火材料铸型通孔的外壁面运动。改变高频电源的功率、频率来调节电磁力大小，调整与合金液接触的水冷铜模中的水流量来控制合金液的冷却速度，经过电磁力作用一定时间后，合金液在耐火材料铸型内凝固，可获得自生增强相粒径大小和体积分数不同的从外表面至内部基体的径向分布。
本发明具有实质性特点和显著进步，采用本发明装置制备得到的金属基自生相增强梯度复合材料，具有一定厚度的高硬度梯度增强层，表层耐磨性优于本体均质复合材料，自生相的梯度分布使表层与基体结合强度得到提高，中心基体为共晶组织，保证了整体韧性。
附图说明
图1本发明结构示意图
图2本发明圆孔耐火材料铸型结构示意图
图3本发明圆形环空耐火材料铸型结构示意图
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明由电磁发生系统1和浇铸系统2两部分组成，电磁发生系统1包括高频电源6和感应线圈7，浇铸系统2设置在电磁发生系统1的感应线圈7内，高频电源6与感应线圈7通过水冷铜电缆连接，浇铸系统2包括耐火材料铸型3、浇口杯4、水冷铜模5，耐火材料铸型3垂直置于感应线圈7内，其顶部设有浇口杯4，底部设有水冷铜模5。
感应线圈7的直径范围感应线圈7的直径范围70～100mm、长度大于等于70mm、匝数大于等于7。感应线圈内部磁场的频率为10kHz-20kHz、有效磁感应强度为0.02-0.2T。感应线圈7为圆柱状轴感应线圈，通过水冷铜电缆与高频电源6连接，通电后在感应线圈内产生交变磁场。耐火材料铸型3为圆孔耐火材料铸型或者圆形环空耐火材料铸型，圆孔耐火材料铸型设有多个通孔8，圆形环空耐火材料铸型设有多个通孔8，通孔8内为耐火材料型芯9。
Claims (3)
1、一种制备金属基自生梯度复合棒材和管材的电磁分离装置，由电磁发生系统(1)和浇铸系统(2)两部分组成，电磁发生系统(1)包括高频电源(6)和感应线圈(7)，浇铸系统(2)设置在感应线圈(7)内，高频电源(6)与感应线圈(7)通过水冷铜电缆连接，浇铸系统(2)包括：耐火材料铸型(3)、浇口杯(4)、水冷铜模(5)，耐火材料铸型(3)垂直置于感应线圈(7)内，其顶部设有浇口杯(4)，底部设有水冷铜模(5)，其特征在于，感应线圈(7)的直径范围70～100mm、长度等于70mm、匝数等于7。
2、根据权利要求1所述的制备金属基自生梯度复合棒材和管材的电磁分离装置，其特征是，感应线圈(7)为圆柱状轴感应线圈。
3、根据权利要求1所述的制备金属基自生梯度复合棒材和管材的电磁分离装置，其特征是，耐火材料铸型(3)为圆孔耐火材料铸型或者圆形环空耐火材料铸型，圆孔耐火材料铸型设有多个通孔(8)，圆形环空耐火材料铸型设有多个通孔(8)，通孔(8)内为耐火材料型芯(9)。
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