專利名稱：一種激光－強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種備偏晶合金的方法,尤其涉及一種激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的方法。
背景技術(shù)：
偏晶合金又稱難混溶合金，具有許多獨(dú)特的物理、化學(xué)與機(jī)械性能。當(dāng)在硬度較高的基體上均勻彌散分布較軟的第二相顆粒時，偏晶合金具有優(yōu)異的自潤滑特征，可用作汽車軸瓦材料。當(dāng)在具有良好導(dǎo)電性能的基體上均勻彌散分布第二相顆粒時，偏晶合金兼具有高導(dǎo)電與高耐磨特征，可用作電接觸材料。當(dāng)在具有良好導(dǎo)熱性能的基體上均勻彌散分布第二相顆粒時，彌散分布的顆粒間盡管相互分離但可通過隧道效應(yīng)建立超導(dǎo)關(guān)聯(lián)，偏晶合金具有優(yōu)異的超導(dǎo)特征，可用作超導(dǎo)材料。因此，偏晶合金內(nèi)彌散分布的第二相顆粒極大地延伸了偏晶合金的導(dǎo)磁、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨與耐蝕性能，成為了工程上一類十分重要且廣泛應(yīng)用的金屬材料。但是，偏晶合金存在一個液相兩相區(qū)，在這一溫度范圍內(nèi)完全熔化的液態(tài)金屬各組元之間分離成互不相溶的單獨(dú)液相，在地球重力作用下，密度較大的液相會自動下沉到熔池底部，密度較小的液相會自動上浮到熔池頂部，導(dǎo)致液相在凝固過程中自動分層，嚴(yán)重惡化了偏晶合金優(yōu)異性能的發(fā)揮。因此，常規(guī)鑄造方法很難制備大體積的性能優(yōu)異的偏晶合金，從而限制了偏晶合金的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。為了克服常規(guī)鑄造方法制備偏晶合金在凝固過程中易于分層的問題，獲得勻相的高性能偏晶合金，國內(nèi)外的專家學(xué)者提出了許多方法與措施，綜合起來主要有粉末冶金法、微重力法、定向凝固法、強(qiáng)磁場法等。其中，粉末冶金被認(rèn)為是制備偏晶合金較成功的一種方法，它克服了重力作用下偏晶合金凝固時的液相分層行為。但是，粉末冶金法制備高性能偏晶合金過程中存在金屬粉末易氧化，致密性差與強(qiáng)度低等問題。微重力法包括空間微重力法與地面微重力法，其中空間微重力法削除了重力環(huán)境下偏晶合金內(nèi)第二相顆粒的Stokes下沉效應(yīng)，但空間微重力法制備成本高，對第二相顆粒長大機(jī)制、影響因素以及偏晶合金凝固過程缺乏深入的認(rèn)識；盡管可以通過落塔管實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)地面微重力制備偏晶合金，降低制造成本，但是地面微重力法保持微重力的時間很短，導(dǎo)致無法制備大尺寸高性能的偏晶合金。定向凝固法制備偏晶合金是指當(dāng)固/液界面的生長速度超過第二相顆粒逃離前沿的速度時，粒子將被生長著的界面所吞沒，形成具有均勻彌散分布第二相顆粒的組織。因此，定向凝固法對于研究偏晶合金凝固理論具有十分重要的意義，與一些其他的制備技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用前景十分廣闊，但是定向凝固法存在工藝復(fù)雜，工藝參數(shù)不易控制以及生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。強(qiáng)磁場產(chǎn)生的洛侖茲力可以部分抵消重力的影響，抑制合金熔體的對流，降低第二相顆粒的運(yùn)動速度，改善組織的宏觀偏析，為制備大尺寸偏晶合金提供了一種新的途徑。但是，強(qiáng)磁場法制備偏晶合金過程中需要真空加熱爐裝置，導(dǎo)致操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，制備的偏晶合金仍存在宏觀偏析與組織不均勻等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的方法。本發(fā)明利用具有快速加熱、快速凝固、柔性制造、易實(shí)現(xiàn)自動化等特點(diǎn)的高能CO2激光束，將粉末噴嘴噴射出的偏晶合金粉末在具有一定形狀的銅鑄模中熔化，同時利用強(qiáng)磁場具有抑制熔體的Marangoni對流、驅(qū)動晶界移動、調(diào)節(jié)晶粒生長速度與生長模式、細(xì)化晶粒等特點(diǎn)，抑制熔化的偏晶合金粉末在快速凝固過程的組織偏析與結(jié)構(gòu)分層等缺陷。另外，利用銅鑄模的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，將熔融偏晶合金粉末的凝固放熱快速釋放，極大地提高熔融偏晶合金粉末的凝固冷卻速度，將凝固過程中在偏晶合金內(nèi)析出的第二相顆粒快速地“包覆”起來，進(jìn)一步減少組織偏析，形成具有均勻彌散分布第二相顆粒的偏晶合金。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其方法與步驟為
