一种用于制备超细高纯金属坯料的方法及装置，包括：金属液连续供给系统、两端贯通的筒状铸型腔、位于筒状铸型腔上端的落锤、位于筒状铸型腔金属液出口下方的引锭头和冷却水系统，其中：落锤与电机相连并可以在电机的驱动下在筒状铸型腔中上下运动，金属液连续供给系统与筒状铸型腔相连为其提供金属液。采用向筒状铸型腔中每隔一段时间注入金属液，并在注入间隙用落锤击打半固态金属层，使半固态金属层在压力下成型，可以快速制备致密且具有全细晶组织的高纯合金铸锭。
1.一种基于超细高纯金属坯料装置的制备方法，其特征在于，所述装置包括：金属液连续供给系统、两端贯通的筒状铸型腔、位于筒状铸型腔上端的落锤、位于筒状铸型腔金属液出口下方的引锭头和冷却水系统，其中：落锤与电机相连并在电机的驱动下在筒状铸型腔中上下运动，金属液连续供给系统与筒状铸型腔相连为其提供金属液，采用向筒状铸型腔中每隔一段时间注入金属液，并在注入间隙用落锤击打半固态金属层，使半固态金属层在压力下成型，快速制备致密且具有全细晶组织的高纯合金铸锭；
步骤1)首先使阀门处于闭合状态，调整引锭头位于金属液出口下方，落锤位于筒状铸型腔上端，通过金属液连续供给系统调节金属液温度到大于合金熔点的温度T1；开启一次冷却水系统和二次冷却水系统；
步骤2)开启阀门向筒状铸型腔内充入金属液，注入金属液的高度h，0
步骤3)完成静置后，开启电机驱动落锤向下运动，冲击半固态金属层，使半固态金属层在压力下完全凝固，并通过冲击作用使其朝向下方以步进式运动h的距离，随后提起落锤至下落前初始位置；
步骤4)反复重复步骤2和步骤3的过程，直至铸锭达到所需长度尺寸L，0
步骤5)关闭阀门，关闭冷却水系统，用电机驱动落锤下压并取出铸锭。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的筒状铸型腔两端贯通，其横截面是圆形或方形。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的金属液连续供给系统通过带有阀门的输液管与筒状铸型腔相连通，通过阀门的开闭控制金属液的供给量。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是，所述的输液管外部有保温材料用于维持金属液温度。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的冷却水系统包括：一次冷却水系统和二次冷却水系统，其中，一次冷却水系统用于冷却筒状铸型腔外壁，一次冷却水系统与输液管之间设有挡板以隔离冷却水和输液管，金属液从输液管进入筒状铸型腔后，在一次冷却水系统的作用下凝固形成半固态金属层，并进而形成铸锭，并在落锤的冲击作用下朝向下方以步进式运动，二次冷却水系统用于直接冷却金属铸锭。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的铸锭是Al、Zn、Cu、Ni、Fe、Ti、Mn、Sn、Pb、Ag或其合金材料。
超细高纯金属坯料制备方法与装置
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种铸造领域的技术，具体是一种用于制备重量在1kg至500kg的超细高纯金属坯料制备方法与装置，适用于Al、Zn、Cu、Ni、Fe、Ti、Mn、Sn、Pb、Ag等金属及其合金材料。
背景技术
[0002] 用常规方法铸造高纯合金锭，由于杂质数量的锐减导致形核困难，凝固过程中形核率大幅下降，很难得到全部的细晶组织。合金组织中总会存在一定比例的粗大晶粒，不利于得到均匀细小的晶粒组织，严重影响铸锭质量。
[0003] 增材制造方法为解决上述问题提供了新的思路。较为成熟的喷射成形的方法可以用于制备晶粒细小的铸锭，但该方法制备的铸锭气孔率高、组织不致密且氧化严重。
发明内容
[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于制备超细高纯金属坯料的方法及装置，采用向方形或圆形模具中每隔一段时间注入金属液，并在注入间隙用落锤击打半固态金属层，使半固态金属层在压力下成型，可以快速制备致密且具有全细晶组织的高纯合金铸锭。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] 本发明包括：金属液连续供给系统、两端贯通的筒状铸型腔、位于筒状铸型腔上端的落锤、位于筒状铸型腔金属液出口下方的引锭头和冷却水系统，其中：落锤与电机相连并可以在电机的驱动下在筒状铸型腔中上下运动，金属液连续供给系统与筒状铸型腔相连为其提供金属液。
