專利名稱：一種復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁場條件下對金屬材料進(jìn)行高溫處理的方法及裝置，具體涉及一種利用脈 沖磁場與超導(dǎo)強(qiáng)磁場構(gòu)成的復(fù)合磁場條件改善金屬凝固組織的高溫處理方法和裝置。
技術(shù)背景金屬的凝固組織對其產(chǎn)品的質(zhì)量和性能起著決定性作用，對金屬凝固組織的控制是金屬凝 固過程研究的重要內(nèi)容。均勻細(xì)小的等軸晶?？梢蕴岣卟牧系牧W(xué)性能，同時微觀組織的各向 異性也是功能材料的重要性質(zhì)。因此，合理控制材料的晶粒組織和凝固晶體取向是金屬凝固技 術(shù)中面臨的兩個主要問題。采用傳統(tǒng)的凝固技術(shù)，如連續(xù)鑄造、連鑄連軋及普通鑄造方法獲得的均為粗大的柱狀晶或 枝晶組織。目前材料晶粒組織的細(xì)化技術(shù)主要采用以下三種手段 一是通過向金屬液中加入變 質(zhì)劑，增加形核率，細(xì)化組織，該方法對材料本身和環(huán)境都造成污染；二是控制冷卻速度和澆 注溫度，提高冷卻速度使金屬液過冷度提高，增加形核率，但難以提高大型鑄件的內(nèi)部冷卻速 度，并會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的缺陷，澆注溫度的控制受到生產(chǎn)條件的限制，作用十分有限；三是通過 強(qiáng)制攪拌，促使枝晶破碎，使晶粒數(shù)量增多，尺寸減小，但不足在于細(xì)化作用不明顯，攪拌易巻入空氣和雜質(zhì)，攪拌強(qiáng)度較低影響溫度場和成分均勻化的效果，特別是連鑄實踐證明，強(qiáng) 烈的攪拌會使鑄坯造成帶狀偏析。向金屬溶液中施加脈沖磁場會對金屬晶粒組織具有顯著的細(xì)化效果，且對材料和環(huán)境無污 染，是目前控制金屬凝固組織的一項新技術(shù)。脈沖磁壓強(qiáng)引起的熔體振蕩導(dǎo)致晶粒明顯細(xì)化、球化；劇烈的強(qiáng)迫對流促進(jìn)晶粒從型壁上游離，大大增加金屬熔體的形核率。對于材料凝固過程中的晶體取向控制技術(shù)，目前主要根據(jù)晶體的各軸磁化率不同，利用磁場Lorentz力作用，獲得平行于磁場方向的沿易軸取向的織構(gòu)。磁場可以施加在定向凝固過程中。 磁場僅能對初始凝固的激冷薄層中的形核晶粒的取向施加作用，由.于缺少晶粒自由取向的熔體 空間，造成磁場作用不明顯。目前磁場更多地施加于普通凝固過程中，相比定向凝固的優(yōu)點(diǎn)在 于，形核晶粒自由取向的熔體空間較大，磁場作用時間長，更易于產(chǎn)生沿易軸取向的織構(gòu)。隨 著5T以上超導(dǎo)強(qiáng)磁場的出現(xiàn)，強(qiáng)磁場中的Lorentz力的效果更加明顯，并且對非磁性物質(zhì)一直被 忽略的磁化力的利用變得可能。因此，有關(guān)磁場下的結(jié)晶取向控制，以及凝固和再結(jié)晶的理論
與應(yīng)用研究開始受到普遍的重視?，F(xiàn)有的關(guān)于材料加熱電磁處理方面的公開專利較多，主要分為強(qiáng)磁場處理方法或裝置、 高頻磁場處理方法或裝置、梯度磁場處理方法或裝置、脈沖磁場處理方法或裝置、以及磁場電 場復(fù)合處理方法或裝置等。中國專利CN2879162Y公開了一種強(qiáng)磁場下高溫處理裝置，利用其裝置能夠?qū)我粡?qiáng)磁場 (5T以上)與高溫環(huán)境耦合，對材料熔化過程進(jìn)行處理，并能利用其裝置使熔體在磁場軸向移 動，進(jìn)行定向凝固。