权利要求
1.一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，包括依次连通的气压调节机构、熔炼机构以及废气收集机构，所述气压调节机构包括与熔炼机构连通的气瓶(1)和
真空泵(2)，所述气瓶(1)内具有用于调控熔炼机构内部气压的气体，所述气瓶(1)通过第一管道(3)与熔炼机构连通，所述第一管道(3)上设置有气体流量控制器(4)，所述熔炼机构包括炉体(10)以及设置在炉体(10)内部的熔炼部件和浇铸成形部件，所述废气收集机构包括水箱(19)和用于连通水箱(19)和炉体(10)的第三管道(22)，所述第三管道(22)上设置有第二阀门(24)。
2.根据权利要求1所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述真空泵(2)通过第二管道(5)与熔炼机构连通，所述第二管道(5)上设置有第一阀门(6)。
3.根据权利要求1所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述炉体(10)顶端设置有炉盖(11)，所述炉盖(11)上设置有压力监测器(12)和观察窗口(13)。
4.根据权利要求1所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述浇铸成形部件包括溜槽(7)和与溜槽(7)连接的模具(8)，所述模具(8)内具有多个锭模(21)以及用于连通锭模(21)和溜槽(7)的通道(20)，所述溜槽(7)底端设置有支撑柱(25)。
5.根据权利要求4所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述锭模(21)的长度和宽度均为50mm~200mm，深度为30mm~50mm。
6.根据权利要求1所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述熔炼部件包括坩埚(9)，所述坩埚(9)上设置有感应加热线圈(14)，所述坩埚(9)外壁两侧分别设有第一凸出件(17)和第二凸出件(18)，所述第一凸出件(17)和第二凸出件(18)均连接有支撑架(16)，所述第一凸出件(17)固定连接有电机(15);所述两个支撑架(16)均开设有通孔，所述第一凸出件(17)和第二凸出件(18)均与支撑架(16)的通孔间隙配合。
7.根据权利要求6所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述电机(15)置于炉体(10)外部，所述电机(15)的输出轴贯穿炉体(10)侧壁通过联轴器与第一凸出件(17)固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述第三管道(22)远离水箱(19)的一端设置有过滤网(23)。
9.根据权利要求8所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述过滤网(23)为泡沫陶瓷过滤网。
10.根据权利要求1所述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，利用该装置进行镍磷中间合金制备的方法包括以下步骤：
步骤一、将红磷和金属镍放入熔炼部件内;
步骤二、利用气压调节机构对熔炼机构依次进行抽真空和气压调节，所述气压调节为通过气瓶(1)向熔炼机构内充入气体;
步骤三、开通废气收集机构的第三管道(22)进行气体流向调控，并对步骤一中放入熔炼部件内的红磷和金属镍进行加热，且随着加热对熔炼机构进行压力调控;
步骤四、在红磷和金属镍均熔清后倒入浇铸成形部件内，冷却后得到镍磷中间合金。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于合金制备成形技术领域，尤其是涉及一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置。