(1)根據(jù)偏晶合金的化學(xué)成分，將各組分的金屬粉末按質(zhì)量百分比混合，并加入到成膜物質(zhì)中機(jī)械攪拌配制成漿料； (2)將配制好的的漿料經(jīng)行星式球磨機(jī)混合均勻后，放置于干燥箱內(nèi)在12(T250°C溫度下烘干，經(jīng)機(jī)械研磨成粒度均勻、流動性好的偏晶合金粉末，并放置于旁軸自動送粉器的裝料斗內(nèi)；
(3)將具有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的銅鑄模放置于強(qiáng)磁場裝置的超導(dǎo)磁體內(nèi)的中心位置，在銅鑄模內(nèi)獲得強(qiáng)度為1(Γ50Τ強(qiáng)磁場。其中，銅鑄模循環(huán)冷卻水流量為3(T500 L/min ；
(4)將CO2激光器發(fā)出的激光束與積分鏡作用后形成光斑尺寸為30_X5_的寬帶CO2激光束與粉末噴嘴定位于銅鑄模邊緣，利用粉末噴嘴將偏晶合金粉末噴射入CO2激光束的熱源內(nèi)快速熔化，當(dāng)CO2激光束在銅鑄模內(nèi)掃描時，熔化的偏晶合金粉末在銅鑄模底部快速凝固并形成沉積層；
(5)當(dāng)在銅鑄模底部沉積完一圈之后，沿著激光掃描速度的垂直方向移動加工機(jī)床，其移動的距離為激光光斑長度方向的85、0%;其中，激光功率為flO kW，激光掃描速度為60^600 mm/min，粉末流量為1(T120 g/min，粉末噴嘴與銅鑄模底部表面的夾角為40 60° ；
(6)重復(fù)步驟(4)- (5)，直到沉積層布滿整個銅鑄模底部；
(7)檢測沉積層是否充滿整個銅鑄模，如果沒有，將激光加工頭沿Z軸向上移動一段距離ΛΖ，該距離ΛΖ為剛形成的沉積層的厚度，重復(fù)步驟(4) 一(6)，直到形成的沉積層充滿整個銅鑄模；
(8)當(dāng)獲得與銅鑄模相同高度的沉積層時，將銅鑄模與沉積層分離，然后將沉積層放入電阻爐內(nèi)在20(T50(TC溫度下退火，獲得無裂紋、高性能的偏晶合金。本發(fā)明所述的成膜物質(zhì)為乙基纖維素、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂。本發(fā)明在進(jìn)行所述的步驟(3)時，具有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的銅鑄模的幾何形狀為空心圓柱體、空心圓臺、空心棱臺，壁厚為5 10 mm，高度為5 200 mm。本發(fā)明在進(jìn)行所述的步驟(4)時，銅鑄模頂部安裝有噴氣嘴，利用噴氣嘴向銅鑄模內(nèi)連續(xù)吹入氬氣，防止熔化的偏晶合金粉末氧化或氮化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(I)利用CO2激光束快速加熱熔化偏晶合金粉末的同時引入強(qiáng)磁場，抑制熔化的偏晶合金粉末的對流，降低第二相顆粒的運(yùn)動速度，改善偏晶合金的組織偏析與結(jié)構(gòu)分層。(2)利用銅鑄模的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，進(jìn)一步提高熔化的偏晶合金粉末的冷卻速度，減少偏晶合金的組織偏析。(3)通過調(diào)節(jié)激光功率、激光掃描速度、粉末流量、強(qiáng)磁場強(qiáng)度、銅鑄模循環(huán)冷卻水流量，控制熔融合金粉末的凝固速度，調(diào)節(jié)凝固形成的偏晶合金的顯微結(jié)構(gòu)，使第二相顆粒在偏晶合金內(nèi)均勻彌散分布，消除偏晶合金的組織偏析與結(jié)構(gòu)分層，制備具有一定形狀、大尺寸、高性能的偏晶合金。


圖I激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的裝置不意圖。圖2銅鑄I旲結(jié)構(gòu)不意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