中國專利CN1472021公開了一種自生增強(qiáng)體的高頻磁場法細(xì)化工藝。其裝置利用高頻磁場 加熱細(xì)化效應(yīng)和感生高頻磁場的偏聚效應(yīng)獲得表面改性的自生梯度復(fù)合材料。 中國專利CN1865465公開了一種利用高強(qiáng)梯度磁場制備梯度復(fù)合材料的方法和裝置。利用高強(qiáng) 梯度磁場在熔融金屬材料中的作用，控制熔體的凝固，制得梯度復(fù)合材料，并控制第二相在液 態(tài)基體中分布。中國專利CN1731537公開了一種脈沖磁場作用下原位自生MgB2超導(dǎo)材料的制備方法。在套 管法的基礎(chǔ)上對材料施加脈沖磁場，制得組織優(yōu)異、臨界電流密度高的低溫超導(dǎo)材料。 中國專利CN2898052公開了一種靜磁場下電遷移凈化金屬的裝置。其裝置通過磁場和電場的聯(lián) 合作用使熔融金屬中的固相顆粒或雜質(zhì)原子發(fā)生定向遷移，凈化金屬基體。以上專利中，對于材料凝固過程中晶粒尺寸的控制主要是通過施加脈沖磁場裝置來完成的， 晶體取向的控制主要是通過施加強(qiáng)磁場裝置來完成的。在現(xiàn)有技術(shù)中，都是將單一磁場與高溫 加熱的方式耦合，完成單一的組織控制目的。對于需要同時對晶粒尺寸和晶體取向進(jìn)行控制的 某些功能材料而言，材料需要經(jīng)歷兩次加熱過程，往往后次的加熱會破壞前次處理得到的晶粒 組織，造成性能不穩(wěn)定；同時兩次加熱的工藝路線過長，浪費(fèi)資源。因此需要有一種新的方法 及裝置能夠?qū)⒚}沖磁場和強(qiáng)磁場結(jié)合起來，使材料在復(fù)合磁場作用下進(jìn)行高溫處理，以解決上 述問題。目前尚沒有見到將脈沖磁場和強(qiáng)磁場結(jié)合起來的復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法及 裝置的相關(guān)報道與專利。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法及裝置。本發(fā)明在金屬材料凝固過程中，對金屬熔體施加同軸同向的脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場，控制 晶粒尺寸和晶體取向。采用本發(fā)明的方法可以利用復(fù)合磁場的作用，對材料的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合優(yōu)化控制，強(qiáng)化 晶粒細(xì)化作用；并能解決現(xiàn)有材料凝固過程中，同時控制晶粒尺寸和晶體取向的技術(shù)問題，簡 化工藝路線，節(jié)約能源成本，優(yōu)化材料的使用性能。
在金屬材料凝固過程中，溶質(zhì)的Stocks沉降、自然對流、熔液表面張力和熱梯度引起的 Marangoni對流等作用對材料的凝固組織產(chǎn)生負(fù)面的影響，弓I起材料晶粒粗大、溶質(zhì)發(fā)生偏析、 晶粒取向雜亂無章等，影響材料使用性能。本發(fā)明在金屬材料凝固過程中引入由超導(dǎo)強(qiáng)磁場和 脈沖磁場構(gòu)成的復(fù)合磁場。超導(dǎo)強(qiáng)磁場能夠有效地平衡溶質(zhì)的Stocks重力沉降以及自然對流因 素，并能夠引導(dǎo)材料沿著一定晶體取向凝固。脈沖磁場能夠有效抑制熔體中Marangoni對流作用， 細(xì)化晶粒。同時，在合金凝固過程中電磁相互作用形成的電磁力對熔體會產(chǎn)生收縮效應(yīng)，使熔體 反復(fù)地被壓縮和振動，起到細(xì)化晶粒和第二相均勻分布的作用，改善凝固組織。