锆基非晶净化熔炼装置及熔炼方法与流程

本发明属于合金熔炼，具体涉及一种锆基非晶净化熔炼装置以及熔炼方法。

背景技术：

1、锆基非晶是目前商用块体非晶合金中最常用的配方。在实际的锆基非晶母合金生产过程中，一般采用海绵锆作为锆源原料来生产，但是市售品海绵锆的氧含量比较高， 使用高氧原料制成的非晶母合金铸锭会导致后续产出的锆基非晶制品氧含量同样极高，从而影响制品性能，使制品微观缺陷增多、变脆、易折断。为了解决海绵锆原料氧含量过高的问题，现有技术中通常是在熔炼中进行改善，通过在熔炼的过程中，向熔融锆基非晶熔体中加入微量稀土元素，例如钇元素、镧元素等，在熔体中与氧元素直接反应生成不融的氧化物（氧化钇等），氧化物杂质浮在熔体表面，待冷却后去除母合金锭表面的氧化皮即可。

2、现有技术中添加除氧剂的工艺久已有之，但是对于锆基非晶合金的熔炼生产来说略显不足。原因在于，熔炼过程中生成的氧化物渣，以氧化钇来说，一般以5-100μm尺寸大小的颗粒悬浮在合金熔体中，只有数量达到一定程度的熔渣才有足够的浮力浮于熔体表面，无法到达熔体表面的氧化物渣只能以颗粒的形式继续悬浮在熔体内，无法排除。这种无法上浮的氧化物颗粒，密度与锆基非晶熔融态的密度非常相近，故难以采用物理捞渣等传统冶炼工艺中的除渣方法与熔体分离。残留的氧化物颗粒杂质在锆基非晶母合金中形成异质点，加工成非晶制品后即形成力学薄弱点，导致非晶制品性能下降、易折断。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于锆基非晶除杂的锆基非晶净化熔炼装置以及相适配的熔炼方法，旨在解决锆基非晶熔炼过程中除渣后不能完全除尽的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种锆基非晶净化熔炼装置，与真空熔炼炉相适配使用，包括净化机构、动力控制机构以及净化电源；

4、所述净化机构包括阴极板、阳极板以及净化电源，所述阴极板通过阴极连接线与所述净化电源相连接，所述阳极板通过阳极连接线与所述净化电源相连接；

5、所述阴极板为石墨板，所述阳极板为高温合金板；

6、所述阴极板与所述阳极板相对设立，且两板之间通过绝缘连接部固定连接，所述绝缘连接部上设有伸缩杆，所述伸缩杆与所述动力控制机构相连，通过调节所述动力控制机构来调节所述阴极板及所述阳极板的高度；

7、所述真空熔炼炉包括炉体及设于炉体顶部的炉盖，所述炉盖的顶部开设炉顶部，所述伸缩杆贯通所述炉顶部，在熔炼炉外部与所述动力控制机构相连；所述阴极连接线以及所述阳极连接线贯通所述炉顶部，在熔炼炉外部与所述净化电源相连。

8、本发明提供的锆基非晶净化熔炼装置采用电化学方法进行二次除杂，通过研究发现的锆基非晶合金在高温熔融状态下，微小颗粒的氧化物杂质存在电离现象，因此本发明在精炼阶段引入外加电场，阴极板吸附悬浮在熔体内的极细小氧化物颗粒，从而达到深度净化锆基非晶熔体的目的。

9、优选地，所述真空熔炼炉内设有熔炼装置，所述熔炼装置包括熔炼坩埚以及设于熔炼坩埚外侧的感应加热线圈，所述感应加热线圈通过贯通炉体的线圈连接部与设于炉体外部的转动手柄固定相连；

10、所述阴极板与所述阳极板的长度为伸入坩埚底部后，所述绝缘连接部仍位于所述熔炼坩埚外部。

11、阴极板和阳极板均设为耐热材料，但是绝缘连接部由于无法采用耐热的金属材料，故设计阴极板与阳极板的长度，使绝缘连接部不与高温熔体接触，保持一定距离，避免高温。

12、优选地，所述真空熔炼炉内设有成型装置，所述成型装置为铜铸模具，所述铜铸模具设有进浇口和成型型腔。

13、优选地，所述炉盖上设有两个及两个以上的观察窗；所述炉体上设有进气孔和排气孔。观察窗用于肉眼直接观察熔炼情况，也可用于置入捞渣工具。炉体上所设的进气孔和排气孔用于连接抽真空装置和进气装置，用于抽真空、通过惰性气体以及排气。

