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专利号: 2020101376879
申请人: 西北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种微重力条件下悬浮大尺寸金属液滴的快速凝固系统,其特征在于,包括:真空腔体(80),其包括从上到下依次连接的电磁悬浮腔体(81)、微重力腔体(82)和快速液淬腔体(83);

悬浮感应加热装置(70),其包括悬浮感应线圈(71)和高频感应电源(72);所述悬浮感应线圈(71)螺旋绕制形成中空圆锥体,以中空圆锥体的尖端朝下的方式设于所述电磁悬浮腔体(81)内部,所述悬浮感应线圈(71)用于对合金样品进行加热熔融和悬浮;

所述微重力腔体(82)为中空管体,对应设在所述悬浮感应线圈(71)的下方,与所述电磁悬浮腔体(81)连通;微重力腔体(82)提供合金样品自由下落空间,使其获得微重力;

运动探测装置(50),用于对在所述微重力腔体(82)中进行下落运动的合金样品的温度及形态进行连续动态采集;

所述运动探测装置(50)设于所述微重力腔体(82)的外部,其包括探测器(50d)、固定架(50b)、滑轨(50c)和驱动装置(50a);所述探测器(50d)通过固定架(50b)连接在所述滑轨(50c)上,所述驱动装置(50a)驱动所述固定架(50b)沿所述滑轨(50c)以一定速度上下移动;所述探测器(50d)朝向所述微重力腔体(82)设置,所述微重力腔体(82)与所述探测器(50d)靠近的一侧设有若干检测窗(C);

快速液淬装置(60),其设于所述快速液淬腔体(83)内;快速液淬装置(60)设有淬火冷却介质(62),用于将落入到所述淬火冷却介质(62)中的合金样品进行快速液淬凝固。

2.根据权利要求1所述的快速凝固系统,其特征在于,所述微重力腔体(82)为中空圆柱形管体,其高度为200‑1500mm,使合金液滴在下落过程中获取微重力;所述电磁悬浮腔体(81)的直径为200‑450mm,高度为200‑450mm。

3.根据权利要求1所述的快速凝固系统,其特征在于,所述快速凝固系统还包括送样装置(90),其对应设在所述电磁悬浮腔体(81)中,所述电磁悬浮腔体(81)的一侧设有样品放置窗(A);

所述送样装置(90)包括送样杆(91)、连接杆(92)、控制杆(93);所述控制杆(93)竖直方向固定在所述电磁悬浮腔体(81)中且其上部末端伸出至电磁悬浮腔体(81)的外部,控制杆(93)的下部末端连接水平方向的连接杆(92)的一端,所述连接杆(92)的另一端连接呈竖直向上设置的送样杆(91)。

4.根据权利要求1所述的快速凝固系统,其特征在于,所述快速凝固系统还包括吹气冷却装置(20),用于对悬浮在悬浮感应线圈(71)中间的合金样品进行吹气冷却至预定温度。

5.根据权利要求4所述的快速凝固系统,其特征在于,所述吹气冷却装置(20)包括喷嘴装置(21)和输气管(22),所述喷嘴装置(21)设于所述悬浮感应线圈(71)的正上方,所述喷嘴装置(21)包括一个喷嘴盘(21a),在所述喷嘴盘(21a)的四周边缘等距离分布有4至8个喷嘴(21b),所述喷嘴(21b)向所述喷嘴盘(21a)的中心倾斜,使喷出的气流向所述喷嘴盘(21a)的中轴线上聚集;所述输气管(22)与惰性气体气源(23)相连接。

6.根据权利要求1所述的快速凝固系统,其特征在于,所述快速凝固系统还包括样品温度监测装置(30),其包括非接触式温度传感器(31),所述非接触式温度传感器(31)设于所述电磁悬浮腔体(81)的顶部上方;所述电磁悬浮腔体(81)的顶部设有视窗(B),所述非接触式温度传感器(31)透过所述视窗(B),用于实时探测合金样品的温度。

7.根据权利要求6所述的快速凝固系统,其特征在于,所述运动探测装置(50)包括两组,一组设于所述微重力腔体(82)的左侧,另一组设置所述微重力腔体(82)的右侧,所述微重力腔体(82)的左右两侧分别设有若干检测窗(C);其中左侧的运动探测装置(50)的探测器(50d)为红外测温仪,右侧的运动探测装置(50)的探测器(50d)为高速CCD,借此分别通过设置在微重力腔体(82)两侧的检测窗(C)观察和探测样品的温度及形态变化信息。

8.一种微重力条件下悬浮大尺寸金属液滴的快速凝固方法,运用权利要求1‑7任一项所述的快速凝固系统,其特征在于,包括如下步骤:S1:按照原子百分比精确称量原料,在惰性气体保护条件下制备合金样品;

‑4 ‑

S2:将合金样品送入到悬浮感应线圈(71)的中央,将真空腔体(80)抽真空至10 ‑107

Pa,然后反充惰性保护气体至标准大气压;

S3:开启高频感应电源(72),调节电流至使合金样品稳定悬浮于悬浮感应线圈(71)的中央,随后持续悬浮并加热所述合金样品使其熔化并过热0‑200K,通过向合金样品吹惰性气体使合金样品冷却降温;

S4:待合金样品温度下降至目标温度时,关闭高频感应电源(72)使所述合金样品失去悬浮力支持开始自由下落;在所述合金样品自由下落开始前,开启运动探测装置(50),以对所述合金样品自由下落过程中的温度及形态进行连续动态采集;合金样品液滴落入真空腔体(80)底部的淬火冷却介质(62)中液淬凝固。

9.根据权利要求8所述的快速凝固方法,其特征在于,其中步骤S1中制备的合金样品直径为0.3‑2cm;步骤S4中,合金样品液滴自由下落的距离为0.2‑1.5m。