背景技术
[0002]用于航空发动机部件的高温合金(GH4169、GH2761及GH2130合金等)为提高持久蠕变性能，会在熔炼过程添加适量磷元素以改善合金性能。但单质磷的燃点较低(白磷为40℃，红磷为260℃)，直接加入易烧损并与氧气反应形成P2O5有毒气体。因此，目前工业中通常以镍磷合金的形式在高温合金中添加磷元素。
[0003]中国发明专利《一种镍磷合金成形设备》(公开号CN115287478A)通过在红磷粉上覆盖一层红砂，将镍块置于红砂上进行升温熔化，之后捅破红砂层，使镍与磷充分反应制得镍磷合金;但该方法在捅破红砂层过程中合金液喷溅严重，易灼伤人，且捅破的红砂后期处理不净，存在于合金中形成夹杂物，降低合金品质。
[0004]中国发明专利《一种镍磷合金的制备方法与装置》(公开号CN116574931A)通过利用吹磷法将赤磷粉送入镍液中反应，形成镍磷合金。由于赤磷熔点非常低，而熔化镍块温度较高，因此在赤磷粉还未完全进入镍液时会大量蒸发形成磷蒸气，导致磷元素收得率低，且大量磷蒸气会瞬间提升炉压，存在生产隐患。
[0005]因此，需要设计一种能够安全制备镍磷中间合金的装置。
发明内容
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置。该制备装置通过设置气压调节机构，用于对熔炼机构抽真空后充入气体，能够排出熔炼环境内的空气避免原料红磷与氧气反应形成P2O5有毒气体，并且通过设置气体流量控制器能够调控熔炼机构内部的压力，避免红磷加热后形成的磷蒸气逸散，从而提高磷元素收得率，解决了现有镍磷中间合金制备装置存在安全隐患的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，包括依次连通的气压调节机构、熔炼机构以及废气收集机构，所述气压调节机构包括与熔炼机构连通的气瓶和真空泵，所述气瓶内具有用于调控熔炼机构内部气压的气体，所述气瓶通过第一管道与熔炼机构连通，所述第一管道上设置有气体流量控制器，所述熔炼机构包括炉体以及设置在炉体内部的熔炼部件和浇铸成形部件。
[0008]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述真空泵通过第二管道与熔炼机构连通，所述第二管道上设置有第一阀门。
[0009]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述炉体顶端设置有炉盖，所述炉盖上设置有压力监测器和观察窗口。
[0010]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述浇铸成形部件包括溜槽和与溜槽连接的模具，所述模具内具有多个锭模以及用于连通锭模和溜槽的通道，所述溜槽底端设置有支撑柱。
[0011]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述锭模的长度和宽度均为50mm~200mm，深度为30mm~50mm。
[0012]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述熔炼部件包括坩埚，所述坩埚上设置有感应加热线圈，所述坩埚外壁两侧分别设有第一凸出件和第二凸出件，所述第一凸出件和第二凸出件均连接有支撑架，所述第一凸出件固定连接有电机;所述两个支撑架均开设有通孔，所述第一凸出件和第二凸出件均与支撑架的通孔间隙配合。
[0013]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述电机置于炉体外部，所述电机的输出轴贯穿炉体侧壁通过联轴器与第一凸出件固定连接。
[0014]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述废气收集机构包括水箱和用于连通水箱和炉体的第三管道，所述第三管道远离水箱的一端设置有过滤网和第二阀门。