米用激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄的方法制備Al-Pb系二兀偏晶合金,其化學(xué)成分為A1-12wt. %Pb，具體實(shí)施過程如圖I與圖2所示
(O根據(jù)偏晶合金的化學(xué)成分，將純度為99. 9%鋁粉與純度為99. 9%的鉛粉按質(zhì)量比22 3混合，并加入到成膜物質(zhì)為乙基纖維素中機(jī)械攪拌配制成漿料；
(2)將配制好的的漿料經(jīng)行星式球磨機(jī)混合均勻后，放置于干燥箱內(nèi)在150°C溫度下烘干，經(jīng)機(jī)械研磨成粒度均勻、流動性好的偏晶合金粉末8，并放置于旁軸自動送粉器9的裝料斗7內(nèi)；
(3)將緊固螺栓21插入左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’的螺栓孔24與24’內(nèi)擰緊，使左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’結(jié)合成銅鑄模16，銅鑄模16為開口圓柱體、開口圓臺或開口棱臺，壁內(nèi)的冷卻水循環(huán)腔20設(shè)有一個進(jìn)水口 19與一個出水口 19’，分別通過水管13與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12相連，左半銅鑄模22的通孔23與右半銅鑄模22’的通孔23’通過緊固螺栓21擰緊后相通，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12里的冷卻水能夠連續(xù)通過水管13從進(jìn)水口 19流入冷卻水循環(huán)腔20內(nèi)，然后經(jīng)過出水口 19流入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻。將具有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12的銅鑄模16放置于強(qiáng)磁場裝置14的超導(dǎo)磁體10內(nèi)的中心位置，銅鑄模16與超導(dǎo)磁體10均固定于加工機(jī)床15上，數(shù)控系統(tǒng)I同時控制強(qiáng)磁場裝置14與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12，使強(qiáng)磁場裝置14在銅鑄模16內(nèi)獲得強(qiáng)度為20T強(qiáng)磁場，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12在冷卻水循環(huán)腔20內(nèi)的流量為150L/min，銅鑄模16的幾何形狀為開口圓臺，上、下部直徑分別為80mm與100mm,壁厚為5mm,高度為100mm;
(4)CO2激光器2發(fā)出的激光束經(jīng)反射鏡3反射后照射到積分鏡5上，形成光斑尺寸為30mmX 5mm的寬帶CO2激光束，積分鏡5安裝在激光頭4上，將粉末噴嘴6與寬帶CO2激光束17定位于銅鑄模16的邊緣，利用粉末噴嘴6將偏晶合金粉末8噴射入寬帶CO2激光束17的熱源內(nèi)快速熔化，當(dāng)寬帶CO2激光束17在銅鑄模16內(nèi)掃描時，熔化的偏晶合金粉末在銅鑄模16底部快速凝固并形成沉積層18 ;銅鑄模16頂部安裝有噴氣嘴11與11’，利用噴氣嘴11與11’向銅鑄模16內(nèi)連續(xù)吹入氬氣；
(5)當(dāng)在銅鑄模16底部沉積完一圈之后，由數(shù)控系統(tǒng)I控制加工機(jī)床15沿著激光掃描速度的垂直方向移動的距離為激光光斑長度方向的85%，激光功率為4kW，激光掃描速度為300mm/min，粉末流量為60g/min，粉末噴嘴6與銅鑄模16底部表面的夾角為45° ;
(6)重復(fù)步驟(4)- (5)，直到沉積層18布滿整個銅鑄模16的底部；
(7)檢測沉積層18是否充滿整個銅鑄模16，如果沒有，利用數(shù)控系統(tǒng)I將激光加式頭4沿Z軸向上移動一段距離ΛΖ，該距離ΛΖ為剛形成的沉積層18的厚度，重復(fù)步驟(4) 一
(6)，直到形成的沉積層18充滿整個銅鑄模16 ；
(8)當(dāng)獲得與銅鑄模16相同開口深度的沉積層18時，松開緊固螺栓21，將銅鑄模16與偏晶合金18分離成左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’然后將沉積層18放入電阻爐內(nèi)在250°C溫度下退火，獲得無裂紋、高性能的偏晶合金。實(shí)施例2
