一種放電熔煉裝置及ZrTiAlV合金的熔煉方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熔煉裝置及合金的熔煉方法。
【背景技術】
[0002]早在1930年，美國科學家就提出了脈沖電流燒結原理，但是直到1965年，脈沖電流燒結技術才在美、日等國得到應用。日本獲得了 SPS技術的專利，1988年日本研制出第一臺工業型SPS裝置，并在新材料研究領域內推廣應用。1990年以后，日本推出了可用于工業生產的SPS第三代產品，具有10?10t的燒結壓力和脈沖電流5000?8000A。最近又研制出壓力達500t，脈沖電流為25000A的大型SPS裝置。
[0003]駱俊廷等發明了一種對向擠壓臥式放電燒結熔煉機，該設備能夠避免加載的不對稱性和燒結材料的不均勻性，同時可實現材料的放電熔煉。但該燒結機結構復雜，制造成本較高，操作也較為不方便。駱俊廷等也發明了一種用于立式燒結機的低溫快速熔融的氮化鋁陶瓷材料及成型方法，但是該方法所采用的模具裝置較為復雜。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種結構簡單、可不受熔煉溫度和材料熔融狀態限制的、用于立式放電燒結機的放電熔煉裝置和ZrTiAlV合金的熔煉方法。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]1、放電熔煉裝置:
[0007]本發明包括:上、下墊塊、臺肩式上壓頭和筒形模套，該熔煉裝置的材料均為高強度石墨。其中，上墊塊設在臺肩式上壓頭的上面，該臺肩式上壓頭在軸向的中部設有比筒形模套內徑大、比外徑小的圓柱形臺肩，該圓柱形臺肩的下表面與筒形模套的上表面接觸，使其能夠在上壓頭受壓力時壓力加載在筒形模套的上表面，達到密封導熱的效果。而臺肩式上壓頭的下部懸于筒形模套內而不與需要熔煉的金屬接觸。該裝置的下壓頭與筒形模套為一體，該筒形模套的底部設有凸臺，通過該凸臺與上述臺肩式上壓頭加載脈沖電流，可以防止熔煉過程中熔融狀態的金屬材料從下壓頭與筒形模套的間隙中流出，最后將上述裝置組裝后放置于立式放電燒結機上，筒形模套的凸臺放置在下墊塊上。
[0008]2、ZrTiAlV合金的熔煉方法:
[0009]①制備直徑為24?35mm，高度為25?40mm的圓柱體47Zr-45Ti_5Al_3V合金或30Zr-62T1-5Al-3V 合金；
[0010]②將步驟①制備的合金圓柱體放入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內；
[0011]③將上述放電熔煉裝置整體放入放電等離子燒結機中進行熔煉。通過加載3000?5000A脈沖電流，上壓頭下行給筒形模套10?30MPa的壓力使其與模套接觸密封，并將燒結機內抽為真空，真空度為10 3Pa,防止合金被氧化。
[0012]④脈沖電流通過上壓頭和筒形模套加載到圓柱體合金上，使合金迅速升溫至1800 °C 后保溫 20min ；
[0013]⑤最后放電燒結設備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電熔煉裝置，取出熔煉后的合金。
[0014]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0015]該放電熔煉裝置結構簡單，其上壓頭為特殊的臺肩式上壓頭，使其能夠在上壓頭受壓力時壓力加載在筒形模套的上表面，達到密封導熱的效果，可不受熔煉溫度和材料熔融狀態限制；而上壓頭的下部分不與材料試樣直接接觸，同時下壓頭設計與筒形模套為一體，這樣在對材料試樣進行高溫熔煉時不會因壓力過大而使熔融狀態的材料由上壓頭與筒形模套之間縫隙流出而污染燒結機內環境。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的放電熔煉裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0017]在圖1所示的用于放電燒結機的放電熔煉裝置示意圖中，上墊塊I設在臺肩式上壓頭2的上面，該臺肩式上壓頭在軸向的中部設有比筒形模套內徑大、比外徑小的圓柱形臺肩，該圓柱形臺肩的下表面與筒形模套3的上表面接觸，臺肩式上壓頭的下部懸于筒形模套內而不與需要熔煉的金屬4接觸。該裝置的下壓頭5與筒形模套為一體，該筒形模套的底部設有凸臺，通過該凸臺與上述臺肩式上壓頭加載脈沖電流，筒形模套的凸臺放置在下墊塊6上。該熔煉裝置的材料均為高強度石墨。
[0018]實施例1
