制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉制造技术

本实用新型专利技术提供了一种制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，包括炉体、紫铜坩埚盘、水冷盘、电极杆、电极、水冷系统、真空系统、直流电源系统和密封结构，坩埚盘上设置若干个圈层分布的坩埚，坩埚的内表面光滑；坩埚盘的下端固定有水冷盘，炉体侧壁为双层式水冷结构，电极杆包括导电管和不锈钢套，不锈钢套套装在导电管外并与导电管外壁之间形成水套结构，通过高性能的水冷系统解决高温问题，不锈钢套通过动密封件安装在炉体上端，解决真空系统下的电极操作问题。该难熔高熵合金的小型真空电弧炉通过对各项结构的改造和优化，提升性能，使其可以熔炼难熔高熵合金，尤其是制备多种不同成分的难熔高熵合金铸锭，并减少合金的气体含量。

【技术实现步骤摘要】
制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉
本技术涉及一种电弧炉，具体的说，涉及了一种制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉。
技术介绍
高熵合金是在近年来发现的一类化学无序合金，与传统固溶体为基的金属材料设计概念不同，它是由五种或五种以上主元素按等摩尔或近等摩尔组成的合金。由于高熵合金不同于传统独特的设计理念，其在性能上也表现出不同于传统合金的特异性，如高强度、高硬度、良好的腐蚀性、耐磨性以及高温热稳定性等。2010年，美国空军研究实验室的Senkov教授等人利用高熵概念，以等摩尔比混合多种高熔点元素，如Hf、Nb、Ta、Mo、W等前过渡族金属元素，首次制备出系列难熔高熵合金，这类合金具有高强度、优异的耐腐蚀性能、耐磨性能以及高温抗氧化性能。已经公开报道的难熔高熵合金体系的晶体结构大多数为体心立方（BCC）结构的单相固溶体或以BCC固溶体为主，在高温条件下，具有较高的相稳定性和优异的高温性能，成为非常有潜力的高温结构材料之一，有望在航空航天等领域作为轻质高温合金应用。难熔高熵合金的熔点高，制备困难，难以采用常见的熔炼设备进行熔炼。本申请针对难熔高熵合金的高熔点特点，解决其在小容量设备中的熔炼问题。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种密封性好保证真空度、降温措施多样高效、坩埚性能优异、铸锭质量高的一种制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉。为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：一种制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，包括炉体和设于炉体内的坩埚盘，所述坩埚盘上设置若干个坩埚，若干坩埚按照圈层分布的方式排列，所述坩埚盘的材质为紫铜，所述坩埚具有光滑的内表面。基上所述，所述坩埚盘的下端固定有水冷盘，所述水冷盘包括储水坑、出水管和进水管，出水管的进口在储水坑中形成凸台，进水管的出口低于出水管的进口，出水管和进水管均偏心设置。基上所述，所述炉体侧壁为双层式结构，夹层为水冷腔，所述水冷腔连接水冷系统。基上所述，所述炉体上设有抽真空管道，所述抽真空管道连接抽真空泵。基上所述，所述炉体上端设置安装电极杆的管道和安装观察镜的管道，炉体的侧部设置安装翻料勺机构的倾斜管道和炉门，各管道处均设置密封结构，所述炉门为夹层设置水冷腔的双层式结构，炉门内的水冷腔连接水冷系统。基上所述，所述电极杆包括导电管和不锈钢套，所述不锈钢套套装在导电管外并与导电管外壁之间形成水套结构，所述不锈钢套通过动密封件安装在炉体上端，所述水套结构通过管道连接至水冷系统。基上所述，所述水冷盘的下端通过支撑管连接至炉体底部，所述进水管和出水管穿设于支撑管内。基上所述，所述电极杆上的密封胶内端设置热辐射密封挡板。基上所述，还包括直流电源系统，所述直流电源系统为电极杆供电。基上所述，所述炉体的双层式结构的焊缝材料与炉体材料相同。本技术相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本技术针对难熔高熵合金熔点高的特点，首先考虑将炉体设计为真空炉，然后通过坩埚盘的选材，使其拥有活性小、散热快、导热性良好、表面光滑且满足机械性能的前提下，厚度更薄的材质，来保证熔炼过程的稳定和延长坩埚的使用寿命，同时，坩埚盘上的坩埚数量不止一个，可以一次性的熔炼多个不同成分的铸锭，效率更高；进一步的，设计一系列的水冷降温方式，如炉体的双层式结构、炉门的双层式结构、电极杆内的水套结构和水冷盘的冷却结构，确保各个环节的冷却降温，避免设备损坏，保证熔炼过程的稳定；最后，采用一系列的密封措施，确保真空度不损失且保证电极的活动，其具有密封性好保证真空度、降温措施多样高效、坩埚性能优异、铸锭质量高的优点。附图说明图1是本技术中制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉的内部结构示意图。