米用激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄的方法制備Ni-Pb-Cu系三兀偏晶合金,其化學(xué)成分為60wt. % Ni-30 wt. % Pb-IO wt. % Cu,具體實(shí)施過程如圖I與圖2所不
(O根據(jù)偏晶合金的化學(xué)成分，將純度為99. 9%鎳粉、純度為99. 9%的鉛粉與純度為99. 9%的銅粉按質(zhì)量比6 3 1混合，并加入到成膜物質(zhì)為丙烯酸樹脂中機(jī)械攪拌配制成漿料；
(2)將配制好的的漿料經(jīng)行星式球磨機(jī)混合均勻后，放置于干燥箱內(nèi)在200°C溫度下烘干，經(jīng)機(jī)械研磨成粒度均勻、流動性好的偏晶合金粉末8，并放置于旁軸自動送粉器9的裝料斗7內(nèi)；
(3)將緊固螺栓21插入左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’的螺栓孔24與24’內(nèi)擰緊，使左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’結(jié)合成銅鑄模16，銅鑄模16為開口圓柱體、開口圓臺或開口棱臺，壁內(nèi)的冷卻水循環(huán)腔20設(shè)有一個進(jìn)水口 19與一個出水口 19’，分別通過水管13與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12相連，左半銅鑄模22的通孔23與右半銅鑄模22’的通孔23’通過緊固螺栓21擰緊后相通，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12里的冷卻水能夠連續(xù)通過水管13從進(jìn)水口 19流入冷卻水循環(huán)腔20內(nèi)，然后經(jīng)過出水口 19流入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻。將具有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12的銅鑄模16放置于強(qiáng)磁場裝置14的超導(dǎo)磁體10內(nèi)的中心位置，銅鑄模16與超導(dǎo)磁體10均固定于加工機(jī)床15上，數(shù)控系統(tǒng)I同時控制強(qiáng)磁場裝置14與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12，使強(qiáng)磁場裝置14在銅鑄模16內(nèi)獲得強(qiáng)度為20T強(qiáng)磁場，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12在冷卻水循環(huán)腔20內(nèi)的流量為350L/min，銅鑄模16的幾何形狀為開口圓柱體，直徑為120mm,壁厚為8mm,高度為150mm ；
(4)CO2激光器2發(fā)出的激光束經(jīng)反射鏡3反射后照射到積分鏡5上，形成光斑尺寸為30mmX 5mm的寬帶CO2激光束，積分鏡5安裝在激光頭4上，將粉末噴嘴6與寬帶CO2激光束17定位于銅鑄模16的邊緣，利用粉末噴嘴6將偏晶合金粉末8噴射入寬帶CO2激光束17的熱源內(nèi)快速熔化，當(dāng)寬帶CO2激光束17在銅鑄模16內(nèi)掃描時，熔化的偏晶合金粉末在銅鑄模16底部快速凝固并形成沉積層18 ;銅鑄模16頂部安裝有噴氣嘴11與11’，利用噴氣嘴11與11’向銅鑄模16內(nèi)連續(xù)吹入氬氣；
(5)當(dāng)在銅鑄模16底部沉積完一圈之后，由數(shù)控系統(tǒng)I控制加工機(jī)床15沿著激光掃描速度的垂直方向移動的距離為激光光斑長度方向的88% ;其中，激光功率為7kW，激光掃描速度為480mm/min，粉末流量為90g/min，粉末噴嘴6與銅鑄模16底部表面的夾角為53° ;
(6)重復(fù)步驟(4)- (5)，直到沉積層18布滿整個銅鑄模16的底部；
(7)檢測沉積層18是否充滿整個銅鑄模16，如果沒有，利用數(shù)控系統(tǒng)I將激光加式頭4沿Z軸向上移動一段距離ΛΖ，該距離ΛΖ為剛形成的沉積層18的厚度，重復(fù)步驟(4) 一
(6)，直到形成的沉積層18充滿整個銅鑄模16 ；
(8)當(dāng)獲得與銅鑄模16相同開口深度的沉積層18時，松開緊固螺栓21，將銅鑄模16與偏晶合金18分離成左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’然后將沉積層18放入電阻爐內(nèi)在480°C溫度下退火，獲得無裂紋、高性能的鎳系偏晶合金。實(shí)施例3