本發(fā)明的復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理的專用裝置主要由加熱爐體、脈沖磁體、超導(dǎo)磁體、 水冷套、下蓋板、上蓋板、熱電偶、上限位塊、下限位塊、加熱控制系統(tǒng)、脈沖磁體電源、超 導(dǎo)磁體電源和循環(huán)冷水設(shè)備組成。加熱爐體內(nèi)部的爐管由耐高溫陶瓷管構(gòu)成，高溫加熱爐絲纏 繞在爐管外部，構(gòu)成管狀爐體，爐體加熱溫度最高為130(TC。脈沖磁體圍繞在加熱爐體的外部， 脈沖磁體為螺管結(jié)構(gòu)，所用線材為矩形截面的純銅線。超導(dǎo)磁體套在脈沖磁體的外部，超導(dǎo)磁 體采用螺管線圈結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)線材為Nb-Ti合金材料，磁場強(qiáng)度》6T,磁場均勻區(qū)尺寸O100mm。 加熱爐體、脈沖磁體、超導(dǎo)磁體三者中心軸線重合，由內(nèi)向外逐層嵌套。水冷套材料為無磁不 銹鋼，水冷套為復(fù)雜圓筒狀，套體的軸向縱截面呈"M"形。水冷套安裝位置在加熱爐體、脈 沖磁體、超導(dǎo)磁體三者之間，使冷卻水流將加熱爐體、脈沖磁體、超導(dǎo)磁體三者相互之間隔開。 加熱爐體與水冷套之間有大于5mm的間隙，其中填充有保溫棉。上蓋板和下蓋板分別位于裝置 的上、下端部，對整個裝置部件進(jìn)行定位固定。上限位塊位于上蓋板和加熱爐體之間。下限位 塊位于下蓋板和加熱爐體之間。熱電偶穿入上限位塊的垂直盲孔內(nèi)接近金屬錠處。在裝置的外 部安裝有加熱控制系統(tǒng)、脈沖磁體電源、超導(dǎo)磁體電源和循環(huán)冷卻水設(shè)備。其中，加熱控制系 統(tǒng)通過導(dǎo)線分別與熱電偶和加熱爐體連接，根據(jù)熱電偶測量并實時傳輸?shù)降慕饘俸辖鸩牧蠝囟?值，通過實時調(diào)整加熱爐體的通電與斷電狀態(tài)，達(dá)到控制金屬棒的熔化與凝固過程的目的；脈 沖磁體電源通過導(dǎo)線與脈沖磁體連接，根據(jù)外部調(diào)節(jié)指令，通過對脈沖磁體的工作狀態(tài)的控制， 完成對脈沖磁場的控制；超導(dǎo)磁體電源通過導(dǎo)線與超導(dǎo)磁體連接，根據(jù)外部調(diào)節(jié)指令，通過對 超導(dǎo)磁體的工作狀態(tài)的控制，完成對超導(dǎo)強(qiáng)磁場的控制；循環(huán)冷卻水設(shè)備通過水管分別與水冷 套的上、下兩端連接，在整個發(fā)明裝置工作過程中，循環(huán)冷水的作用，完成對加熱爐體、脈沖 磁體和超導(dǎo)磁體的冷卻，保證安全運(yùn)行。本發(fā)明方法包括以下實施步驟1) 首先將金屬錠切割成規(guī)定尺寸的棒狀；2) 將棒狀金屬錠放置于加熱爐體爐腔中，升溫至熔點(diǎn)以上，隨后保溫至金屬錠完全熔化；3) 控制加熱爐體，使t屬錠熔體開始俾溫，同時或者分別開啟脈沖磁體和超導(dǎo)磁體，對熔
體施加同軸同向的脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場；4)待金屬錠凝固后，關(guān)閉脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場，得到晶粒尺寸細(xì)小和晶體取向一致的金 屬材料。其中，本發(fā)明的金屬錠可以是Fe、 Al、 Cu、 Pb、 Sn、 Zn等或其合金材料。脈沖磁場參數(shù) 為脈沖電流0-600A，脈沖頻率0-5Hz。超導(dǎo)強(qiáng)磁場參數(shù)為磁場強(qiáng)度》6T，磁場均勻區(qū)尺寸 OlOOmm。