固态储氢及复杂合金的真空电磁热场熔炼炉

508 编辑：中冶有色技术网来源：付亚波

2024-07-23 14:12:24

01 适用范围

本设备拥有自主知识产权，处于国际领先水平，综合了感应加热同时施加电磁搅拌技术，还具有快速凝固(100℃/s 冷却速率)、电磁净化、机械搅拌、真空加料等多项功能，适用于以下领域：

(1)制备半导体材料如 Ca 基、Si 基，固态储氢合金 TiMn2、LaNi5、 Li-Mg-N-H、V60 等合金;

(2)制备中高熵合金;

(3)实现半固态制备技术;

(4)水冷铜坩埚制备大块非晶;

适用于高校、科研机构及企业等单位从事研究、新合金开发及工业化生产。

重要特点及使用范围：TiMn2 和 TiMn1.5 作为 Ti-Mn 金属间化合物的两种代表组成一直受到人们的重视，关于两种合金的研究有许多报道，并且在实际应用中也得到推广。本设备采用电磁热技术，使合金成分、组织均匀，可同时完成热处理以提高固态储氢合金的容量。

02 背景技术

合金制备过程需要充分搅拌才能形成有储氢及高性能的新相。高温 1700℃熔炼过程可同时施加电磁搅拌，使合金的成分及组织均匀，有利于提高合金的综合性能。在较大电磁搅拌力作用下，也可以实现杂质的分离。本发明设计了凝固拉杆及密封舱，保证熔体不发生氧化和吸气的条件下能连续凝固，并具有定向凝固功能，保证了精炼后的熔体能连续制备，为工业化生产创造了条件。

冷坩埚定向凝固技术很好地解决了传统定向凝固技术中存在的问题。该技术是在水冷铜坩埚感应熔炼的基础上将连续熔铸与定向凝固工艺结合起来，这样既保留了感应熔炼技术的高熔点、高效率、无污染的特点，同时也兼具了定向凝固技术的组织和性能可控的优势。

为此，本发明提出了一种汇集高温熔炼、电磁搅拌、连续凝固技术为一体的新型熔炼炉，具有较高创新性。

03 技术方案

本设备拥有自主知识产权(发明专利 ZL 201910059854.X,ZL 201711087314.X)。本设备通过以下技术方案予以实现：包括炉体、冷却系统、真空氩气系统、电磁搅拌、真空加料、感应电源和控制柜。另外，本设备设计了机械搅拌装置，可从事复合材料的制备。本设备具有纯净化、均匀化和连续化制备高活性铜铝钛及其合金的特点，适合用于科研和工业化生产。

04 有益效果

提供了一种制备高活性材料的多功能熔炼炉。具备以下有益效果：

(1)该制备高活性材料的多功能熔炼炉，通过电磁线圈和感应线圈的配合使用，能够让熔炼的金属进行电磁搅拌。

(2)该制备高活性材料的多功能熔炼炉，通过凝固拉杆的使用，使得铸坯能够连续普通凝固或定向凝固。

05 熔炼炉及实验结果

本发明设计、制造的真空熔炼炉如图 3 所示，已经完成安装和调试。图 4 为电磁分离的效果图，导电率相差较大的金属铜与氧化物实现了分离。图 5 为杂质硅的分离结果，净化后的区域中硅含量仅为杂质区域的 0.87%，说明分离与净化效果明显。由于在真空条件下，没有检测到氧含量，纯度进一步提高。图 6 为白铜 B10 细化晶粒均匀成分的应用实例，施加搅拌的组织，晶粒细化、组织均匀。图 7 为 ZrCuNiAl 合金组织成分对比，未施加搅拌的Zr 分布不均匀，施加搅拌的 Zr 分布均匀。