[发明专利]多元合金获得210～430K稳定过冷度的凝固方法

说明书

技术领域

本发明涉及深过冷凝固领域，具体为一种能够稳定获得多元合金210～430K过冷度的深过冷凝固方法。

背景技术

深过冷快速凝固技术是指在尽可能消除异质核心的前提下，使液态金属保持在液相线以下数百度，然后大量形核并获得凝固组织的一种工艺方法，可以在慢速冷却条件下实现快速凝固。目前对合金深过冷的研究大都停留在质量较小（小于10g）试样上，以追求更大的过冷度来进行深过冷凝固理论研究。从1956年Walker最先发现过冷液态金属凝固后组织发生细化以来，60年来国内外学者对各种合金系金属的深过冷实验开展了大量研究，晶粒细化理论已经较为成熟。

G.Wilde等在《Bulk liquid undercooling and nucleation in gold》（Acta Materialia、2006、54、4759-4769）中采用熔融玻璃覆盖法对100mg纯金进行了深过冷形核理论研究，得到212K过冷度。D.M.Herlach等在《Nucleation and phase-selection in undercooled melts》（Materials Science and Engineering A、2004、375-377、9-15）中使用电磁悬浮熔炼法对1g的Fe-based,Ni-V and Nd-Fe-B合金进行深过冷研究。刘峰在《DD3高温合金的深过冷快速凝固及其快速凝固用特殊涂层》（博士学位论文、2001、P63～82）中采用复合熔盐净化法与循环过热相结合的方法使DD3高温合金获得了250K过冷度，得到全粒状晶组织。上述实例对不同合金系进行了深过冷理论机制研究，但是试样质量都非常小（小于10g），且均未提及如何使熔体获得200K以上过冷度的方法，200K以上过冷度的获得具有很大随机性，过冷度不易控制。

惠增哲在《大体积镍基共晶合金的深过冷与凝固规律》（西北工业大学博士学位论文、1998、P27～39）中，采用熔融玻璃+循环过热+化学气氛净化法使1000g的Ni-NiSn₃共晶合金获得了最大251K的初始过冷度。但是，由于在高过热温度下直接断电，大体积熔体内散热不均匀，导致凝固时熔体内外温度差较大，产生不均匀的组织。因此，在这种温度控制方法下，熔体成功获得深过冷的随机性较大，不能保证每次断电后都能得到大的过冷度，且深过冷凝固组织具有很大的不均匀性。

中国专利局2003年公布了（公开号CN1431326A）名称为“深过冷制备大体积均质Ni-Pb难混溶合金的方法”的发明专利，采用熔融玻璃净化和循环过热相结合的方法使Ni-Pb合金获得等于或高于250K的大过冷度，制备出大体积均质合金。但是专利中并未明确提及合金熔体大小，且也是在高过热温度下直接断电冷却，其实施例中的熔体过冷度均为随机获得。

综上所述，传统深过冷方法都只是通过控制过热温度和保温时间，且在最高过热温度时直接关闭电源来随机获得深过冷凝固。由于小质量试样尺寸小，内外散热速度基本相同，故在高过热温度下直接断电的方法对于小质量样品的深过冷是可行的。但同时由于这种方法动力学过冷较大，在总过冷度中所占比例过高，而由于高温断电冷却过程长，各影响因素作用时间增长，导致对熔体动力学过冷度的影响增大，使获得最大过冷度的随机性增大。致使采用相同的过热度和保温时间处理的熔体所得到的过冷度并不完全相同，甚至有时两者会差别很大。随着试样质量的增加（30g以上），熔体内部散热速度低于外部，高温下直接冷却会造成熔体内外温度场分布严重不均，难以获得均匀的过冷度，也难达到最大过冷度。因此，为了使金属熔体稳定获得200K以上的深过冷凝固，熔体的初始凝固条件的控制显得尤为重要。经过对现有文献的检索发现，目前还未有通过熔融玻璃净化+温度控制+玻璃净化剂洁净化等相结合的熔体处理方法以稳定获得熔体210～430K过冷度相应的专利公布。

为了使深过冷凝固技术具有更强的可操作性，特别是针对质量较大熔体深过冷获得200K以上过冷度，希望开发出一种工艺简单，易于操作，能够精确控制过冷度，晶粒细化效果明显，成本低廉，在合金中不引入夹杂，可获得组织均匀性好、质量较大（本发明中熔体质量为30～120g）、晶粒细小铸锭的方法。

发明内容

为克服现有技术中存在的不能获得均匀的过冷度，以及难以达到稳定的大过冷度的不足，本发明提出了一种多元合金获得210～430K稳定过冷度的凝固方法。

本发明的具体步骤为：

步骤1，三氧化二硼颗粒的制备。采用常规方法制备三氧化二硼颗粒。