[发明专利]一种复合材料真空熔铸系统及复合材料制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及真空高效铸造复合材料领域。为提高材料力学性能、耐磨性、耐蚀性或耐热性等，将金属与金属(类金属)、特别是金属与化合物(如Fe-B系、Fe-Al系等通过真空熔铸或粉末冶金制备得到的化合物)、金属与陶瓷或化合物与陶瓷等以冶金的方式相结合，制备出适合特殊场合(抗磨、抗蚀)的复合材料将具有十分重要的工程应用价值和技术创新。

背景技术：

传统铸造复合材料制备过程较复杂，一般将一种易氧化金属或化合物在真空下熔炼或通过粉末冶金的方式制备成预制体，放入将预制体放入容器，然后将另外一种熔化好的金属或化合物倒入容器，进行复合铸造。复合材料制备过程中，易氧化预制体放入容器中只有在真空条件下可预热和浇注，以保证复合材料界面结合良好，通常情况下，复合材料制备过程是通过多个步骤，借助一台以上熔化或预热设备来进行。为此，本发明提供一种高效集成的方法可制备出界面结合良好的复合材料。

本发明技术适合用于高效制备如金属与金属(类金属)、特别是金属与化合物(如Fe-B系、Fe-Al系等通过真空熔铸或粉末冶金制备得到的化合物)、金属与陶瓷或化合物与陶瓷复合所得的铸造复合材料。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种复合材料真空熔铸系统及复合材料制备方法，为了达到该目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种复合材料真空熔铸系统，包括真空炉，所述真空炉内设置有高位容器和低位容器，高位容器设置在低位容器侧上方并且与低位容器相对应；所述高位容器和低位容器上分别设置有相互独立的热源。

所述高位容器是容器；所述低位容器是容器。所述低位容器底端放置耐火材料垫稳。所述热源是感应线圈。

所述真空熔铸系统的复合材料制备方法，包括如下步骤：

(1)在真空炉内设置有高位容器和低位容器，高位容器设置在低位容器侧上方并且与低位容器相对应；高位容器和低位容器上分别设置有相互独立的热源；高位容器的倾斜角度为0-90°；

(2)在高位容器内放置高熔点材料，在低位容器内放置低熔点材料，同时打开高位容器和低位容器上设置的热源，使高位容器内的温度达到1600℃，使低位容器内的温度达到1400℃；

(3)待高位容器和低位容器中的熔液都熔清后，先停止对低位容器加热，使低位容器的温度降到低熔点材料熔点温度以下150～200℃，再停止对高位容器加热，然后在1600℃的浇注温度将高位容器内熔液倾斜倒入低位容器；

(4)浇注完毕后约5小时，卸掉真空和关闭循环水后，打开炉门，取出复合材料。

所述高位容器和低位容器的热源都是感应线圈加热，感应线圈中初始电流是50A，待真空炉内温度达到400-500℃时，加大加热电流至300A，使高位容器和低位容器中的熔液都熔清，且高位容器内的温度达到1600℃，低位容器内的温度达到1400℃；先使低位容器的感应线圈停止通电，同时保持高位容器的感应线圈中的电流为50A，使低位容器的温度降到1350℃，停止对高位容器加热，然后在1600℃的浇注温度将高位容器内熔液倾斜倒入低位容器；浇注完毕后约5小时，卸掉真空和关闭循环水后，打开炉门，取出复合材料。

所述高熔点材料是碳钢，所述低熔点材料是Fe₂B。

所述低位容器内放置通过粉末冶金或其它方式制备的预制体。

本发明中真空熔铸制备的复合材料过程简单，在一个真空条件下、分别独立控制加热系统中，实现制备多种界面结合良好复合材料的高效制备。

附图说明：

图1为本发明复合材料真空熔铸系统结构正视图；

图2为本发明复合材料真空熔铸系统结构侧视图；

图3为本发明Fe₂B/钢基复合材料界面金相组织(腐蚀剂：8％硝酸酒精)；

其中：1为真空炉；2为上位容器；3为下位容器；4为真空炉出水口；5为炉门；6为真空炉内腔；7为横向观察窗；8为耐火砖；9为真空炉入水口；10为抽真空口；11为密封圈；12为循环水；13为纵向观察窗；14为上位线圈；15为下位线圈；16为熔体或预制体；17为熔体。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1、图2和图3，一种高效集成真空熔铸复合材料的制备方法，包括以下要求：