一种实验用镁合金及复合材料制备设备制造技术

一种实验用镁合金及复合材料制备设备，由熔炼装置、保护气体装置、吹气装置和快速加料/测温装置组成，炉体连接保护气体装置和真空泵，且保护气体进气管和出气管在炉膛底部，在炉膛出气管处有防气体和碱液倒流拍门；吹气装置通过炉盖进入溶体内，设有吹入气体干燥器和加热设备，且气体种类可更换，也能携带粉状物料；在炉盖处设有块状料加入和快速测温管；在炉盖开启浇注时转换坩埚盖临时气体保护装置。本实用新型专利技术结构简单、功能齐全、经济实用，用气体精炼代替了镁合金的溶剂精炼，有效地提高了熔炼合金的纯净度；也可以制备气体注入反应增强或粉末颗粒增强的镁基复合材料，适合于实验室镁合金的熔炼和镁基复合材料的制备。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及实验设备领域，尤其涉及一种实验用镁合金及复合材料制备设备。
技术介绍
镁是工程应用中最轻的金属，但因纯镁的力学性能与抗腐蚀性能低，其应用较少， 可通过添加一定量的合金元素或者增强相制备镁合金或者复合材料来改善力学性能。镁合金及复合材料具有高的比强度，良好的铸造性能(镁合金体收缩率为6%，铸造金属中收缩量最低的一种)、切削性能、导热性、阻尼性能以及电磁屏蔽能力强和易于回收等一系列优点，被誉为“21世纪的绿色工程金属”。我国是镁资源和镁合金大国，但是我国出国镁锭价格低廉，其中一个主要的原因是品质较差，附加值低。为提高金属的纯度和产品质量，必须设计和采用新型的镁合金及复合材料的制备设备成为现有技术中丞待解决的问题。镁合金的化学性质活泼，在熔炼过程中易发生氧化燃烧，且生成的MgO膜稀疏，起不到阻燃保护作用。同时由于Mg元素的蒸汽压高，真空熔炼常常伴随大量的Mg元素的蒸发，导致合金成分的大幅变化，这也是镁合金真空熔炼长期以来没有得到妥善解决的一个实际问题。现有技术中，一般采用溶剂覆盖防燃，溶剂一般由碱金属或碱土金属商化物组成， 在高温下容易产生腐蚀气体，对环境和设备产生危害；另外覆盖溶剂很容易分散于镁合金液中，形成非金属夹杂，导致镁合金力学性能及耐腐蚀性能恶化。同时，镁合金及其复合材料在熔炼制备过程中的吸气和氧化容易造成气孔、夹杂等缺陷，因此必须在熔体浇注前进行除气、除渣精炼。目前一般采用精炼溶剂，利用接触相之间润湿性的差异，吸附、溶解溶液中的氧化杂质及其吸附氢，下沉直坩埚底部，达到除杂排气的目的。但是精炼溶剂对于镁合金容体重的悬浮微细夹杂的去除能力较差，对于复合材料而言，增强相的润湿性差异造成大量的增强相被作为杂质除去，严重影响材料的成分；并且采用溶剂精炼必须搅拌使其分散均勻，目前使用的电动搅拌能使精炼溶剂及其合金成分均勻，但却容易造成熔体表面阻燃层的破坏和杂质的大量混入。
技术实现思路
本技术一种实验用镁合金及复合材料制备设备，采用无溶剂保护熔炼和气体精炼、搅拌、送粉方法克服目前熔炼制备镁合金及复合材料过程中覆盖溶剂阻燃，精炼溶剂除渣除气，搅拌器械等存在的上述缺点。能够实现熔炼过程中液体流畅，合金化元素及其增强相均勻化，杂质精炼，有效地提高镁合金及复合材料的纯净度，改善劳动条件，提高生产效率。该装置结构简单，功能齐全，使用方便，经济实用。为实现这样的目的，本技术实验用镁合金及复合材料制备设备由熔炼装置、 保护气体装置、吹气装置、快速加料/测温装置以及真空装置组成。熔炼装置由电阻丝加热；保护气体装置采用现有技术SF6+0)2混合气体以及坩埚盖临时气体保护装置和防倒流拍门；吹气装置主要包括气体精炼、搅拌和携带加粉，采用干燥器和加热管对吹入气体进行处理，利用Ar气进行吹气精炼和携带粉末，可互换N2气进行气体反应增强复合材料；快速加料/测温装置在炉盖开孔，用于块状料加入和便携式热电偶快速测温；真空装置采用密封炉盖，真空泵抽真空。本技术的炉体采用圆形设计，用手动固定螺栓和密封圈紧固炉盖，形成密封系统。保护气体装置、吹气装置、快速加料/测温装置与炉盖相连。保护气体装置采用 SF6+CO2混合气体，在通保护气体之前，用真空泵抽掉炉膛内空气。炉膛进气管和出气道在炉膛的底部，坩埚的外侧，在炉膛内部形成均勻的保护气氛进行熔炼，且保护气体能均勻受热，减少对熔体的温度差影响。在炉膛出气管出口处设有防倒流拍门，防止气体或碱液倒流。在浇注时，打开炉盖，将保护气体装置通过快速接头连接到坩埚盖临时气体保护装置， 对熔体进行保护。吹气装置通过铜管浸入到熔体中下部，通入气体以气泡形式在熔体中起到精炼、搅拌作用，还可以通入与熔体反应的气体或者携带粉状料来增强熔体合金，制成复合材料。