脈沖磁體電源的主要參數(shù)為脈沖電壓500-5000V，電源電容8-600uF，儲能值72J， 震蕩頻率200-3000Hz，放電電流0-600A，放電頻率0-10Hz。本發(fā)明方法中，將脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場的復(fù)合磁場同時施加于金屬熔體中，有別于現(xiàn)有 技術(shù)中單一磁場施加于金屬熔體中?，F(xiàn)有單一磁場的施加一般只能對金屬熔體產(chǎn)生^方面的強(qiáng) 化作用，如單一的控制細(xì)晶作用，或單一的控制晶粒取向作用；而復(fù)合磁場的同時施加，可以 在金屬熔體的一次凝固過程中同時產(chǎn)生控制細(xì)晶作用和控制晶粒取向作用，利于材料性能的提 高。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)在于將現(xiàn)有的脈沖磁場處理和強(qiáng)磁場處理兩種磁場技術(shù)方 法整合為一套技術(shù)方法，使材料在一次加熱過程中同時完成晶粒尺寸和晶體取向。應(yīng)用脈沖磁 場優(yōu)化晶體取向的同時，復(fù)合磁場作用能夠強(qiáng)化晶粒細(xì)化效應(yīng)。該發(fā)明能夠簡化工藝路線，節(jié) 約生產(chǎn)成本，提高效率；還能夠減少能源消耗，減輕環(huán)境的負(fù)擔(dān)；同時，材料減少一次加熱過 程，能夠盡量避免二次加熱對材料前次加熱處理性能的破壞與干擾，避免材料二次受熱過程中 雜質(zhì)和空氣的引入對材料性能的影響，優(yōu)化材料的使用性能。


圖l本發(fā)明復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法示意圖；圖中實箭頭A、 B、 C表示采用本發(fā)明方法可以完成的復(fù)合磁場施加順序和方式，虛箭頭D、 E分別表示其它現(xiàn)有技術(shù)中運(yùn)用到的單一的脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場施加方式。 圖2應(yīng)用本發(fā)明復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法的裝置示意圖;圖中1.金屬錠，2.加熱爐體，3.脈沖磁體，4.超導(dǎo)磁體，5.水冷套，6.下蓋板，7.上蓋板， 8.熱電偶，9.上限位塊，IO.下限位塊，ll.加熱控制系統(tǒng)，12.脈沖磁體電源，13.超導(dǎo)磁體電源， 14.循環(huán)冷卻水設(shè)備。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明方法是在金屬材料凝固過程中，對金屬材料熔體施加同軸同向的脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng) 磁場，控制晶粒尺寸和晶體取向。如圖1所示，A、 B、 C表示采用本發(fā)明方法可以完成的復(fù)合磁場施加順序和方式:A.先施
