无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置制造方法及图纸

一种具有全等轴晶组织的无偏析金属铸锭制备方法及装置，包括：金属加热机构以负压冷却机构，其中：金属加热机构位于负压冷却机构上方并通过喷嘴与之相连；该负压冷却机构包括：带有进气孔和排气孔的真空室以及设置于真空室内部用于局部重熔的激光装置和三维移动锭机构，该三维移动锭机构包括移动锭和与之竖直相连的二维移动平台，移动锭的外部设有水冷机构，并通过精密电机带动移动锭进行上下精确位移。本发明专利技术通过将雾化喷射改为液态注射的工艺手段提高金属铸锭的致密度，减轻其氧化，同时提高了铸锭的生产效率，可以快速制备具有全等轴晶组织且无宏观元素偏析的铝及其合金铸锭。

【技术实现步骤摘要】
无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置
本专利技术涉及的是一种冶金领域的技术，具体是一种无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置。
技术介绍
通过增材制造方法可以制备成分无偏析的工件，传统的增材制造方法是通过铺粉后激光重熔进行，适用于制备形状复杂的工件。但是该方法的生产效率较低，对于形状不复杂的铸锭来说，可以通过对增材制造方式进行改进而提高生产效率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术设备和工艺较为复杂能耗较高，且难以制备完全的从宏观到微观的无偏析铸锭的缺陷，提出一种无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置，改进了铺粉后激光重熔的增材方式，采用激光预热、液态熔体涂覆后迅速凝固的方式实现快速高效的面向铸锭的增材制造方法。应用本方法可以制备完全消除宏观偏析且具有更为细小均匀的全等轴晶组织的铝及其合金铸锭。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种无偏析全等轴晶金属铸锭制备装置，包括：金属加热机构以负压冷却机构，其中：金属加热机构位于负压冷却机构上方并通过喷嘴与之相连。所述的金属加热机构包括：由上而下依次设置的坩埚、过滤装置和喷嘴挡板。所述的坩埚的外部依次设有加热器和保温层。所述的喷嘴的出口端设有用于预加热的喷嘴加热器。所述的负压冷却机构包括：带有进气孔和排气孔的真空室以及设置于真空室内部用于局部重熔的激光装置和三维移动锭机构，该三维移动锭机构包括移动锭和与之竖直相连的二维移动平台，移动锭的外部设有水冷机构，并通过精密电机带动移动锭进行上下精确位移。本专利技术涉及一种无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法，通过将加热后的金属熔液通过竖直喷嘴喷向负压环境下经局部重熔的三维活动的移动锭的表面，使得金属熔液与移动锭表面接触时发生瞬间冷凝，通过移动锭的水平平面运动得到一厚度为δ的结晶层，然后将移动锭向下移动δ的距离并重复所述平面运动以形成新的结晶层，重复多次后即得铸锭。所述的金属熔液是指：在坩埚中加热熔化金属熔液，待完全熔化后得到。所述的加热，将金属熔液温度加热至熔点并保温1小时。所述的金属熔液优选经过滤处理，过滤后的铝液置于保温流槽中停留1小时并将温度调整到金属的熔点以上。所述的负压是指：小于1个正常大气压；通过控制气压差可以控制金属熔液喷射的速度和流量。所述的负压优选为先在真空室内抽真空，再充入适量氩气，使真空室内的气压小于1个正常大气压。所述的竖直喷嘴优选经预热处理，预热温度高于其中金属的熔点。所述的移动锭与喷嘴出口的距离，即喷射距离D1≤50cm。所述的移动锭与冷却面的垂直距离D2≤10cm。所述的移动锭的水平平面运动的移动速度v1≤100mm/s、道次间距d≤10mm/道次。所述的移动锭优选经预热处理，预热温度略低于移动锭材质的固相线温度。所述的移动锭采用铝及其合金。所述的重熔，满足使移动锭表面形成宽度大于道次间距d的微熔区。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图；图2为铸锭俯视图；图中：1坩埚、2加热层、3保温罩、4过滤装置、5喷嘴、6喷嘴挡板、7喷嘴加热器、8真空室、9激光装置、10铸锭加热装置、11二维移动平台、12精密电机、13进气孔、14排气孔、15真空泵、16连杆、17铝锭、18铝锭基底。具体实施方式实施例1如图1所示，本实施例涉及的无偏析全等轴晶金属铸锭制备装置包括：坩埚1、加热层2、保温罩3、过滤装置4、喷嘴5、喷嘴挡板6、喷嘴加热器7、真空室8、激光装置9、铸锭加热装置10、二维移动平台11、控制单元12、进气孔13、排气孔14、真空泵15、连杆16、铝锭17、铝锭基底18。