一种浇注时控制金属液面高度的装置及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及定向凝固领域，是一种浇注时控制金属液面高度的装置及制备方法。
【背景技术】
[0002]定向凝固技术可较好地控制凝固组织晶粒取向，消除横向晶界，获得柱晶或单晶组织，提高材料的纵向力学性能；典型应用如航空发动机涡轮高温合金叶片的生产，半导体材料、磁性材料、复合材料的研制中。
[0003]定向凝固炉是实现定向凝固技术的最重要装备，但是由于定向凝固炉的特殊结构以及特殊凝固方式，合金浇注时模壳伸入保温加热器内，保温加热器上端有漏斗阻碍视线，因此无法通过炉体观察孔直接观察到浇注过程，通常情况下，开炉之前需大致计算出坩祸中母合金量，这使开炉之前的准备工作变得繁琐；合金量过少会导致铸件浇不足，造成整个生产实验失败；合金量过多，会导致多余合金从冒口冒出，这不仅浪费了昂贵的母合金，更严重的是飞溅到石墨件上，造成整个炉体的损坏，使生产成本大大增加；通过对现已公布的专利、论文检索，未发现有针对这种浇注时控制金属液面高度装置的报道。
[0004]本发明为解决实际定向凝固实验、生产中，浇注时不易控制金属液面高度提供了一种解决方案的原理及装置和装置的制备方法；根据定向凝固的生产特点，当浇注的金属液面到达一定高度，与内置于漏斗的耐热金属丝接触，使耐热金属丝、液态金属、冷却铜盘、指示性电子元件及电源形成闭合回路，指示性电子元件工作，即金属液面到达所需高度；该装置生产工艺简单，能循环使用，避免了浇不足缺陷；既减少了合金的浪费，延长了石墨件的实用寿命。
【发明内容】
[0005]本发明为浇注合金时控制金属液面高度的装置，由两部分组成:内置耐热合金丝的漏斗、控制电路；漏斗嘴不能没入模壳冒口，耐热合金丝内置于漏斗壁内，合金丝上端露出部分与金属质接线柱相连，下端露出部分留有一定长度的余量，应恰好能与模壳冒口中所需高度的金属液面接触。
[0006]对于控制电路，炉内利用耐高温绝缘材料包裹的铜导线分别连接漏斗上端接线柱与连接盘和冷却铜盘与连接盘，炉外用普通导线依次连接电源及指示性电子元件以及连接盘，当浇注的金属液面到达所需高度，与耐热金属丝接触，使耐热金属丝、液态金属、冷却铜盘、指示性电子元件及电源形成闭合回路，指示性电子元件工作，即提醒金属液面到达所需高度。
[0007]所述漏斗材质采用耐高温的陶瓷材料，如高纯氧化铝。
[0008]所述内置于漏斗的耐热合金丝的耐热温度在1600°C以上，且具有塑性及抗氧化性，例如铂铑合金丝。
[0009]所述内置于漏斗内壁的耐热合金丝，在漏斗颈下端露出表面10~20cm长度的余量，将其绕置于漏斗颈处，根据所需金属液面高度适当展开至一定长度。
[0010]所述简易电路的导线，炉体内部导线应耐600~1000°C高温，且用耐高温绝缘材料包裹，例如内部为镍丝的GN500系列耐火电缆；炉体外部采用金属导线连接即可，例如普通铜导线。
[0011]一种浇注时控制金属液面高度的装置的制备方法，包括内置耐热合金丝的漏斗的制备方法，具体为:利用熔模铸造的制壳工艺制造陶瓷漏斗，并在制壳过程中，在陶瓷漏斗中间层绕置耐热合金丝。
[0012]本发明的优点:该装置生产工艺简单，能循环使用，避免了浇不足缺陷，以及极大的减少了合金的浪费，延长了石墨件的实用寿命。
【附图说明】
[0013]图1是内置耐热合金丝的漏斗示意图。
