The invention discloses a high efficiency stirring method and device for the semi solid slurry of non volume iron and iron nitride boron nitride, which belongs to the research field of material processing in metallurgy, casting and the like. A variable volume graphite crucible is used to emptying all the gas in the upper part of the semisolid slurry, and then, under the condition of complete isolation from the external gas, the high speed electromagnetic stirring is used to produce a circumferential high-speed stirring movement, and the straight blades on the inner wall of the graphite crucible are used to prevent the floating of boron nitride particles and the movement of the central segregation, thus the high efficiency is obtained. The mixing time can be shortened to 2 minutes to the iron nitride boron nitride semi-solid slurry with uniform distribution of boron nitride particles without gas. The problem of gas volume and low stirring efficiency in the agitation of boron nitride semi-solid slurry is solved.
【技术实现步骤摘要】
一种无卷气铁-氮化硼半固态浆料的高效搅拌方法及装置
本专利技术属于冶金、铸造等材料加工研究领域,特别涉及一种无卷气铁-氮化硼半固态浆料的高效搅拌方法及装置。
技术介绍
在冶金、铸造等材料加工研究领域中,常常需要对各种熔体进行搅拌,比如金属半固态浆料、添加颗粒熔体的搅拌等等,目的是使熔体的温度、成分、组织等均匀化。搅拌效率通常取决于搅拌强度,搅拌强度越大,形成的剪切和紊流越强,熔体实现温度、成分、组织等均匀化的搅拌时间就越短,搅拌效率越高。然而,强烈的搅拌会导致熔体的卷气问题,极易造成高温熔体氧化、形成夹杂组织等,即便采用保护性气氛,卷气也会使熔体中散布气孔,导致材料性能恶化,可见,卷气问题束缚了熔体的搅拌强度,降低了搅拌效率。铁-氮化硼复合材料含有15wt%左右的铜和3.5wt%左右的氮化硼颗粒,兼有铁基体的延展能力强、导热性能好和氮化硼颗粒的硬度高、热稳定性好、耐磨损等优点,广泛应用于核能、石油化工、航空航天和国防等领域。由于氮化硼的熔点3000℃高于铁的熔点1538℃,因此氮化硼在铁液体中是以固态颗粒的形式存在的,另外,由于铁的密度7.0~7.9g/cm3大于氮化硼的密度2.1~2.3g/cm3,所以,在铁-氮化硼熔体的常规铸造过程中,氮化硼颗粒容易发生上浮。如果将铁-氮化硼熔体制成半固态浆料,则半固态浆料的高粘度和初生固相颗粒会有效阻止氮化硼颗粒上浮,但是,半固态浆料的高粘度和初生固相颗粒同样也会阻碍氮化硼颗粒的分散,因此,要想高效率地制备氮化硼颗粒均匀分布的铁-氮化硼半固态浆料进而得到高性能的铁-氮化硼复合材料,就必须加大对半固态浆料的搅拌强度,这 ...
【技术保护点】
1.一种无卷气铁‑氮化硼半固态浆料的高效搅拌方法,其特征在于,采用内壁布有直叶片的变体积石墨坩埚与高速电磁搅拌相结合方式对铁‑氮化硼半固态浆料进行搅拌;利用变体积石墨坩埚,通过减小石墨坩埚的体积,排空石墨坩埚中半固态浆料上部的全部气体,并且在半固态浆料与外界气体完全隔绝的条件下,即没有气体源的条件下,进行半固态浆料的搅拌,进而从根源上避免半固态浆料卷气;利用高速电磁搅拌,在无卷气束缚的情况下,使铁‑氮化硼半固态浆料产生周向高速搅拌运动,利用石墨坩埚内壁上的直叶片,不断地将内部的铁‑氮化硼半固态浆料移到周围、将上部的铁‑氮化硼半固态浆料移到下部,进而阻止氮化硼颗粒的上浮和中央偏聚运动,从而高效率地得到无卷气的氮化硼颗粒均匀分布的铁‑氮化硼半固态浆料,包括以下步骤:步骤1,制备铁‑氮化硼熔体,温度控制在1600℃;步骤2,将上述铁‑氮化硼熔体倒入石墨坩埚中,石墨坩埚的预热温度为1200℃,由其壁内的加热管实现预热;步骤3,启动上下移动装置,将体积调整头下端的外螺纹降到石墨坩埚上沿儿的内螺纹处,关闭上下移动装置;启动体积调整头的驱动装置,将体积调整头的外螺纹旋入石墨坩埚的内螺纹内,当铁‑氮化 ...
【技术特征摘要】
1.一种无卷气铁-氮化硼半固态浆料的高效搅拌方法,其特征在于,采用内壁布有直叶片的变体积石墨坩埚与高速电磁搅拌相结合方式对铁-氮化硼半固态浆料进行搅拌;利用变体积石墨坩埚,通过减小石墨坩埚的体积,排空石墨坩埚中半固态浆料上部的全部气体,并且在半固态浆料与外界气体完全隔绝的条件下,即没有气体源的条件下,进行半固态浆料的搅拌,进而从根源上避免半固态浆料卷气;利用高速电磁搅拌,在无卷气束缚的情况下,使铁-氮化硼半固态浆料产生周向高速搅拌运动,利用石墨坩埚内壁上的直叶片,不断地将内部的铁-氮化硼半固态浆料移到周围、将上部的铁-氮化硼半固态浆料移到下部,进而阻止氮化硼颗粒的上浮和中央偏聚运动,从而高效率地得到无卷气的氮化硼颗粒均匀分布的铁-氮化硼半固态浆料,包括以下步骤:步骤1,制备铁-氮化硼熔体,温度控制在1600℃;步骤2,将上述铁-氮化硼熔体倒入石墨坩埚中,石墨坩埚的预热温度为1200℃,由其壁内的加热管实现预热;步骤3,启动上下移动装置,将体积调整头下端的外螺纹降到石墨坩埚上沿儿的内螺纹处,关闭上下移动装置;启动体积调整头的驱动装置,将体积调整头的外螺纹旋入石墨坩埚的内螺纹内,当铁-氮化硼熔体开始沿着封塞的圆台与漏斗形放气口之间的间隙、从封塞的长方平板的下部溢出时,关闭体积调整头的驱动装置;顺时针拧紧紧固螺钉,将漏斗形放气口封住,使熔体与外界气体完全隔绝;步骤4,接通热电偶,利用热电偶向外部电源与冷却液供给系统输入信息,调节加热管和冷却管,使铁-氮化硼熔体的温度稳定在固液二相区1305~1366℃内的某一温度,启动高速电磁搅拌装置,对铁-氮化硼熔体进行等温搅拌,稳定搅拌2分钟;步骤5,关闭高速电磁搅拌装置,逆时针拧松紧固螺钉,使封塞在弹簧的作用下弹起,打开堵塞即可放出铁-氮化硼半固态浆料,以供使用。2.根据权利要求1所述的一种无卷气铁-氮化硼半固态浆料的高效搅拌方法,其特征在于,高速电磁搅拌装置的转速为900~1200转/分。3.一种无卷气铁-氮化硼半固态浆料的高效搅拌装置,该装置包括:高速电磁搅拌装置、石墨坩埚2及其体积调整装置与上下移动装置、热电偶11、堵塞7及底架9;其特征在于:在石墨坩埚2的内壁上部加工有内螺纹,与体积调整头10下端的外螺纹相互配合;石墨坩埚2的...
【专利技术属性】
技术研发人员:杜云慧,张伟一,张鹏,王玉洁,
申请(专利权)人:北京交通大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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