本实施例采用上述装置，首先将纯铝倒入坩埚后，停留1小时，并调整温度至690℃。将真空室抽真空，充入适量氩气，使真空室内的气压为0.8个大气压，并对喷嘴进行预热，预热至温度700℃；设置喷射距离为15cm，激光功率为150W，激光重熔点与熔体喷射接触点的水平距离为2.5cm，冷却台移动速度4.5mm/s，道次间距0.8mm，移动方式如图2。设定冷却台在三个方向上的总位移分别为X＝100mm，Y＝80mm，Z＝80mm。打开激光装置，对铝锭基底进行局部重熔；同时启动三维移动平台，铝锭基底随之水平运动，待铝锭基底上的激光重熔点与熔体喷射接触点的水平距离为8mm时抬起喷嘴挡板，保温坩埚中的纯铝熔液在气压差的作用下从喷嘴中喷出，铝液喷射到移动的铝锭基底表面并瞬间发生冷凝。通过控制三维移动台左右及前后平移，使结晶在一个矩形平面上完成，形成厚度为0.8mm的薄层。完成后将铝锭向下移动0.8mm的距离，在重复通过控制三维移动台左右及前后平移形成新的结晶层，重复这一过程即可制备出具有全等轴晶组织及无偏析的立方形铸锭，最终得到立方形铸锭的尺寸为100*80*80mm。实施例2本实施例采用与实施例1相同装置，区别在于首先将Al-4％Cu合金液倒入坩埚后，停留1小时，并调整温度至665℃。将真空室抽真空，充入适量氩气，使真空室内的气压为0.8个大气压，并对喷嘴进行预热，预热至温度670℃；设置喷射距离为15cm，激光功率为180W，激光重熔点与熔体喷射接触点的水平距离为2.0cm，冷却台移动速度6mm/s，道次间距1.1mm，移动方式如图2。设定冷却台在三个方向上的总位移分别为X＝60mm，Y＝60mm，Z＝60mm。打开激光装置，对铝锭基底进行局部重熔。启动三维移动平台，铝锭基底随之水平运动，待铝锭基底上的激光重熔点与熔体喷射接触点的水平距离为12mm时抬起喷嘴挡板，保温坩埚中的合金铝液在气压差的作用下从喷嘴中喷出，铝液喷射到移动的铝锭基底表面并瞬间发生冷凝。通过控制三维移动台左右及前后平移，使结晶在一个矩形平面上完成，形成厚度为1.1mm的薄层。完成后将铝锭向下移动1.1mm的距离，在重复通过控制三维移动台左右及前后平移形成新的结晶层，重复这一过程即可制备出具有全等轴晶组织及无偏析的立方形铸锭，最终得到立方形铸锭的尺寸为60*60*60mm。上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本专利技术原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本专利技术的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本专利技术之约束。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有全等轴晶组织的无偏析金属合金铸锭制备装置，其特征在于，包括：金属加热机构以负压冷却机构，其中：金属加热机构位于负压冷却机构上方并通过喷嘴与之相连；该负压冷却机构包括：带有进气孔和排气孔的真空室以及设置于真空室内部用于局部重熔的激光装置和三维移动锭机构，该三维移动锭机构包括移动锭和与之竖直相连的二维移动平台，移动锭的外部设有水冷机构，并通过精密电机带动移动锭进行上下精确位移。

【技术特征摘要】
1.一种具有全等轴晶组织的无偏析金属合金铸锭制备装置，其特征在于，包括：金属加热机构以负压冷却机构，其中：金属加热机构位于负压冷却机构上方并通过喷嘴与之相连；该负压冷却机构包括：带有进气孔和排气孔的真空室以及设置于真空室内部用于局部重熔的激光装置和三维移动锭机构，该三维移动锭机构包括移动锭和与之竖直相连的二维移动平台，移动锭的外部设有水冷机构，并通过精密电机带动移动锭进行上下精确位移。2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的金属加热机构包括：由上而下依次设置的坩埚、过滤装置和喷嘴挡板。3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的坩埚的外部依次设有加热器和保温层。4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的喷嘴的出口端设有用于预加热的喷嘴加热器。5.一种具有全等轴晶组织的无偏析金属合金铸锭制备方法，其特征在于，通过将加热后的金属熔液通过竖直喷嘴喷向负压环境下经局部重熔的三维活动的移动锭的表面，使得金属熔液与移动锭表面接触时发生瞬间冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝德，张佼，东青，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31