[0015]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，所述过滤网为泡沫陶瓷过滤网。
[0016]上述的一种气氛保护下镍磷中间合金制备装置，其特征在于，利用该装置进行镍磷中间合金制备的方法包括以下步骤：
步骤一、将红磷和金属镍放入熔炼部件内;
步骤二、利用气压调节机构对熔炼机构依次进行抽真空和气压调节，所述气压调节为通过气瓶向熔炼机构内充入气体;
步骤三、开通废气收集机构的第三管道进行气体流向调控，并对步骤一中放入熔炼部件内的红磷和金属镍进行加热，且随着加热对熔炼机构进行压力调控;
步骤四、在红磷和金属镍均熔清后倒入浇铸成形部件内，冷却后得到镍磷中间合金。
[0017]本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过设置气压调节机构，用于对熔炼机构抽真空后充入气体以调整压力，能够排出熔炼环境内的空气避免原料红磷与氧气自燃烧损以及反应形成P2O5有毒气体，并且通过设置气体流量控制器能够调控熔炼机构内部的压力，避免红磷加热后形成的磷蒸气逸散，从而提高磷元素的收得率，以及减少制备装置中存在的安全隐患。
[0018]2、本发明浇铸成形部件设有具有多个锭模的模具作为成形模具，能够一次成形多个小尺寸镍磷中间合金块，在后续高温合金熔炼时直接使用，无需进行破碎加工。
[0019]3、本发明通过设置气压调节机构用于循环进行熔炼机构内洗气，避免镍磷中间合金内部引入O、N等气体杂质元素;通过在坩埚上设置感应加热线圈对原料进行加热熔融以及对熔体进行搅拌，使镍、磷元素分布均匀，有利于提高镍磷中间合金的均质性，进而提高制备出的镍磷中间合金的质量。
[0020]4、本发明通过设置废气收集机构用于对逸散的磷蒸气进行收集，通过设置泡沫陶瓷过滤网对磷蒸气进行第一次阻挡和收集，未被泡沫陶瓷过滤网阻挡的磷蒸气通过设置的水池进行第二次收集，两次收集到的磷蒸气能够被取出进行重复使用，避免磷蒸气对装置产生污染以及磷蒸气被浪费。
[0021]5、本发明通过真空泵将熔炼环境内的空气排出，避免形成P2O5有毒气体，然后通过气瓶和气体流量控制器调控炉体内部的压力，使炉体内的压力与熔炼部件内产生的磷蒸气压力相当，减少红磷熔化后形成磷蒸气的概率，进而使形成的少量磷蒸气不会由于压力差而大量逸散;同时，还能够使炉体内的压力与熔炼部件内产生的磷蒸气压力相当，还能够防止加热产生的磷蒸气大幅度提升熔炼部件内压，造成压力差过大而在熔炼过程中易爆炸;并且通过结合控制气瓶上的气体流量控制器和第三管道上的第二阀门，能够全程控制炉体的内压随着熔炼部件内磷蒸气压力进行调整，进一步降低由于熔炼部件内压力过大造成的爆炸概率。
[0022]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
[0023]图1为本发明镍磷中间合金制备装置的结构示意图。
[0024]图2为本发明镍磷中间合金制备装置熔炼部件的侧视结构示意图。
[0025]图3为本发明实施例1模具的结构示意图。
[0026]图4为本发明实施例2模具的结构示意图。
[0027]图5为本发明实施例3模具的结构示意图。
[0028]附图标记说明：
1—气瓶;2—真空泵;3—第一管道;4—气体流量控制器;5—第二管道;6—第一阀门; 7—溜槽;8—模具;9—坩埚;10—炉体;11—炉盖;12—压力监测器;13—观察窗口;14—感应加热线圈;15—电机;16—支撑架;17—第一凸出件;18—第二凸出件;19—水箱;20—通道;21—锭模;22—第三管道;23—过滤网;24—第二阀门;25—支撑柱。
具体实施方式
[0029]实施例1
如图1所示，本实施例的镍磷中间合金制备装置包括依次连通的气压调节机构、熔炼机构以及废气收集机构，所述气压调节机构包括与熔炼机构连通的气瓶1和真空泵2，所述气瓶1内具有用于调控熔炼机构内部气压的气体，所述气瓶1通过第一管道3与熔炼机构连通，所述第一管道3上设置有气体流量控制器4;所述熔炼机构包括炉体10以及设置在炉体10内部的熔炼部件和浇铸成形部件。