加脈沖磁場，再施加超導(dǎo)強(qiáng)磁場;B.同時施加脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場.；C.先施加超導(dǎo)強(qiáng)磁場，界 施加脈沖磁場。虛箭頭D、 E表示其它現(xiàn)有技術(shù)中運(yùn)用到的單一的磁場施加方式D.僅施加脈沖 磁場；E.僅施加超導(dǎo)強(qiáng)磁場。應(yīng)用本發(fā)明復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法的裝置如圖2所示。金屬錠l為棒狀，直徑 5-15mm，長度10-50mm。加熱爐體2內(nèi)部的爐管由耐高溫陶瓷管構(gòu)成，爐腔直徑15-20mm，長度 75-100mm。高溫加熱爐絲纏繞在爐管外部，構(gòu)成管狀爐體。將金屬錠l放置于加熱爐腔內(nèi)，位 置被固定于上限位塊9和下限位塊10之間。熱電偶8穿入上限位塊9的垂直盲孔內(nèi)接近金屬錠1處， 熱電偶8對裝置工作過程中金屬錠1的溫度變化進(jìn)行實時測量，并將溫度值通過導(dǎo)線傳輸給加熱 控制系統(tǒng)ll，加熱控制系統(tǒng)11再通過導(dǎo)線與加熱爐體2連接，實時調(diào)整加熱爐體2的通電與斷電 狀態(tài)，達(dá)到控制金屬錠l的熔化與凝固過程的目的。加熱爐體(2)、脈沖磁體(3)和超導(dǎo)磁體 (4)三者中心軸線重合，由內(nèi)向外逐層嵌套。在加熱爐體2的外部套有一個內(nèi)徑40-50mm，外 徑60-70mm，長度75-100mm螺管結(jié)構(gòu)的脈沖磁體3，脈沖磁體3的線圈材料采用矩形截面形狀的 純銅導(dǎo)線。在脈沖磁體3的外部套有一個超導(dǎo)磁體4，超導(dǎo)磁體4采用Nb-Ti螺管結(jié)構(gòu)。脈沖磁體3 和超導(dǎo)磁體4復(fù)合產(chǎn)生脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場，兩磁場在處理過程中可同時開啟，也可以分別開 啟。脈沖磁體3和超導(dǎo)磁體4分別產(chǎn)生的磁場方向都平行于加熱爐體2的中心軸方向；在加熱爐體 2、脈沖磁體3和超導(dǎo)磁體4三者之間裝有復(fù)雜管狀水冷套5，以降低加熱爐體2、脈沖磁體3和超 導(dǎo)磁體4工作時發(fā)出的熱量對其他部分的影響。水冷套5的材料為無磁不銹鋼。在加熱爐體2與水 冷套5之間填充有厚度大于5mm的保溫棉，保證加熱爐體2爐腔內(nèi)的溫度，防止漏熱。在本發(fā)明 裝置的上端和下端分別有上蓋板7和下蓋板6，對整個裝置部件進(jìn)行定位固定。在本發(fā)明裝置的 外部放置有加熱控制系統(tǒng)ll、脈沖磁體電源12、超導(dǎo)磁體電源13和循環(huán)冷卻水設(shè)備14。其中， 加熱控制系統(tǒng)11根據(jù)熱電偶8反饋的溫度值，通過實時調(diào)整加熱爐體2的通電與斷電狀態(tài)，達(dá)到 控制金屬錠l的熔化與凝固過程的目的；脈沖磁體電源12根據(jù)外部調(diào)節(jié)指令，通過對脈沖磁體3 的工作狀態(tài)的控制，完成對脈沖磁場的控制。超導(dǎo)磁體電源13根據(jù)外部調(diào)節(jié)指令，通過對超導(dǎo) 磁體4的工作狀態(tài)的控制，完成對超導(dǎo)強(qiáng)磁場的控制。循環(huán)冷卻水設(shè)備14在整個裝置工作過程中， 通過將安裝在加熱爐體2、脈沖磁體3和超導(dǎo)磁體4之間的冷卻水冷套5中的水進(jìn)行冷卻循環(huán)，來 完成對加熱爐體2、脈沖磁體3和超導(dǎo)磁體4的冷卻，保證安全運(yùn)行。脈沖磁體電源12的主要參數(shù) 為脈沖電壓500-5000V，電源電容8-600n F，儲能值72J，震蕩頻率200-3000Hz，放電電流0-600A， 放電頻率0-10Hz。