14、本发明中还提供了一种与上述锆基非晶净化熔炼装置相适配的锆基非晶净化熔炼方法，包括如下步骤：

15、将待熔炼的原料放入熔炼坩埚内，关闭炉盖，抽真空、充入惰性气体；

16、开启感应加热线圈进行加热熔炼，熔炼前净化机构中的阴极板和阳极板设于熔炼坩埚外；

17、原料熔炼均匀后，操作动力控制机构，带动伸缩杆将阴极板和阳极板送至熔炼坩埚底部；

18、开启净化电源，设电压为6-30v，时间设为30s-3min；

19、净化完毕后，操作动力控制机构，带动伸缩杆将阴极板和阳极板提起至熔炼坩埚上方，至无熔液滴至坩埚内，再使其归至原位；

20、关闭感应加热线圈，将净化后的熔液倒入下方模具内，冷却后取出。

21、优选地，加热熔炼中，所述感应线圈加热的最终温度为高于待熔炼原料熔点220-250℃。

22、优选地，所述阴极板与所述阳极板长度相同、相对设置的面积相同；所述阴极板的厚度为所述阳极板的2-3倍。

23、优选地，所述阴极板与所述阳极板设为网孔状或者条爪状。

24、优选地，所述阴极连接线、所述阳极连接线以及所述绝缘连接部由隔热材料包裹。

25、本发明中提供的锆基非晶净化熔炼装置利用电化学方法，能够对锆基非晶熔体内的微小悬浮氧化物杂质颗粒进行吸附，从而去除，达到进一步净化锆基非晶熔体的目的。

26、通过本发明中提供的熔炼方法处理后的锆基非晶母合金铸锭氧化物杂质含量明显降低，由该母合金压铸制成的锆基非晶制品性能更稳定、产品力学性能更佳。

技术特征：

1.锆基非晶净化熔炼装置，与真空熔炼炉相适配使用，其特征在于，包括净化机构、动力控制机构以及净化电源；

2.根据权利要求1所述的锆基非晶净化熔炼装置，其特征在于，所述真空熔炼炉内设有熔炼装置，所述熔炼装置包括熔炼坩埚以及设于熔炼坩埚外侧的感应加热线圈，所述感应加热线圈通过贯通炉体的线圈连接部与设于炉体外部的转动手柄固定相连；

3.根据权利要求2所述的锆基非晶净化熔炼装置，其特征在于，所述真空熔炼炉内设有成型装置，所述成型装置为铜铸模具，所述铜铸模具设有进浇口和成型型腔。

4.根据权利要求2所述的锆基非晶净化熔炼装置，其特征在于，所述炉盖上设有两个及两个以上的观察窗；所述炉体上设有进气孔和排气孔。

5.锆基非晶净化熔炼方法，其特征在于，使用如权利要求4所述的锆基非晶净化熔炼装置。

6.根据权利要求5所述的锆基非晶净化熔炼方法，其特征在于包含如下步骤：

7.根据权利要求6所述的锆基非晶净化熔炼方法，其特征在于，加热熔炼中，所述感应线圈加热的最终温度为高于待熔炼原料熔点220-250℃。

8.根据权利要求6所述的锆基非晶净化熔炼方法，其特征在于，所述阴极板与所述阳极板长度相同、相对设置的面积相同；所述阴极板的厚度为所述阳极板的2-3倍。

9.根据权利要求6所述的锆基非晶净化熔炼方法，其特征在于，所述阴极板与所述阳极板设为网孔状或者条爪状。

10.根据权利要求6所述的锆基非晶净化熔炼方法，其特征在于，所述阴极连接线、所述阳极连接线以及所述绝缘连接部由隔热材料包裹。

技术总结
本发明提供了一种锆基非晶净化熔炼装置，与真空熔炼炉相适配使用，包括净化机构、动力控制机构以及净化电源；所述净化机构包括阴极板、阳极板以及净化电源，所述阴极板通过阴极连接线与所述净化电源相连接，所述阳极板通过阳极连接线与所述净化电源相连接。本发明还提供了一种净化熔炼方法，使用上述设备进行净化熔炼，通过本发明中提供的熔炼方法处理后的锆基非晶母合金铸锭氧化物杂质含量明显降低，由该母合金压铸制成的锆基非晶制品性能更稳定、产品力学性能更佳。

技术研发人员：高宽,王玮,陈建新
受保护的技术使用者：东莞市逸昊金属材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19