双轴离心搅拌铸造装置以及混合金属熔炼铸造方法

1.本发明涉及复合金属材料铸造以及铸造设备技术领域，特别涉及一种双轴离心搅拌铸造装置，以及使用该装置的混合金属熔炼铸造方法。


背景技术：

2.在金属材料制备领域往往会遇到由于不能充分均匀混合而导致的材料性能较差，无法实现理论设计时材料达到的优异性能的难题。这种不均匀混合既存在于难熔金属间的液液混合，也存在与金属基复合材料中的液固混合，甚至存在于某些材料制备过程中所需的气液混合过程。为解决上述问题，国内外采用了喷射沉积、电化学沉积、搅拌摩擦焊、粉末冶金等多种工艺，试图从不同角度解决合金材料中的混合问题。虽然这些方法在一定程度上都可以解决特定的金属材料中的混合问题，但这些工艺大多存在着设备昂贵、操作复杂、适用性较差、制备流程长、生产铸锭致密性较低，不利于后续生产，且生产效率较低、生产成本过高等一系列的缺点。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种双轴离心搅拌铸造装置，利用机械结构解决合金制备过程中微米级、纳米级的成分组织不均匀等问题。为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
4.本发明的一种双轴离心搅拌铸造装置，所述装置包括：铸造装置炉体、原料熔化炉、熔液分流器、两个溶液混合炉和离心搅拌机械系统，所述原料熔化炉通过可旋转机械臂安装在所述铸造装置炉体内，所述熔液分流器、两个所述溶液混合炉和所述离心搅拌机械系统通过固定底座安装在所述铸造装置炉体内；所述熔液分流器相适配地设置在所述原料熔化炉下方，两个所述溶液混合炉对称地设置在所述熔液分流器两侧下方且与所述熔液分流器的两个熔液导流管相适配，两个所述溶液混合炉设置在所述离心搅拌机械系统内且可绕轴自转。
5.进一步地，所述原料熔化炉包括熔化炉坩埚、熔化炉感应线圈和熔化炉感应线圈保护层，所述熔化炉感应线圈绕设在所述熔化炉坩埚外周，所述熔化炉感应线圈保护层包覆住所述熔化炉感应线圈，所述熔化炉感应线圈的连接电线经过所述可旋转机械臂与所述铸造装置炉体内的电路相连接。
6.进一步地，所述原料熔化炉还包括熔化炉外壳，所述熔化炉坩埚、所述熔化炉感应线圈以及所述熔化炉感应线圈保护层和所述熔化炉外壳从内至外叠加设置，所述熔化炉感应线圈沉浸入所述熔化炉感应线圈保护层内。
7.进一步地，所述熔液分流器包括两个熔液导流管和熔液收集口，两个所述熔液导流管与所述熔液收集口相连通设置，两个所述熔液导流管分别与两个所述溶液混合炉相对应设置，所述熔液收集口位于所述原料熔化炉下方，所述原料熔化炉在所述可旋转机械臂驱动下旋转且将原料溶液倒入进所述熔液收集口内。
8.进一步地，所述溶液混合炉包括高温耐火外套、熔液混合炉坩埚、熔液混合炉感应线圈和熔液混合炉感应线圈保护层，所述熔液混合炉坩埚、所述熔液混合炉感应线圈以及所述熔液混合炉感应线圈保护层和所述高温耐火外套从外至内叠加设置，所述熔液混合炉感应线圈沉浸入所述熔液混合炉感应线圈保护层内。
9.进一步地，所述离心搅拌机械系统包括离心搅拌机、熔液混合炉自转轴和熔液混合炉公转轴，两个所述离心搅拌机通过所述固定底座设置在所述铸造装置炉体内，且两个所述离心搅拌机可绕所述熔液混合炉公转轴旋转；两个所述溶液混合炉分别设置在两个所述离心搅拌机内，且所述溶液混合炉通过所述熔液混合炉自转轴与所述离心搅拌机相连接，所述溶液混合炉可绕所述熔液混合炉自转轴旋转。
10.进一步地，所述装置还包括：炉体吊耳、炉体支架、炉体观察窗、原料加料器和温度传感器，两个所述炉体吊耳对称地设置在所述铸造装置炉体外壁上缘，至少三个所述炉体支架均匀设置在所述铸造装置炉体底部，所述炉体观察窗可开合地设置在所述铸造装置炉体上部，所述原料加料器与所述溶液混合炉相适配地设置在所述铸造装置炉体上，所述温度传感器设置在所述熔液分流器的外壁上。
11.本发明的一种混合金属的熔炼铸造方法，使用上述的装置，包括以下步骤：
12.步骤s1，将预定熔化混合的金属原料置于原料熔化炉内，通电加热至金属原料熔化并保温；
13.步骤s2，通过可旋转机械臂驱动所述原料熔化炉倾倒，将熔化的金属混合熔液倒入到熔液分流器内，并通过所述熔液分流器的分流，将金属混合熔液导流至两个溶液混合炉内；
14.步骤s3，启动所述溶液混合炉的熔液混合炉感应线圈以及离心搅拌机械系统，使得导流到所述溶液混合炉内的金属混合熔液在预定的温度下通过双轴离心搅拌实现混合；
15.步骤s4，在金属混合熔液搅拌混合均匀后，逐步降低所述溶液混合炉温度，使金属混合熔液在双旋转过程中逐步凝固实现铸造。
16.进一步地，步骤s2中，根据需要可以通过原料加料器进行二次加料。
17.本发明提供的双轴离心搅拌铸造装置以及混合金属熔炼铸造方法的有益效果是：