实际使用时，本实施例中通过设置熔炼机构用于熔炼制备镍磷中间合金，通过设置废气收集机构用于收集镍磷中间合金制备过程中逸散的磷蒸气，以及使熔炼机构内的气流流向为从气压调节机构流向废气收集机构;通过设置气瓶1和真空泵2，用于排出熔炼机构内部空气后调整气压，通过设置第一管道3用于将熔炼机构与气瓶1连通，通过在第一管道3上设置气体流量控制器4，用于控制气瓶1内气体流入熔炼机构的流速;
通过设置炉体10使熔炼机构形成密闭容器与大气隔离，能够利用真空泵2进行抽真空，利用气瓶1及气体流量控制器4向炉体10内充入气体以调控压力，使炉体10内的压力能够与熔炼部件内产生的磷蒸气压力相当，减少红磷熔化后形成磷蒸气的概率，减少磷蒸气逸散，防止磷蒸气大幅度提升熔炼部件内压，产生安全隐患;优选地，本实施例中气瓶1内气体为惰性气体，不与镍磷中间合金的原料反应，不会引入杂质;通过设置熔炼部件用于对原料进行熔炼形成熔体，通过设置浇铸成形部件使熔体形成铸锭。
[0030]如图1所示，进一步地，本实施例中，所述真空泵2通过第二管道5与熔炼机构连通，所述第二管道5上设置有第一阀门6。
[0031]实际使用时，本实施例中通过设置第二管道5将熔炼机构与真空泵2连通，通过在第二管道5上设置第一阀门6用于控制熔炼机构与真空泵2之间连通或关闭。
[0032]如图1所示，进一步地，本实施例中，所述炉体10顶端设置有炉盖11，所述炉盖11上设置有压力监测器12和观察窗口13。
[0033]实际使用时，本实施例中通过在炉体10顶部设置炉盖11，用于向炉体10内放置原料以及取出成形后的铸锭;通过设置压力监测器12用于监控炉体10内实施压力，通过设置观察窗口13用于观察熔炼部件内原料的熔化程度，进而确定浇铸时间及调整浇铸的角度、位置。
[0034]如图1和图3所示，进一步地，本实施例中，所述浇铸成形部件包括溜槽7和与溜槽7连接的模具8，所述模具8内具有多个锭模21以及用于连通锭模21和溜槽7的通道20，所述溜槽7底端设置有支撑柱25。
[0035]实际使用时，本实施例中通过设置溜槽7使熔体经过溜槽7进入模具8内部冷却成形，通过在模具8内部开设多个锭模21以及连通锭模21和溜槽7的通道20，使得熔体能够经过溜槽7和通道20到达锭模21内部，一次成形多个铸锭，通过设置支撑柱25用于保持溜槽7稳定。
[0036]如图3所示，进一步地，本实施例中，所述锭模21的长度和宽度均为100mm，深度为40mm。
[0037]实际使用时，本实施例中通过设置锭模21的尺寸以控制铸锭尺寸，该尺寸的铸锭能够直接用于高温合金熔炼，无需破碎;熔体从溜槽7浇铸入模具8后，从模具8中的主通道20进入各支干通道20，再进入各个锭模21内部，形成多个镍磷中间合金块。
[0038]如图1和图2所示，进一步地，本实施例中，所述熔炼部件包括坩埚9，所述坩埚9上设置有感应加热线圈14，所述坩埚9外壁两侧分别设有第一凸出件17和第二凸出件18，所述第一凸出件17和第二凸出件18均连接有支撑架16，所述第一凸出件17固定连接有电机15;所述两个支撑架16均开设有通孔，所述第一凸出件17和第二凸出件18均与支撑架16的通孔间隙配合。
[0039]实际使用时，本实施例中通过设置坩埚9作为熔炼容器，通过在坩埚9上设置感应加热线圈14，用于对原料进行加热及对加热形成的熔体进行搅拌;通过设置第一凸出件17和第二凸出件18以及支撑架16用于支撑坩埚9保持平稳，通过设置第一凸出件17和第二凸出件18均与支撑架16的通孔间隙配合，以及在第一凸出件17上固定连接电机15，能够在控制电机15带动坩埚9进行转动，将熔炼完成的熔体倒入浇铸成形部件内;优选地，本实施例中坩埚9为
氧化铝材质，与石墨或其他材质相比，氧化铝材质的坩埚9不易与熔体发生反应，可避免杂质引入。
[0040]如图2所示，进一步地，本实施例中，所述电机15置于炉体10外部，所述电机15的输出轴贯穿炉体10侧壁通过联轴器与第一凸出件17固定连接。