[0014]图2是浇注时控制金属液面高度的装置示意图。
图中:I漏斗颈部、2漏斗嘴、3漏斗下端铂铑30丝、4绕置在漏斗颈的铂铑30丝、5接线柱、6定向凝固炉炉体、7漏斗、8保温加热器、9模壳、10冷却铜盘、11石墨炭租、121.5m长的GN500-04耐火线、13指示灯、14 12V电源、15连接盘、16金属液、17冒口、18 Im长的GN500-04耐火线
[0015]
【具体实施方式】
[0016]内置耐热合金丝的漏斗⑦(如图1所示)的制作方法:(I)利用铝合金模具压制出漏斗外形蜡模；(2)将蜡模放入粘度为40~45s的浆料(浆料采用硅溶胶做粘结剂，高纯刚玉粉(Al2O3含量大于99wt%，粒度320目)为粉料，添加润湿剂、消泡剂进行配制，按照硅溶胶与刚玉粉质量比例1:3配比，润湿剂按硅溶胶质量的0.1%-0.5%加入；消泡剂按硅溶胶质量的0.05%-0.02%加入；下同)，在淋砂机上使用100目的刚玉砂作为面层，小刀刮净漏斗上下两端砂，风干5~8小时；(3)重复步骤2 —次；(4)将蜡模放入粘度为30~35s的浆料，在淋砂机上使用80目的刚玉砂作为过度层，刮净漏斗上下两端砂，风干5~8小时；(5)重复步骤4两次；(6)将蜡模放入粘度为30~35s的浆料，将长度为80cm的铂铑30丝④沿漏斗壁绕置，螺距在10cm，漏斗上端露出5cm铂铑30丝，漏斗下端距漏斗嘴②5cm处露出铂铑30丝20cm，在淋砂机上使用80目的刚玉砂淋砂，刮净漏斗上下两端砂，风干5~8小时；(7)重复步骤4两次；(8)将蜡模放入粘度为30~35s的浆料，在淋砂机上使用36目的刚玉砂淋砂，刮净漏斗上下两端砂，风干5~8小时；(9)重复步骤8，3~5次；(10)将蜡模放入脱蜡釜中脱蜡；(11)将脱完蜡的模壳放置到烧结炉中，在1200°C温度下烧结。
[0017]将漏斗上端露出的5cm铂铑30丝④连接铁质接线柱⑤，将漏斗下端20cm的铂铑30丝绕置在漏斗颈部①，根据金属液面所需高度，将漏斗下端铂铑30丝③拉置到一定位置，位于模壳冒口内，恰好能与模壳冒口中金属液上升到所需高度时接触。
[0018]安装时，如图2所示，将内置耐热合金丝的漏斗⑦放置在保温加热器⑧上端，漏斗嘴②与模壳冒口有4cm的距离，要将金属液高度控制在低于模壳冒口边缘Icm处，因此将漏斗下端铂铑30丝③拉置到低于冒口边缘Icm处；用Im长的GN500-04耐火线连接漏斗上端接线柱⑤和连接盘，用1.5m长的GN500-04耐火线连接冷却铜盘⑩和连接盘，炉外用铜导线依次连接12V电源、指示灯；将坩祸中的母合金金属液DD5缓慢倒入漏斗⑦，当金属液面到达所需高度，与耐热金属丝接触③，使耐热金属丝③、液态金属、冷却铜盘⑩、指示灯及电源形成闭合回路，指示灯亮起，即金属液到达所需高度。
【主权项】
1.一种浇注时控制金属液面高度的装置，其特征在于:所述装置由内置耐热合金丝的漏斗和控制电路组成；漏斗嘴不能没入模壳冒口，耐热合金丝内置于漏斗壁内，合金丝上端露出部分与金属质接线柱相连，下端露出部分留有一定长度的余量，应恰好能与模壳冒口中所需高度的金属液面接触； 对于控制电路，炉内利用耐高温绝缘材料包裹的铜导线分别连接漏斗上端接线柱与连接盘和冷却铜盘与连接盘，炉外用普通导线依次连接电源及指示性电子元件以及连接盘，当饶注的金属液面到达所需高度，与耐热合金丝接触，使耐热合金丝、液态金属、冷却铜盘、指示性电子元件及电源形成闭合回路，指示性电子元件工作，即提醒金属液面到达所需高度。