气体在通入之前经过干燥器干燥和加热管加热，首先避免了水份进入熔体，安全性提高，也减少了氢的生成；其次避免了吹入气体与熔体的温差过大，造成合金局部冷却；同时也加速了气体流速，形成的气泡细小密集，对熔体的精炼、搅拌效果显著；快速加料/测温管设计在炉盖处，下端铜管置于坩埚上沿，在熔炼过程中，块状料通过重力作用加入到熔体中，利用便携式热电偶快速测量熔体的实时温度，在快速加料/测温管的上端设计一个密封盖，保证炉膛内保护气氛稳定。本技术的有益效果是在本技术中，完全实现了无溶剂覆盖和精炼，防止了溶剂本身对熔体的二次污染，特别对于复合材料的纯净化制备提供了很好的设备。吹气装置通入气体经过了干燥和预热，减少了熔体中氢的生成，也增加了加入粉料与熔体之间的润湿性。集合金的精炼、搅拌与复合材料增强相的加入合成为一体，简单方便，功能齐全， 特别适合实验室镁合金熔炼及复合材料的制备研究使用。附图说明图1是本技术实验用镁合金及复合材料制备设备结构示意图。附图标记说明。1. SF6气罐；2. CO2气罐；3.坩埚盖进气管；4.坩埚盖；5.坩埚盖出气管；6.气体配比器；7.快速接头；8.气体流量转子；9.快速接头；10.炉膛进气口 ；11.炉膛进气管阀门；12.快速加料/测温孔；13.炉盖；14.炉膛出气口 ；15.炉膛进气管；16.快速加料/测温管；17.吹气装置进气管；18.炉膛出气管；19.加热炉丝；20.启载器；21.坩埚；22.便携式热电偶；23.快速加料/测温盖；24.气体加热管；25.粉料瓶密封盖；26.粉料瓶；27.气体加热炉；28.三通管；29.气体压力表；30.真空泵；31.阀门；32.阀门；33.阀门；34.固定螺栓；35.炉膛把手；36.温度控制器；37.热电偶；38.干燥器；39.气体流量转子；40. N2 气罐；41. Ar气灌；42.防倒流拍门；43.容量池；44.碱液。具体实施方式本技术的结构示意图如图1所示。一种实验用镁合金及复合材料制备设备，该设备的具体位置关系和连接关系为 坩埚21置于炉体中，炉体为圆柱体中空结构，采用加热炉丝19加热，温度控制器36控温， 在炉体上方设置有相配合的炉盖13形成密封的空间。炉膛进气管15和炉膛出气管18安置在炉盖处边缘，低端在坩埚21两侧，吹气装置进气管17和快速加料/测温管16安置在炉盖处中央位置，吹气装置进气管17低端安置在坩埚21上沿，快速加料/测温管16低端伸入坩埚21中下部。保护气体装置由SF6气罐1和CO2气罐2连接气体配比器6，配比好的保护气体经气体流量转子8由快速接头连接炉膛进气管15。炉膛出气管18通过三通管28分别连接真空泵30和容量池43，容量池43中盛有碱液44，在三通管18和真空泵30之间连接一个气体压力表四，在三通管18和容量池43 之间安装防倒流拍门42。吹气装置由队气罐40或者Ar气罐41顺次连接气体流量转子39、干燥器38和气体加热管24，气体加热管M外侧由气体加热炉27加热，在干燥器38和气体加热管M之间的管道上方安置粉料瓶沈，该粉料瓶沈配备密封盖25，气体加热管M直接连接炉膛吹气装置进气管17。快速加料/测温管16上端安置快速加料/测温管盖23，便于加料和热电偶37测熔体浇注时，采用炉体外侧的启载器20将炉盖13打开，同时将坩埚盖临时气体保护装置放在坩埚沿21上方，坩埚盖4处装有坩埚盖进气管3和坩埚盖出气管5，通过快速接头将坩埚盖进气管3本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种实验用镁合金及复合材料制备设备，在炉体上配有密封炉盖（１３），其特征在于炉膛进气管（１５）和炉膛出气管（１８）安置在炉盖处；熔炼浇注时，采用坩埚盖（４）临时气体保护装置进行保护；在炉盖设有块状料加入和熔体快速测温管（１６）；吹气装置安置在炉盖上，进气管（１７）前端浸入熔体中。

【技术特征摘要】
1.一种实验用镁合金及复合材料制备设备，在炉体上配有密封炉盖(13)，其特征在于炉膛进气管(15)和炉膛出气管(18)安置在炉盖处；熔炼浇注时，采用坩埚盖(4)临时气体保护装置进行保护；在炉盖设有块状料加入和熔体快速测温管(16)；吹气装置安置在炉盖上，进气管(17)前端浸入熔体中。2.根据权利要求1所述的实验用镁合金及复合材料制备设备，其特征在于炉膛进气管前端(15)和出气管进口(14)都伸入到炉膛底部，且在炉膛出气管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨子润，孙瑜，徐凤广，刘学然，庞绍平，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：实用新型
国别省市：32