[0041]实际使用时，本实施例中通过将电机15设置在炉体10外，便于控制电机15转动以控制坩埚9倾倒角度。
[0042]如图1所示，进一步地，本实施例中，所述废气收集机构包括水箱19和用于连通水箱19和炉体10的第三管道22，所述第三管道22远离水箱19的一端设置有过滤网23和第二阀门24。
[0043]实际使用时，本实施例中设置水箱19通过第三管道22与炉体10连通，用于收集炉体10内逸散的磷蒸气，通过气瓶1向炉体10内不断输送氩气，使得炉体10内气流携带磷蒸气流向水箱19;通过在第三管道22远离水箱19的一端设置过滤网23用于初步收集磷蒸气，未被过滤网23收集的磷蒸气沿着第三管道22进入水箱19，与水箱19中的水接触后沉淀，在镍磷中间合金制备完成后对两次收集的磷蒸气进行回收，得到的磷粉可重复使用;
通过设置第二阀门24在抽真空时将第二阀门24关闭，使炉体10内形成密闭状态;在气瓶1输送氩气时将第二阀门24开启并调整，使炉体10内部气压保持合适的大小以及控制气流流动方向，有利于收集逸散的磷蒸气。
[0044]如图1所示，进一步地，本实施例中，所述过滤网23为泡沫陶瓷过滤网。
[0045]实际使用时，本实施例中采用多孔结构的泡沫陶瓷过滤网可以对从炉体10逸出的磷蒸气进行有效阻挡和收集。
[0046]实施例2
本实施例与实施例1的区别之处在于：如图4所示，进一步地，本实施例中，所述锭模21的长度和宽度均为200mm，深度为50mm。
[0047]实际使用时，本实施例中熔体从溜槽7浇铸入模具8后，从通道20依次进入各个锭模21中，形成多个镍磷中间合金块。
[0048]实施例3
本实施例与实施例1的区别之处在于：如图5所示，进一步地，本实施例中，所述锭模21的长度和宽度均为50mm，深度为30mm;气瓶1内的气体为氩气。
[0049]实际使用时，本实施例中熔体从溜槽7浇铸入模具8后，从多个通道20依次进入各个锭模21中，形成多个镍磷中间合金块。
[0050]本实施例镍磷中间合金制备装置的使用方法为：将红磷和镍放入坩埚9后关闭炉盖11及第二阀门24，形成密闭空间，开启真空泵2对密闭空间抽真空后关闭真空泵2，开启气体流量控制器4释放气瓶1中的氩气，氩气释放过程中配合压力监测器12控制气体流量控制器4，在炉体10内部压力超过大气压后开启第二阀门24，使炉体10内气流流向保持为从气压调节机构流向废气收集机构，且同时调整气体流量控制器4使炉体10压力达到要求值;开启感应加热线圈14对坩埚9中的红磷和镍进行加热形成熔体，同时加热过程中逸散部分的磷蒸气随着氩气流向废气收集机构的第三管道22，经过过滤网23后大部分磷蒸气被收集，未被收集的磷蒸气沿着三管道22进入装有水的水箱19内，沉淀至水箱19底部;熔炼完成后，操控电机15转动坩埚9使熔体倒入溜槽7进入模具8内部，冷却后形成多个镍磷中间合金铸锭。
[0051]实施例4
利用镍磷中间合金制备装置进行镍磷中间合金制备的方法，包括以下步骤：
步骤一、将红磷和金属镍放入熔炼部件的坩埚9内;
步骤二、利用气压调节机构的真空泵2对熔炼机构依次进行抽真空，开启气体流量控制器4释放气瓶1中的惰性气体进行气压调节;
步骤三、开通第三管道22上的第二阀门24进行气体流向调控，使惰性气体从气压调节机构流向废气收集机构，并对步骤一中放入熔炼部件内的红磷和金属镍进行加热，且随着加热控制气体流量控制器4对熔炼机构进行压力调控，使熔炼机构内的压力和坩埚9的内压保持相当;
步骤四、在坩埚9内的红磷和金属镍均熔清后，倒入浇铸成形部件内，冷却后得到镍磷中间合金。
[0052]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
说明书附图(5)
声明：
“气氛保护下镍磷中间合金制备装置” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：西安稀有金属材料研究院有限公司
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2025年03月21日 ~ 23日 
