液态金属冷却技术优化方案

图5-5　液态金属冷却法装置图

1—液态Sn；2—模壳；3—浸入机构；4—真空室；5—坩埚；6—炉高温区；7—挡板；8—加热线圈

在提高排热能力和增大固—液界面液相温度梯度方面.功率降低法和高速凝固法都受到一定条件的限制。液态金属冷却法（LMC法）以液态金属代替水，作为模壳的冷却介质，模壳直接浸入液态金属冷却剂中，散热大大增强.以至在感应器底部迅速发生热平衡，造成很高的GTL，几乎不依赖浸入速度。该方法是Giamei等[4]于1976年提出的，其装置如图5-5所示。冷却剂的温度，模壳传热性、厚度和形状，挡板位置，熔液温度等因素都会影响温度梯度。

液态金属冷却剂的选择条件如下；

①有低的蒸汽压，可在真空中使用；

②熔点低，热容量大，热导率高；

③不溶解于合金中；(www.xing528.com)

④价格便宜。

工艺过程和高速凝固法相似，当金属熔液浇注入模壳后，按预定速度将模壳逐渐浸入液态金属中，使液态金属冷却剂的液面保持在合金凝固面附近。在一定的温度范围内.传热不因凝固的进行而变小.也不受模壳形状的影响。液态金属可以是静止的，也可以是流动的。

常用的液态金属有Ga-In合金和Ca-In-Sn合金及Sn液，前两者熔点低，但价格昂贵，因此只适用于在实验室条件下使用。Sn液熔点稍高（232℃），但由于价格相对比较便宜，冷却效果也比较好，因而适用于工业应用。该法已被美国、前苏联等国用于航空发动机叶片的生产中。

无论是局部凝固时间，还是糊状区宽度，液态金属冷却法都最小，功率降低法的最大，高速凝固法介于其间，具体比较见表5-1。很明显，液态金属冷却法的GTL和v都是最大的，从而冷却速率也最大，特别是局部凝固时间和糊状区宽度最小，因此用液态金属冷却法定向凝固的高温合金的显微组织比较理想。

表5-1　生产Mar-M200合金的3种定向凝固工艺比较

（续表）