米用激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄的方法制備Fe-Sn-Ge系三兀偏晶合金,其化學(xué)成分為50wt. % Fe-40 wt. % Sn-IO wt. % Ge,具體實(shí)施過程如圖I與圖2所不
(O根據(jù)偏晶合金的化學(xué)成分，將純度為99. 9%鐵粉、純度為99. 9%的錫粉與純度為99. 9%的鍺粉按質(zhì)量比5 4 1混合，并加入到成膜物質(zhì)為聚氨酯樹脂中機(jī)械攪拌配制成漿料；
(2)將配制好的的漿料經(jīng)行星式球磨機(jī)混合均勻后，放置于干燥箱內(nèi)在250°C溫度下烘干，經(jīng)機(jī)械研磨成粒度均勻、流動性好的偏晶合金粉末8，并放置于旁軸自動送粉器9的裝料斗7內(nèi)；
(3)將緊固螺栓21插入左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’的螺栓孔24與24’內(nèi)擰緊，使左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’結(jié)合成銅鑄模16，銅鑄模16為開口圓柱體、開口圓臺或開口棱臺，壁內(nèi)的冷卻水循環(huán)腔20設(shè)有一個進(jìn)水口 19與一個出水口 19’，分別通過水管13與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12相連，左半銅鑄模22的通孔23與右半銅鑄模22’的通孔23’通過緊固螺栓21擰緊后相通，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12里的冷卻水能夠連續(xù)通過水管13從進(jìn)水口 19流入冷卻水循環(huán)腔20內(nèi)，然后經(jīng)過出水口 19流出進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻。將具有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12的銅鑄模16放置于強(qiáng)磁場裝置14的超導(dǎo)磁體10內(nèi)的中心位置，銅鑄模16與超導(dǎo)磁體10均固定于加工機(jī)床15上，數(shù)控系統(tǒng)I同時控制強(qiáng)磁場裝置14與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12，使強(qiáng)磁場裝置14在銅鑄模16內(nèi)獲得強(qiáng)度為20T強(qiáng)磁場，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12在冷卻水循環(huán)腔20內(nèi)的流量為480L/min，銅鑄模16的幾何形狀為開口正四棱臺，上、下部的邊長分別為30mm與60mm,壁厚為IOmm,高度為185mm;
(4)CO2激光器2發(fā)出的激光束經(jīng)反射鏡3反射后照射到積分鏡5上，形成光斑尺寸為30mmX 5mm的寬帶CO2激光束，積分鏡5安裝在激光頭4上，將粉末噴嘴6與寬帶CO2激光束17定位于銅鑄模16的邊緣，利用粉末噴嘴6將偏晶合金粉末8噴射入寬帶CO2激光束17的熱源內(nèi)快速熔化，當(dāng)寬帶CO2激光束17在銅鑄模16內(nèi)掃描時，熔化的偏晶合金粉末在銅鑄模16底部快速凝固并形成沉積層18 ;銅鑄模16頂部安裝有噴氣嘴11與11’，利用噴氣嘴11與11’向銅鑄模16內(nèi)連續(xù)吹入氬氣；
(5)當(dāng)在銅鑄模16底部沉積完一圈之后，由數(shù)控系統(tǒng)I控制加工機(jī)床15沿著激光掃描速度的垂直方向移動的距離為激光光斑長度方向的90% ;其中，激光功率為10kW，激光掃描速度為600mm/min，激光光斑尺寸為30mmX 5mm，粉末流量為120g/min，粉末噴嘴6與銅鑄模16底部表面的夾角為60° ;
(6)重復(fù)步驟(4)- (5)，直到沉積層18布滿整個銅鑄模16的底部；
(7)檢測沉積層18是否充滿整個銅鑄模16，如果沒有，利用數(shù)控系統(tǒng)I將激光加式頭4沿Z軸向上移動一段距離ΛΖ，該距離ΛΖ為剛形成的沉積層18的厚度，重復(fù)步驟(4) 一
(6)，直到形成的沉積層18充滿整個銅鑄模16 ；
(8)當(dāng)獲得與銅鑄模16相同開口深度的沉積層18時，松開緊固螺栓21，將銅鑄模16與偏晶合金18分離成左半銅鑄模22與右半銅鑄模22’然后將沉積層18放入電阻爐內(nèi)在350°C溫度下退火，獲得無裂紋、高性能的鐵系偏晶合金。
權(quán)利要求