2.如权利要求1所述的一种浇注时控制金属液面高度的装置，其特征在于:漏斗材质采用耐高温的陶瓷材料，如高纯氧化铝。
3.如权利要求1所述的一种浇注时控制金属液面高度的装置，其特征在于:所述内置于漏斗的耐热合金丝的耐热温度在1600°C以上，且具有塑性及抗氧化性，如铂铑合金丝。
4.如权利要求1所述的一种浇注时控制金属液面高度的装置，其特征在于:所述内置于漏斗内壁的耐热合金丝，在漏斗颈下端露出表面10~20cm长度的余量，将其绕置于漏斗颈处，根据所需金属液面高度适当展开至一定长度。
5.如权利要求1所述的一种浇注时控制金属液面高度的装置，其特征在于:所述控制电路的导线，炉体内部导线应耐600~1000°C高温，且用耐高温绝缘材料包裹，如内部为镍丝的GN500系列耐火电缆；炉体外部采用金属导线连接即可，如普通铜导线。
6.如权利要求1所述的一种浇注时控制金属液面高度的装置的制备方法，包括内置耐热合金丝的漏斗的制备方法，其特征在于:利用熔模铸造的制壳工艺制造陶瓷漏斗，并在制壳过程中，在陶瓷漏斗中间层绕置耐热合金丝。
7.如权利要求6所述的一种浇注时控制金属液面高度的装置的制备方法，其特征在于所述利用熔模铸造的制壳工艺制造陶瓷漏斗，并在制壳过程中，在陶瓷漏斗中间层绕置耐热合金丝指: (1)利用铝合金模具压制出漏斗外形蜡模； (2)将蜡模放入粘度为40~45s的浆料，在淋砂机上使用100目的刚玉砂作为面层，小刀刮净漏斗上下两端砂，风干5~8小时； (3)重复步骤2—次； (4)将蜡模放入粘度为30~35s的浆料，在淋砂机上使用80目的刚玉砂作为过渡层，刮净漏斗上下两端砂，风干5~8小时； (5)重复步骤4两次； (6)将蜡模放入粘度为30~35s的浆料，将长度为80cm的铂铑30丝④沿漏斗壁绕置，螺距在10cm，漏斗上端露出5cm铂铑30丝，漏斗下端距漏斗嘴②5cm处露出铂铑30丝20cm，在淋砂机上使用80目的刚玉砂淋砂，刮净漏斗上下两端砂，风干5~8小时； (7)重复步骤4两次； (8)将蜡模放入粘度为30~35s的浆料，在淋砂机上使用36目的刚玉砂淋砂，刮净漏斗上下两端砂，风干5~8小时； (9)重复步骤8，3~5次；(10)将蜡模放入脱蜡釜中脱蜡；(11)将脱完蜡的模壳放置到烧结炉中，在1200°c温度下烧结。
【专利摘要】本发明涉及定向凝固领域，是一种浇注时控制金属液面高度的装置及制备方法。本装置结构由内置耐热合金丝的漏斗和控制电路组成。耐热合金丝内置于漏斗壁内，合金丝上端露出部分与金属质接线柱相连，下端露出部分留有一定长度的余量，用于控制金属液面高度。当浇注的金属液面到达一定高度，与耐热合金丝接触，使耐热合金丝、液态金属、冷却铜盘、指示性电子元件及电源形成闭合回路，指示性电子元件工作。本发明，浇注时自动控制金属液面高度装置的优点是，在封闭的保温加热器内，当人眼无法判断金属液面位置时，能有效的防止金属液溢出损坏炉体石墨件。
【IPC分类】B22D37-00
【公开号】CN104741595
【申请号】CN201510010718
【发明人】贾志宏, 张力, 赵玉涛, 梁向峰, 张弛, 谢道存
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年1月9日