18.利用简单的机械结构实现了金属制备过程中微、纳米级多相均匀分布的难题，避免了复杂的工艺流程与昂贵的设备维护；有效降低了生产的成本、缩短生产周期、大幅提高生产效率。通过双轴离心混合方式，创新的使用了无接触式搅拌混合，在熔体混合均匀后同步实现金属的凝固。同时双轴离心搅拌混合充分利用离心产生的湍流结构，实现合金熔体中掺杂相的微、纳米级均匀分布，使用熔融法制备出来的金属可后续加工能力强、操作简单、适合大规模工业生产。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明双轴离心搅拌铸造装置的总体结构示意图；
21.图2是本发明双轴离心搅拌铸造装置内部结构截面示意图；
22.图3是本发明双轴离心搅拌铸造装置中熔液分流器的结构示意图。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
24.在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
25.实施例一
26.请结合参考图1至图3，本实施例的一种双轴离心搅拌铸造装置，该装置包括：铸造装置炉体1、原料熔化炉2、熔液分流器3、两个溶液混合炉4和离心搅拌机械系统5，原料熔化炉2通过可旋转机械臂101安装在铸造装置炉体1内，熔液分流器3、两个溶液混合炉4和离心搅拌机械系统5通过固定底座102安装在铸造装置炉体1内；熔液分流器3相适配地设置在原料熔化炉2下方，两个溶液混合炉4对称地设置在熔液分流器3两侧下方且与熔液分流器3的两个熔液导流管31相适配，两个溶液混合炉4设置在离心搅拌机械系统5内且可绕轴自转。
27.具体地，原料熔化炉2包括熔化炉坩埚21、熔化炉感应线圈22和熔化炉感应线圈保护层23，熔化炉感应线圈22绕设在熔化炉坩埚21外周，熔化炉感应线圈保护层23包覆住熔化炉感应线圈22，熔化炉感应线圈22的连接电线经过可旋转机械臂101与铸造装置炉体1内的电路相连接。优选地，原料熔化炉2还包括熔化炉外壳24，熔化炉坩埚21、熔化炉感应线圈22以及熔化炉感应线圈保护层23和熔化炉外壳24从内至外叠加设置，熔化炉感应线圈22沉浸入熔化炉感应线圈保护层23内。
28.熔液分流器3包括两个熔液导流管31和熔液收集口32，两个熔液导流管31与熔液收集口32相连通设置，两个熔液导流管31分别与两个溶液混合炉4相对应设置，熔液收集口32位于原料熔化炉2下方，原料熔化炉2在可旋转机械臂101驱动下旋转且将原料溶液倒入进熔液收集口32内。
29.溶液混合炉4包括高温耐火外套41、熔液混合炉坩埚42、熔液混合炉感应线圈43和熔液混合炉感应线圈保护层44，熔液混合炉坩埚42、熔液混合炉感应线圈43以及熔液混合炉感应线圈保护层44和高温耐火外套41从外至内叠加设置，熔液混合炉感应线圈43沉浸入熔液混合炉感应线圈保护层44内。
30.离心搅拌机械系统5包括离心搅拌机51、熔液混合炉自转轴52和熔液混合炉公转轴53，两个离心搅拌机51通过固定底座102设置在铸造装置炉体1内，且两个离心搅拌机51可绕熔液混合炉公转轴53旋转；两个溶液混合炉4分别设置在两个离心搅拌机51内，且溶液混合炉4通过熔液混合炉自转轴52与离心搅拌机51相连接，溶液混合炉4可绕熔液混合炉自转轴52旋转。
31.优选地，装置还包括：炉体吊耳11、炉体支架12、炉体观察窗13、原料加料器14和温度传感器15，两个炉体吊耳11对称地设置在铸造装置炉体1外壁上缘，至少三个炉体支架12均匀设置在铸造装置炉体1底部，炉体观察窗13可开合地设置在铸造装置炉体1上部，原料
加料器14与溶液混合炉4相适配地设置在铸造装置炉体1上，温度传感器15设置在熔液分流器3的外壁上。
32.实施例二
33.请结合参考图1至图3，本实施例的一种混合金属的熔炼铸造方法，使用实施例一所描述的装置，包括以下步骤：
34.步骤s1，将预定熔化混合的金属原料置于原料熔化炉2内，通电加热至金属原料熔化并保温；
35.步骤s2，通过可旋转机械臂101驱动原料熔化炉2倾倒，将熔化的金属混合熔液倒入到熔液分流器3内，并通过熔液分流器3的分流，将金属混合熔液导流至两个溶液混合炉4内；
36.步骤s3，启动溶液混合炉4的熔液混合炉感应线圈43以及离心搅拌机械系统5，使得导流到溶液混合炉4内的金属混合熔液在预定的温度下通过双轴离心搅拌实现混合；
37.步骤s4，在金属混合熔液搅拌混合均匀后，逐步降低溶液混合炉4温度，使金属混合熔液在双旋转过程中逐步凝固实现铸造。
38.优选地，步骤s2中，根据需要可以通过原料加料器14进行二次加料。
39.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
40.以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。