图2是本技术中制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉的外部结构示意图。图3是本技术中电极杆的结构示意图。图4是本技术中水冷盘的剖视图。图5是本技术中炉体和炉门的剖视图。图中：1.炉体；1-1.水冷腔；2.坩埚盘；2-1.坩埚；3.水冷盘；3-1.储水坑；3-2.出水管；3-3.进水管；4.电极杆；4-1.导电管；4-2.不锈钢套；4-3.动密封件；5.电极；6.支撑管；7.观察镜；8.翻料勺；9.炉门；9-1.水冷腔。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。如图1-图5所示，一种制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，包括炉体1、设于炉体内的坩埚盘2、水冷盘3、电极杆4、电极5、支撑管6、观察镜7、翻料勺8、真空系统、水冷系统和电源系统。本实施例中，所述坩埚盘2上设置5个坩埚2-1，5个坩埚2-1按照圈层分布的方式排列，即中间1个，外圈4个，一次可熔炼5种不同成分的难熔高熵合金，所述坩埚盘2的材质为紫铜，紫铜属于活性较小的金属，可以保证被熔炼的金属不被污染，同时紫铜具有良好的导热性，可以满足液态金属快速散热的要求，保证熔炼过程的安全性；为了保证熔炼金属锭的表面质量的光洁度，需要坩埚具有光滑的内表面；为延长坩埚的使用寿命，其厚度在满足机械强度的要求下，尽可能的做薄。所述坩埚盘2的下端固定水冷盘3，两者通过螺栓连接在一起，水冷盘的下端通过支撑管6连接至炉体1底部，水冷盘3的整体直径与坩埚盘2的整体直径相等，所述水冷盘3包括储水坑3-1、出水管3-2和进水管3-3，出水管3-2的进口在储水坑3-1中形成凸台，进水管3-3的出口低于出水管3-2的进口，出水管3-2和进水管3-3均偏心设置，所述进水,3-3和出水管3-2穿设于支撑管6内。所述炉体1侧壁为双层式结构，夹层为水冷腔1-1，所述水冷腔连接水冷系统；炉体的炉门9也设计为带有水冷腔9-1的双层式结构，炉门内的水冷腔连接水冷系统，炉门9上预留安装门把手的螺纹孔，方便在装配时安装门把手，以便开启炉门。所述炉体1的双层式结构的焊缝材料与炉体材料相同，以保证结构的稳定。所述电极杆4包括导电管4-1和不锈钢套4-2，所述不锈钢套4-2套装在导电管4-1外并与导电管4-1外壁之间形成水套结构，所述不锈钢套4-2通过动密封件4-3安装在炉体1上端，所述水套结构通过管道连接至水冷系统。不锈钢套4-2的光洁度要达到很高，与动密封件4-3配合，带动电极上下运动，同时让炉体内部达到密封真空的目的；水套结构的作用显然是为了给电极杆4降温，因为通过导电管的负极电流很大，需要对电极杆进行良好的冷却。电极的供电采用直流电源供电，在低电压下能够提供大电流，且短路时过载电流值小，能承受短时间过载而不丧失工作特性，通常会采用带有饱和电抗器的硅整流电源。所述炉体1上端设置安装电极杆4的管道和安装观察镜7的管道，炉体1的侧部设置安装翻料勺8机构的倾斜管道，各管道处均设置密封结构，所述炉体1上设有抽真空管道，所述抽真空管道连接抽真空泵，真空系统需具有足够高的抽气速度，应使炉体在30~45min内由大气压抽到所需真空度。由于炉子较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，包括炉体和设于炉体内的坩埚盘，其特征在于：所述坩埚盘上设置若干个坩埚，若干坩埚按照圈层分布的方式排列，所述坩埚盘的材质为紫铜，所述坩埚具有光滑的内表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，包括炉体和设于炉体内的坩埚盘，其特征在于：所述坩埚盘上设置若干个坩埚，若干坩埚按照圈层分布的方式排列，所述坩埚盘的材质为紫铜，所述坩埚具有光滑的内表面。


2.根据权利要求1所述的制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，其特征在于：所述坩埚盘的下端固定有水冷盘，所述水冷盘包括储水坑、出水管和进水管，出水管的进口在储水坑中形成凸台，进水管的出口低于出水管的进口，出水管和进水管均偏心设置。


3.根据权利要求2所述的制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，其特征在于：所述炉体侧壁为双层式结构，夹层为水冷腔，所述水冷腔连接水冷系统。


4.根据权利要求3所述的制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，其特征在于：所述炉体上设有抽真空管道，所述抽真空管道连接抽真空泵。


5.根据权利要求4所述的制备难熔高熵合金的小型真空电弧炉，其特征在于：所述炉体上端设置安装电极杆的管道和安装观察镜的管道，炉体的侧部设置安装翻料勺机构的倾斜管道和炉门，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐琴，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：新型
国别省市：河南;41