1.一種激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的方法，其特征是方法與步驟為 (1)根據(jù)偏晶合金的化學(xué)成分，將各組分的金屬粉末按質(zhì)量百分比混合，并加入到成膜物質(zhì)中機(jī)械攪拌配制成漿料； (2)將配制好的的漿料經(jīng)行星式球磨機(jī)混合均勻后，放置于干燥箱內(nèi)在12(T250°C溫度下烘干，經(jīng)機(jī)械研磨成粒度均勻、流動性好的偏晶合金粉末，并放置于旁軸自動送粉器的裝料斗內(nèi)； (3)將具有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的銅鑄模放置于強(qiáng)磁場裝置的超導(dǎo)磁體內(nèi)的中心位置，在銅鑄模內(nèi)獲得強(qiáng)度為1(Γ50Τ強(qiáng)磁場，其中，銅鑄模循環(huán)冷卻水流量為3(T500L/min ； (4)將CO2激光器發(fā)出的激光束與積分鏡作用后形成光斑尺寸為30_X5_的寬帶CO2激光束與粉末噴嘴定位于銅鑄模邊緣，利用粉末噴嘴將偏晶合金粉末噴射入寬帶CO2激光束的熱源內(nèi)快速熔化，當(dāng)寬帶CO2激光束在銅鑄模內(nèi)掃描時，熔化的偏晶合金粉末在銅鑄模底部快速凝固并形成沉積層； (5)當(dāng)在銅鑄模底部沉積完一圈之后，沿著激光掃描速度的垂直方向移動加工機(jī)床，其移動的距離為寬帶CO2激光束光斑長度方向的85、0% ;其中，激光功率為f 10kW，激光掃描速度為6(T600mm/min，粉末流量為l(Tl20g/min，粉末噴嘴與銅鑄模底部表面的夾角為40 60。； (6)重復(fù)步驟(4)- (5)，直到沉積層布滿整個銅鑄模底部； (7)檢測沉積層是否充滿整個銅鑄模，如果沒有，將激光加工頭沿Z軸向上移動一段距離ΛΖ，該距離ΛΖ為剛形成的沉積層的厚度，重復(fù)步驟(4) 一(6)，直到形成的沉積層充滿整個銅鑄模； (8)當(dāng)獲得與銅鑄模相同開口深度的沉積層時，將銅鑄模與沉積層分離，然后將沉積層放入電阻爐內(nèi)在20(T50(TC溫度下退火，獲得無裂紋、高性能的偏晶合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的方法，其特征在于配制漿料所用的成膜物質(zhì)為乙基纖維素、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的方法，其特征在于進(jìn)行所述的步驟(3)時，具有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的銅鑄模的幾何形狀為開口圓柱體、開口圓臺或開口棱臺，壁厚為5 10mm，開口深度為5 200mm，壁內(nèi)為冷卻水循環(huán)腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光一強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的方法，其特征在于進(jìn)行所述的步驟(4)時，銅鑄模頂部安裝有噴氣嘴，利用噴氣嘴向銅鑄模內(nèi)連續(xù)吹入氬氣，防止熔化的偏晶合金粉末氧化或氮化。
全文摘要
一種激光－強(qiáng)磁場復(fù)合熔鑄制備偏晶合金的方法，該方法的特點(diǎn)是首先，根據(jù)偏晶合金的化學(xué)成分，將各組分的金屬粉末按質(zhì)量百分比混合，配制成粒度均勻、流動性好的偏晶合金粉末；然后，將具有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的銅鑄模放置于強(qiáng)磁場裝置內(nèi)的中心位置，利用粉末噴嘴將偏晶合金粉末噴射入CO2激光束熱源內(nèi)快速熔化，當(dāng)激光束運(yùn)動移開后，熔化的偏晶合金粉末在銅鑄模內(nèi)快速凝固并形成偏晶合金。本發(fā)明利用CO2激光束快速加熱熔化偏晶合金粉末的同時引入強(qiáng)磁場，抑制熔體的對流，降低第二相顆粒的運(yùn)動速度，改善偏晶合金的組織偏析與結(jié)構(gòu)分層。因此，采用本發(fā)明可在高效率、低成本的條件下，制備大尺寸、第二相顆粒均勻分布、高性能的偏晶合金，克服了常規(guī)方法在重力場條件下難鑄造且存在組織分布不均勻與分層現(xiàn)象的問題。
文檔編號B22D23/06GK102978427SQ20121057113
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者周圣豐, 戴曉琴 申請人:南昌航空大學(xué)