[发明专利]一种异质结构金属材料的连续制备装置及方法

权利要求书

1.一种异质结构金属材料的连续制备装置，其特征在于：包括设置的坩埚（5）、控温铸型（7）、结晶器（8）和牵引机构（10）；其中坩埚（5）的外侧设有第一加热器（1）；坩埚（5）的出料口连接控温铸型（7）；控温铸型（7）的出口端设置结晶器（8）；其中气冷管（2）一端穿过坩埚（5）并插入在控温铸型（7）的内腔；气冷管（2）的外壁与控温铸型（7）的内壁形成型腔；其中气冷管（2）的内腔为中空结构且内部插入导气管（3）；气体经导气管（3）的进气口进入，从导气管（3）底部的出气口进入到气冷管（2）内，导气管（3）的出气口位于气冷管（2）下部，沿着导气管（3）外壁与气冷管（2）内壁之间的缝隙通过气冷管（2）顶部的开口缝隙流出；其中控温铸型（7）的外侧设有第二加热器（6）。

2.根据权利要求1所述的一种异质结构金属材料的连续制备装置，其特征在于：其中所述导气管（3）的外壁与气冷管（2）内壁之间的间距为2～80mm，导气管（3）底部到气冷管（2）底部之间的距离为5～50mm。

3.根据权利要求1所述的一种异质结构金属材料的连续制备装置，其特征在于：所述控温铸型（7）的高度为100～1000mm，控温铸型（7）出口的内径为5～300mm。

4.根据权利要求1所述的一种异质结构金属材料的连续制备装置，其特征在于：所述导气管（3）、气冷管（2）、控温铸型（7）三者的中心线重合。

5.一种异质结构金属材料的连续制备方法，其特征在于：所述异质结构金属材料连续制备方法是通过对铸型进行加热将铸型温度控制在金属固相线以上温度范围内进行铸造的方法；所述的连续制备方法制备出的金属材料为柱状晶和等轴晶均匀混合异构组织。

6.根据权利要求5所述的一种异质结构金属材料的连续制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过加热器（1）对坩埚（5）进行加热，使得坩埚（5）内的金属熔化；控温铸型（7）在加热器（6）的作用下被加热至两相区温度范围内；

步骤2：熔化后的金属熔液从坩埚（5）中流入控温铸型（7）内，控温铸型（7）内部插入气冷管（2），气冷管（2）内部插入导气管（3），气体经导气管（3）的进气口进入到气冷管（2）内，通过气冷管（2）顶部的缝隙流出，气体不进入金属熔体内；

步骤3：在气冷管（2）的冷却作用下使得熔体快速冷却形核，在控温铸型（7）内部获得初始结晶晶粒与金属熔体共存的固液混合体；通过调节气冷管（2）外壁与控温铸型（7）内壁的环形缝隙间距、气体温度、气体流量、气冷管转速来控制形核速率。

7.步骤4：在控温铸型（7）的出口端设置结晶器（8）和二次冷却器（9）对金属进行强制冷却，使得凝固金属与未完全凝固金属熔体间建立起沿拉坯方向的温度梯度，热量主要沿轴向向强制冷却区传输，合金熔体在铸型内部实现定向凝固，合金熔体有沿连铸方向定向生长形成柱状晶的趋势，且沿着拉坯方向在冷却器下方安装牵引机构，对金属铸坯进行连续拉制。

8.根据权利要求5所述的一种异质结构金属材料的连续制备方法，其特征在于：其中所述导气管（3）的外壁与气冷管（2）内壁之间的间距为2～80mm，导气管（3）底部到气冷管（2）底部之间的距离为5～50mm。

9.根据权利要求5所述的一种异质结构金属材料的连续制备方法，其特征在于：所述坩埚（1）置于空气或真空或充入惰性气体保护的环境中。

10.根据权利要求5所述的一种异质结构金属材料的连续制备方法，其特征在于：导气管导入气体流量为0～2000L/min，气体温度为-20℃～20℃。