[0007] 所述的两端贯通的筒状铸型腔，其横截面可以是圆形，也可以是方形。
[0008] 所述的金属液连续供给系统通过带有阀门的输液管与筒状铸型腔相连通，通过阀门的开闭控制金属液的供给量。
[0009] 所述的输液管外部有保温材料用于维持金属液温度。
[0010] 所述的冷却水系统包括：一次冷却水系统和二次冷却水系统，其中，一次冷却水系统用于冷却筒状铸型腔外壁，一次冷却水系统与输液管之间设有挡板以隔离冷却水和输液管。金属液从输液管进入筒状铸型腔后，在一次冷却水系统的作用下凝固形成半固态金属层，并进而形成铸锭，并在落锤的冲击作用下朝向下方以步进式运动，二次冷却水系统用于直接冷却金属铸锭。
附图说明
[0011] 图1为本发明结构示意图；
[0012] 图2为实施例1效果示意图；
[0013] 图中：金属液连续供给系统1、落锤2、电机3、阀门4、保温材料5、输液管6、挡板7、一次冷却水系统8、二次冷却水系统9、引锭头10、半固态金属层11、铸锭12、筒状铸型腔13、支撑架14。
具体实施方式
[0014] 实施例1
[0015] 如图1所示，用于制备超细高纯金属坯料的方法及装置，包括：金属液连续供给系统1、两端贯通的筒状铸型腔13、位于筒状铸型腔13上端的落锤2、位于筒状铸型腔13金属液出口下方的引锭头10和冷却水系统，其中：落锤2与电机3相连并可以在电机3的驱动下在筒状铸型腔13中上下运动，金属液连续供给系统1与筒状铸型腔13相连为其提供金属液。通过每隔一段时间向筒状铸型腔13注入金属液，并在注入间隙用落锤2击打半固态金属层11，使半固态金属层11在压力下成型，可以快速制备致密且具有全细晶组织的高纯合金铸锭12。
[0016] 所述的两端贯通的筒状铸型腔13，其横截面可以是圆形，也可以是方形。
[0017] 所述的金属液连续供给系统1通过带有阀门4的输液管6与筒状铸型腔13相连通，通过阀门4的开闭控制金属液的供给量。
[0018] 所述的输液管6外部有保温材料5用于维持金属液温度。
[0019] 所述的冷却水系统包括：一次冷却水系统8和二次冷却水系统9，其中，一次冷却水系统8用于冷却筒状铸型腔13外壁，一次冷却水系统8与输液管6之间设有挡板7以隔离冷却水和输液管6。金属液从输液管进入筒状铸型腔13后，在一次冷却水系统8的作用下凝固形成半固态金属层11，并进而形成铸锭12，并在落锤2的冲击作用下朝向下方以步进式运动，二次冷却水系统9用于直接冷却金属铸锭12。
[0020] 本实施例涉及一种基于上述装置的制备过程，包括以下操作环节：
[0021] 步骤1)首先使阀门处于闭合状态，调整引锭头位于金属液出口下方，落锤位于筒状铸型腔上端，通过金属液连续供给系统调节金属液温度到适宜温度T1(T1>合金熔点)；开启一次冷却水系统和二次冷却水系统。
[0022] 步骤2)开启阀门向筒状铸型腔内充入金属液，注入金属液的高度为h(0＜h＜100mm)，关闭阀门。金属液注入后静置时间为t(t＜30s)。金属液在冷却水作用下在筒状铸型腔中形成半固态金属液层。
[0023] 步骤3)完成静置后，开启电机驱动落锤向下运动，冲击半固态金属层，使半固态金属层在压力下完全凝固，并通过冲击作用使其朝向下方以步进式运动h的距离。随后提起落锤至下落前初始位置。
[0024] 步骤4)反复重复步骤2和步骤3的过程，直至铸锭达到所需长度尺寸L(0＜L＜5m)。
[0025] 步骤5)关闭阀门，关闭冷却水系统，用电机驱动落锤下压并取出铸锭。
[0026] 按照前述操作过程，筒状铸型腔为直径200mm的圆柱形。铸造合金为7050铝合金。首先使阀门处于闭合状态，调整引锭头位于金属液出口下方，落锤位于筒状铸型腔上端，通过金属液连续供给系统调节7050合金液温度到720℃；开启一次冷却水系统和二次冷却水系统。开启阀门向筒状铸型腔内充入金属液，注入金属液的高度为20mm，关闭阀门。金属液注入后静置时间为10s。金属液在冷却水作用下在筒状铸型腔中形成半固态金属液层。完成静置后，开启电机驱动落锤向下运动，冲击半固态金属层，使半固态金属层在压力下完全凝固，并通过冲击作用使其朝向下方以步进式运动20mm的距离。随后提起落锤至下落前初始位置。反复重复上述“充入20mm厚铝合金液，经10s静置后，用落锤向下冲击”的过程，直至铸锭达到1.2m长度。关闭阀门，关闭冷却水系统，用电机驱动落锤下压并取出铸锭。最终形成圆柱形铸锭，其尺寸为Φ200*1200(mm)，铸锭的晶粒尺寸为70‑100μm，如图2所示。本实施例得到全细晶晶粒组织。
[0027] 上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