本方法及裝置可以用于金屬材料凝固過程中晶相組織控制的高溫處理，實施過程中，首先 將金屬錠l切割成規(guī)定尺寸的棒狀；將棒狀金屬錠1放置于本發(fā)明裝置的加熱爐體2爐腔中，升溫 至熔點(diǎn)以上，隨后保溫至金屬錠l完全熔化；控制加熱爐體2，使金屬錠l熔體開始降溫,，同吋 或者分別開啟脈沖磁體3和超導(dǎo)磁體4，對熔體施加同軸同向的脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場r待金屬 錠1凝固后，關(guān)閉脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場，得到晶粒尺寸細(xì)小和晶體取向一致的金屬材料。復(fù)合磁場下Al-6.5Bi偏晶合金的凝固制備。將99.99 。/。的高純Bi和99.99 。/。的高純A1按 Al-6.5Bi (wt.%)合金成分配得，并澆鑄成(510X20mm的小棒作為試樣。將試樣放入該裝置的 爐腔內(nèi)位置。高溫處理裝置中加熱爐體升溫到1000'C，使溶液中溶質(zhì)充分互溶。將溫度降至790 'C固液兩相區(qū)位置，開啟脈沖磁場，參數(shù)軸向脈沖磁場，脈沖電流300A,頻率4Hz。待溫度 降至657'C附近，關(guān)閉脈沖磁場，開啟超導(dǎo)強(qiáng)磁場，參數(shù)軸向靜磁場，磁場強(qiáng)度6T。待溫度降 至270'C附近，合金完全凝固，關(guān)閉超導(dǎo)強(qiáng)磁場，獲得基體晶粒細(xì)小，富Bi顆粒均勻分布的偏晶么全a五o復(fù)合磁場下Zn-2Cu包晶合金的凝固制備。將99.9。/。的高純Bi和99.9。/n的高純Al按Al-2Cu(wt. %)合金成分配得，并澆鑄成①10X20mm的小棒作為試樣。將試樣放入該裝置的爐腔內(nèi)位置。 高溫處理裝置中加熱爐體升溫到64(TC,使溶液中溶質(zhì)充分互溶。將溫度降至500'C附近固液兩 相區(qū)位置，同時開啟超導(dǎo)強(qiáng)磁場和脈沖磁場，參數(shù)超導(dǎo)強(qiáng)磁場強(qiáng)度6T;脈沖磁場脈沖電流300A， 頻率4Hz。待溫度降至425r附近，合金完全凝固，關(guān)閉超導(dǎo)強(qiáng)磁場和脈沖磁場，獲得基體晶粒 細(xì)小，富Cu顆粒均勻分布的偏晶合金。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法，其特征在于在金屬材料凝固過程中，對金屬熔體施加同軸同向的脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場，控制晶粒尺寸和晶體取向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法，其特征在于包括以下步驟1) 首先將金屬錠(I)切割成規(guī)定尺寸的棒狀；2) 將棒狀金屬錠(1)放置于加熱爐體(2)爐腔中，升溫至熔點(diǎn)以上，隨后保溫至金屬錠 (1)完全熔化；3) 控制加熱爐體(2)，使金屬錠(1)熔體開始降溫，同時或者分別開啟脈沖磁體(3)和 超導(dǎo)磁體(4)，對熔體施加同軸同向的脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場；4) 待金屬錠(1)凝固后，關(guān)閉脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場，得到晶粒尺寸細(xì)小和晶體取向一 致的金屬材料。