[0019]將直徑為24mm、高為25mm的47Zr-45Ti_5Al_3V合金圓柱體裝入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內，將上述放電熔煉裝置整體放置于放電等離子燒結機中進行熔煉。通過加載3000A脈沖電流，上壓頭下行給模套1MPa的壓力使其與筒形模套接觸密封，此時上壓頭臺肩部分固定在筒形模套上表面處。將燒結機內抽為真空，真空度為10 3Pa,脈沖電流通過上壓頭和筒形模套加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金圓柱體上，使該合金迅速升溫至1800°C后保溫20min。最后放電燒結設備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電恪煉裝置，取出恪煉后的合金。
[0020]實施例2
[0021]將直徑為28mm、高為30mm的30Zr_62T1-5Al_3V合金圓柱體裝入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內，將上述放電熔煉裝置整體放置于放電等離子燒結機中進行熔煉。通過加載4000A脈沖電流，上壓頭下行給模套20MPa的壓力使其與筒形模套接觸密封，此時上壓頭臺肩部分固定在筒形模套上表面處。將燒結機內抽為真空，真空度為10 3Pa,脈沖電流通過上壓頭和筒形模套加載到30Zr-62T1-5Al-3V圓柱體上，使該合金迅速升溫至1800°C后保溫20min。最后放電燒結設備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電熔煉裝置，取出熔煉后的合金。
[0022]實施例3
[0023]將直徑為35mm、高為40mm的30Zr_62T1-5Al_3V合金圓柱體裝入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內，將上述放電熔煉裝置整體放置于放電等離子燒結機中進行熔煉。通過加載5000A脈沖電流，上壓頭下行給模套30MPa的壓力使其與筒形模套接觸密封，此時上壓頭臺肩部分固定在筒形模套上表面處。將燒結機內抽為真空，真空度為10 3Pa,脈沖電流通過上壓頭和筒形模套加載到30Zr-62T1-5Al-3V圓柱體上，使該合金迅速升溫至1800°C后保溫20min。最后放電燒結設備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電熔煉裝置，取出熔煉后的合金。
【主權項】
1.一種放電熔煉裝置，其特征在于:它包括:上、下墊塊、臺肩式上壓頭和筒形模套，該熔煉裝置的材料均為高強度石墨；其中，上墊塊設在臺肩式上壓頭的上面，該臺肩式上壓頭在軸向的中部設有比筒形模套內徑大、比外徑小的圓柱形臺肩，該圓柱形臺肩的下表面與筒形模套的上表面接觸，臺肩式上壓頭的下部懸于筒形模套內而不與需要熔煉的金屬接觸；下壓頭與筒形模套為一體，該筒形模套的底部設有凸臺，該筒形模套的凸臺放置在下墊塊上。2.使用權利要求1的放電熔煉裝置的ZrTiAlV合金的熔煉方法，其特征在于: ①制備直徑為24?35mm，高度為25?40mm的圓柱體47Zr_45T1-5Al_3V合金或30Zr-62T1-5Al-3V 合金； ②將步驟①制備的合金圓柱體放入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內； ③將上述放電熔煉裝置整體放入放電等離子燒結機中進行熔煉，通過加載3000?5000A脈沖電流，上壓頭下行給筒形模套10?30MPa的壓力使其與模套接觸密封，并將燒結機內抽為真空，真空度為10 3Pa,防止合金被氧化； ④脈沖電流通過上壓頭和筒形模套加載到圓柱體合金上，使合金迅速升溫至1800°C后保溫20min ； ⑤最后放電燒結設備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電熔煉裝置，取出恪煉后的合金。
【專利摘要】一種放電熔煉裝置，其主要包括上、下墊塊、臺肩式上壓頭和筒形模套，該裝置的材料均為高強度石墨。上墊塊設在臺肩式上壓頭的上面，該臺肩式上壓頭與筒形模套的上表面的接觸。該裝置的下壓頭與筒形模套為一體，筒形模套底部的凸臺放置在下墊塊上。采用上述放電熔煉裝置的ZrTiAlV合金的熔煉方法主要是將合金圓柱體裝入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內，置于等離子燒結機中進行熔煉，加載脈沖電流，上壓頭給模套壓力使其與筒形模套接觸密封，燒結機內抽為真空，迅速升溫至1800℃后保溫20min，最后斷電、自然冷卻降溫后取出放電熔煉裝置和合金。本發明結構簡單、可不受熔煉溫度和材料熔融狀態的限制。
【IPC分類】F27B14/08, F27B14/06
【公開號】CN105333731
【申請號】CN201510809116
【發明人】駱俊廷, 趙伯俊, 張春祥, 劉日平
【申請人】燕山大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月20日