一种高熵合金电弧定向凝固装置与凝固方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113430404A(43)申请公布日2021.09.24(21)申请号202110719829.7(22)申请日2021.06.28(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人陈瑞润刘桐高雪峰方虹泽王亮苏彦庆郭景杰(74)专利代理机构哈尔滨华夏松花江知识产权代理有限公司23213代理人孟宪会(51)Int.Cl.C22C1/02(2006.01)C22C30/00(2006.01)C22B9/20(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种高熵合金电弧定向凝固装置与凝固方法(57)摘要一种高熵合金电弧定向凝固装置与凝固方法，它涉及一种凝固装置与凝固方法。本发明解决了电弧定向凝固极高的加热速度以及较大的温度梯度给合金组织调控带来了不便的问题。本发明的水冷铜坩埚支撑柱安装在炉体内，水冷铜坩埚安装在水冷铜坩埚支撑柱上，高熵合金原料设置在水冷铜坩埚上，电弧枪传动机构穿过炉体并伸入炉体的内部，电弧枪安装在电弧枪传动机构的下端，压力表安装在炉体的上端面上并与炉体内部连通。将非自耗电弧枪作为热源对高熵合金加热并实现定向凝固，通过控制功率的变化速度对高熵合金加热并实现定向凝固，凝固后所得组织为柱状晶，且合金性能也得到不同程度提高。本发明用于对高熵合金电弧定向凝固。CN113430404ACN113430404A权利要求书1/2页1.一种高熵合金电弧定向凝固装置，它包括可移动操作台(1)；其特征在于：它还包括炉体(4)、观察口(3)、电弧枪传动机构(5)、压力表(6)、电弧枪(7)、水冷铜坩埚(9)和水冷铜坩埚支撑柱(10)，炉体(4)安装在可移动操作台(1)上，水冷铜坩埚支撑柱(10)竖直安装在炉体(4)内的底端面上，水冷铜坩埚(9)安装在水冷铜坩埚支撑柱(10)上，高熵合金原料(8)设置在水冷铜坩埚(9)上，电弧枪传动机构(5)竖直穿过炉体(4)的顶端并伸入炉体(4)的内部，电弧枪(7)安装在电弧枪传动机构(5)的下端，且电弧枪(7)位于高熵合金原料(8)的正上方，电弧枪(7)的枪尖与高熵合金原料(8)之间留有间距，观察口(3)安装在炉体(4)的侧壁上，压力表(6)安装在炉体(4)的上端面上并与炉体(4)内部连通。2.根据权利要求1所述的一种高熵合金电弧定向凝固装置，其特征在于：水冷铜坩埚(9)包括负载坩埚(13)、进水管(12)、出水管(14)和两个进出水接头(11)，负载坩埚(13)的下端分别安装有一个进水管(12)和一个出水管(14)，进水管(12)和出水管(14)的底端分别安装在有一个进出水接头(11)。3.根据权利要求2所述的一种高熵合金电弧定向凝固装置，其特征在于：负载坩埚(13)、进水管(12)、出水管(14)和两个进出水接头(11)均由紫铜材质制成。4.根据权利要求3所述的一种高熵合金电弧定向凝固装置，其特征在于：出水管(14)的顶端穿过负载坩埚(13)的底端并向上延伸。5.根据权利要求3所述的一种高熵合金电弧定向凝固装置，其特征在于：电弧枪(7)的枪尖与高熵合金原料(8)之间的间距为5mm。6.根据权利要求3所述的一种高熵合金电弧定向凝固装置，其特征在于：它还包括进出氩气管接头(2)，进出氩气管接头(2)安装在炉体(4)的外侧壁上并与炉体(4)连通。7.一种采用权利要求1至6中任意一项权利要求所述的一种高熵合金电弧定向凝固装置的凝固方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一、高熵合金原料(8)放置于水冷铜坩埚(9)中，通过电弧枪传动机构(5)调整电弧枪(7)的位置，关闭炉体(4)的炉门；步骤二、在非自耗真空电弧熔炼炉内进行反复氩气稀释空气，使炉内真空度为3×10‑3～9×10‑1Pa，后返冲氩气到200～500Pa，通过真空表(6)观察炉体(4)内的压力变化；步骤三、通过观察口(3)，观察炉体内的情况，检测是否有渗水的情况；步骤四、非自耗电弧枪(7)通入单相交流电，加热功率为20‑40kW，加热时间5‑10min，待高熵合金原料(8)彻底融化后持续加热3‑5min，随后关闭电源，使液态金属自然冷却至室温；步骤五、将非自耗电弧枪(7)通入单相交流电，对冷却后的试样重新加热，重复步骤四的操作，对合金反复加热共5次，保证合金各处成分均匀；步骤六、对冷却后的高熵合金原料(8)形成的铸锭再次加热，调整非自耗电弧枪(7)使枪尖距合金2厘米，加热功率升至40kW，持续加热3分钟，随后通过控制柜程序控制非自耗电弧枪(7)的功率以300‑600W/s下降至零，至此，完成了高熵合金的电弧定向凝固。8.根据权利要求7所述的凝固方法，其特征在于：原料(8)的合金成分为CoCrFeNi高熵合金。9