3. 應(yīng)用權(quán)利要求l所述的復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理方法的裝置，其特征在于包括加熱 爐體(2)、脈沖磁體(3)、超導(dǎo)磁體(4)、水冷套(5)、下蓋板(6)、上蓋板(7)、熱電偶(8)、 上限位塊(9)、下限位塊(10)、加熱控制系統(tǒng)(11)、脈沖磁體電源(12)、超導(dǎo)磁體電源(13) 和循環(huán)冷水設(shè)備(14);加熱爐體(2)內(nèi)部的爐管由耐高溫陶瓷管構(gòu)成，高溫加熱爐絲纏繞在 爐管外部，構(gòu)成管狀爐體；加熱爐體(2)、脈沖磁體(3)和超導(dǎo)磁體(4)三者中心軸線重合， 由內(nèi)向外逐層嵌套；脈沖磁體(3)圍繞在加熱爐體(2)的外部，脈沖磁體(3)為螺管結(jié)構(gòu)； 超導(dǎo)磁體(4)套在脈沖磁體(3)的外部，超導(dǎo)磁體(4)采用螺管線圈結(jié)構(gòu)；水冷套(5)為 復(fù)雜圓筒狀，套體的軸向縱截面呈"M"形，水冷套(5)安裝位置在加熱爐體(2)、脈沖磁體(3)和超導(dǎo)磁體(4)三者之間，使冷卻水流將加熱爐體(2)、脈沖磁體(3)和超導(dǎo)磁體(4) 三者相互之間隔開；加熱爐體(2)與水冷套(5)之間的間隙填充有保溫棉；上蓋板(7)和下 蓋板(6)分別位于裝置的上、下端部，對整個裝置部件進(jìn)行定位固定；上限位塊(9)位于上 蓋板(7)和加熱爐體(2)之間；下限位塊(10)位于下蓋板(6)和加熱爐體(2)之間；熱 電偶(8)穿入上限位塊(9)的垂直盲孔內(nèi)接近金屬錠(1)處；在裝置外部安裝有加熱控制系 統(tǒng)(ll)、脈沖磁體電源(12)、超導(dǎo)磁體電源(13)和循環(huán)冷卻水設(shè)備(14);加熱控制系統(tǒng)(ll) 通過導(dǎo)線分別與熱電偶(8)和加熱爐體(2)連接；脈沖磁體電源(12)通過導(dǎo)線與脈沖磁體(3)連接；超導(dǎo)磁體電源(13)通過導(dǎo)線與超導(dǎo)磁體(4)連接；循環(huán)冷水設(shè)備(14)通過水 管分別與水冷套(5)的上、下兩端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理裝置，其特征在于所述的脈沖磁體(3)的線圈材料為矩形截面的純銅線；超導(dǎo)磁體(4)的超導(dǎo)線材為Nb-Ti合金材料；水冷套 (5)的制作材料為無磁不銹鋼。
全文摘要
一種復(fù)合磁場下金屬材料高溫處理的方法，在金屬材料凝固過程中，對金屬熔體施加同軸同向的脈沖磁場和超導(dǎo)強(qiáng)磁場，控制晶粒尺寸和晶體取向。應(yīng)用本發(fā)明方法的裝置包括加熱爐體(2)、脈沖磁體(3)、超導(dǎo)磁體(4)、水冷套(5)、加熱控制系統(tǒng)(11)、脈沖磁體電源(12)、超導(dǎo)磁體電源(13)和循環(huán)冷水設(shè)備(14)。加熱爐體(2)、脈沖磁體(3)和超導(dǎo)磁體(4)三者中心軸線重合，由內(nèi)向外逐層嵌套。本發(fā)明可對材料的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合優(yōu)化控制，在超導(dǎo)強(qiáng)磁場優(yōu)化晶體取向的同時，復(fù)合磁場還起到強(qiáng)化晶粒細(xì)化作用；將現(xiàn)有的脈沖磁場處理和強(qiáng)磁場處理兩種磁場技術(shù)方法整合為一，簡化了工藝流程，減少了能源消耗。
文檔編號B22D27/02GK101157125SQ20071017755
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者宋守森, 戴銀明, 暉 王, 王秋良, 程軍勝, 黃天斌 申請人:中國科學(xué)院電工研究所