[发明专利]大气环境下连续制备长尺寸泡沫金属的方法及其装置

权利要求书

1.一种大气环境下长尺寸泡沫金属材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将待熔铸金属放入上部石墨坩埚(2)中，在上部石墨坩埚(2)外部设有上部感应线圈(3)，在上部感应线圈(3)中通入交流电，通过感应加热方法，加热并熔化在上部石墨坩埚(2)中的金属原料，形成金属熔体(1)；在上部石墨坩埚(2)下方连接设置下部石墨坩埚(4)，下部石墨坩埚(4)作为石墨结晶器，在下部石墨坩埚(4)外部设有下部感应线圈(5)，在下部石墨坩埚(4)的下部连接设置水冷结晶器(6)，在水冷结晶器(6)的连铸坯(9)的拉出位置设置二冷水(7)，在水冷结晶器(6)中通入冷却水；

步骤2：待熔化后的金属熔体(1)从上部石墨坩埚(2)流入下部石墨坩埚(4)中时，在下部感应线圈(5)中通入交流电，进一步进入加热下部石墨坩埚(4)中的熔体；与此同时，开启二冷水(7)；

步骤3：开启抽拉连铸设备(8)，利用抽拉连铸设备(8)将连铸坯(9)从水冷结晶器(6)中拉出，通过水冷结晶器(6)和二冷水(7)对连铸坯(9)进行强制冷却，二冷水(7)在冷却连铸坯(9)的过程中遇热变成水蒸气(12)；

步骤4：在所述步骤3中生成的水蒸气(12)穿过连铸坯(9)与下部石墨坩埚(4)壁内表面之间的间隙中上升，并最终到达在下部石墨坩埚(4)中的金属熔体进行凝固的固液界面(11)处，在下部感应线圈(5)加热的升温作用下，使水蒸气(12)会与固液界面(11)处的高温的下部石墨坩埚(4)壁面的石墨材料发生如下化学反应：

步骤5：在所述步骤4中进行的化学反应生成的一氧化碳在金属熔体中溶解度极低，会立刻上浮；但反应生成的氢气(10)在金属熔体中具有较高的溶解度，由于抽拉连铸设备(8)开启，连铸坯(9)不断成型，一部分溶于金属熔体(1)中的氢气(10)将进入连铸坯(9)中，并使连铸坯(9)的坯体形成气孔，并最终通过连铸工艺得到长尺寸泡沫金属材料。

2.根据权利要求1所述大气环境下长尺寸泡沫金属材料的制备方法，其特征在于：所述该方法在大气环境下进行，无需密闭容器，亦无需对设备中通入各种气体。

3.根据权利要求1所述大气环境下长尺寸泡沫金属材料的制备方法，其特征在于：下部石墨坩埚(4)的材质为石墨，且在下部石墨坩埚(4)外部加设一道感应加热线圈，调控下部石墨坩埚(4)壁面形成的高温条件，促进下部石墨坩埚(4)上的碳与水蒸气(12)反应，并生成一氧化碳和氢气。

4.根据权利要求1所述大气环境下长尺寸泡沫金属材料的制备方法，其特征在于：在下部石墨坩埚(4)外部加设一道感应加热线圈，加热金属熔体(1)，由于水蒸气(12)在金属熔体(1)中的溶解度与熔体温度相关，且金属熔体(1)温度越高，水蒸气(12)溶解度越大；通过进一步加热金属熔体(1)来提高水蒸气(12)的溶解度，为下部石墨坩埚(4)的壁面与水蒸气(12)的化学反应提供更多的原料。

5.根据权利要求1所述大气环境下长尺寸泡沫金属材料的制备方法，其特征在于：在下部石墨坩埚(4)外部加设一道感应加热线圈，加热金属熔体(1)，由于氢气(10)在金属熔体(1)中的溶解度与熔体温度相关，且金属熔体(1)温度越高，氢气(10)的溶解度越大；利用加设的下部感应线圈(5)对于金属熔体(1)的进一步加热，调控并提高反应生成的氢气(10)在金属熔体(1)中的含量。

6.根据权利要求1所述大气环境下长尺寸泡沫金属材料的制备方法，其特征在于：利用下部感应线圈(5)进一步加热金属熔体(1)的方法，来提高氢气(10)在金属熔体(1)中的含量；在连铸过程中，固液界面(11)前沿发生液态到固态的相变过程，液态的金属熔体(1)中来不及排出的氢气(10)将会随着相变过程固定在固相连铸坯中，并最终形成连铸坯中的孔洞；通过控制氢气(10)在金属熔体(1)的含量，调控形成长尺寸的多孔泡沫金属材料。

7.根据权利要求1所述大气环境下长尺寸泡沫金属材料的制备方法，其特征在于：下部石墨坩埚(4)与连铸坯(9)之间存在间隙，该间隙主要是由于下部石墨坩埚(4)具有一定的拔模斜度，且该拔模斜度设定为0.01-10度。