用于灌注熔融金屬過濾器的裝置和方法與流程

本申請要求2012年4月27日提交的美國臨時(shí)申請No.61/639,196的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從液體金屬移除固體夾雜物的過濾器灌注。本文公開的是用于灌注熔融金屬過濾器的裝置和方法。
背景技術(shù)：
：陶瓷過濾器和通常地多孔陶瓷過濾器(CFF)對于凈化液體金屬是目前可用的，例如美國專利號3,893,917中公開的。最經(jīng)常地這涉及從液體金屬例如鋼和鋁移除固體夾雜物。如果在凝固之前沒有被移除，這些固體夾雜物可導(dǎo)致最終金屬產(chǎn)品中的物理缺陷。為了最有效地使用過濾器介質(zhì)，必須用液體金屬完全填充過濾器的開口孔隙。用液體金屬完全填充過濾器改進(jìn)了過濾器介質(zhì)表面的潤濕，從而促進(jìn)固體夾雜物的收集。待解決的問題是不完全的灌注導(dǎo)致過濾器的活性部分中局部較高的液體速度、較高的操作壓力降或較低的總體液體金屬生產(chǎn)率連同對固體夾雜物較低的收集效率。通常的做法是將具有墊圈材料的多孔陶瓷過濾器放置在過濾設(shè)備或“杯”中，使得金屬高度在過濾器上方積累并且被重力迫入和通過過濾器介質(zhì)。隨后通過深度或?yàn)V床式過濾機(jī)構(gòu)移除夾雜物。這些陶瓷過濾器差的潤濕特性和需要移除包含在孔隙內(nèi)的空氣經(jīng)常導(dǎo)致困難，特別是在過濾操作開始時(shí)。灌注在過濾中的重要性公開于多個(gè)專利和專利申請中，例如美國專利號4,872,908，其中Enright,P.G.等人詳細(xì)描述了灌注的定義和作用并且還給出了當(dāng)使用用于30PPI過濾器的LiMCA移除20微米顆粒(－13.4和54.8％之間)時(shí)的具體效率數(shù)據(jù)。過濾效率的大范圍可部分歸因于灌注對過濾器性能的影響。美國專利號4,081,371，Yarwood,J.C.等人描述了從多孔陶瓷過濾器內(nèi)移除氣泡的需要和金屬靜力學(xué)頭和過濾器角度對灌注的作用。通常來說，較高的總體壓力(來自金屬靜力學(xué)頭或其它裝置)改進(jìn)灌注效率。在美國專利申請09/867,144中，Quackenbush,M.S.公開了一種過濾器介質(zhì)，沒有施加機(jī)械力來支持空氣泡釋放，用于釋放被捕獲的空氣泡以確保過濾器介質(zhì)較容易和更完全的灌注的目的。在美國專利號7,666,248中，Belly,L.等人公開了使用真空系統(tǒng)以產(chǎn)生約6kPa或約25cm的鋁液體頭當(dāng)量的額外壓力梯度的方法，用于增加有效的灌注壓力以確保對于具有2.5－7.6cm的厚度和150－500微米的低平均孔隙或“窗口”尺寸的多孔陶瓷過濾器(其通常為具有60或更多PPI的過濾器)的充分灌注的明確目的。這些過濾器另外需要大量的金屬靜力學(xué)頭(從槽底部到過濾器頂部的垂直距離)以確保充分的灌注。Belley等人還公開了用于多孔陶瓷過濾器的灌注頭的通常范圍為約20－80cm。較高的值與較高的孔隙密度和較小的窗口尺寸相關(guān)，并且對于在存在的鑄造操作下實(shí)施經(jīng)常是不實(shí)際的。通常預(yù)熱過濾器以嘗試改進(jìn)金屬到過濾器介質(zhì)中的流動，和因此對于在過濾器上方固定金屬高度的灌注效率。在沒有局部過熱下在獲得均勻加熱方面經(jīng)常遇到困難，而局部過熱可導(dǎo)致過濾器介質(zhì)的熱損壞。這使得難以確保整個(gè)過濾器區(qū)域?qū)τ谕ㄟ^液體金屬將是可用的。在美國專利號4,834,876中，Walker,N.G.請求保護(hù)一種方法，通過該方法使非傳導(dǎo)性陶瓷過濾器導(dǎo)電：通過用導(dǎo)電物質(zhì)例如鎳涂覆過濾器介質(zhì)顆?；蛲ㄟ^使用導(dǎo)電性材料例如碳化硅來構(gòu)造過濾器介質(zhì)。通過使電流通過介質(zhì)或通過用感應(yīng)線圈圍繞過濾器以誘發(fā)渦流，由于電阻(I2R)損耗可導(dǎo)致介質(zhì)自加熱，從而確保預(yù)熱和完全灌注。在Calogero,C.等人的美國專利4,837,385中提出了涉及使用低頻感應(yīng)線圈和多孔陶瓷過濾器元件的方法。在該方法中，提出了多種不同的裝置，由此可產(chǎn)生交叉的電流和磁場，這會產(chǎn)生洛倫茲力。這些方法中的一些涉及使用電極和所謂的“注射電流”，該“注射電流”是不需要的，因?yàn)殡姌O是對正在被過濾的液體金屬的污染的潛在來源。Calogero等人公開的方法下的理論是洛倫茲力會優(yōu)選作用于金屬而不是夾雜物，從而引起夾雜物遷移和夾雜物被過濾器介質(zhì)的壁攔截。沒有公開磁場對過濾器介質(zhì)的灌注的影響。此外，由Calogero描述的機(jī)制取決于在磁場和洛倫茲力場中不存在任何明顯的渦流或旋渦。然而，如美國專利4,909,836中公開的，當(dāng)使用具有恒定螺距的正常感應(yīng)線圈作為交叉電流和磁場的來源時(shí)，旋渦通常存在于這些場中。本發(fā)明的一個(gè)方面使用感應(yīng)線圈以避免液體金屬的直接接觸和污染。使用標(biāo)準(zhǔn)的恒定螺距感應(yīng)線圈。本發(fā)明人很好地意識到通過這樣的感應(yīng)線圈產(chǎn)生的磁和洛倫茲力中的旋渦并且因此設(shè)計(jì)了最有利地利用旋渦的方法，以便將金屬壓入過濾器介質(zhì)中，從而用低的金屬靜力學(xué)頭實(shí)現(xiàn)較好程度的灌注。定義如本文中使用的，術(shù)語“灌注”是指過濾器(例如多孔陶瓷過濾器)的開口孔隙結(jié)構(gòu)中包含的空氣的置換和過濾器介質(zhì)對液體金屬潤濕的改進(jìn)，因而使最大的體積和內(nèi)表面積對于通過流和收集顆粒是可用的。如本文中使用的，術(shù)語“夾雜物”是指對于液體金屬具有大于該金屬的熔點(diǎn)的任何污染物，并且因此在加工溫度下為固體。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的各個(gè)方面涉及：(1)灌注方法，不使用外部施加的真空或氣體壓力，通過施加低頻感應(yīng)線圈(1－60Hz)以確保非導(dǎo)電性過濾器元件的完全灌注；(2)灌注方法，以改進(jìn)具有小“窗口”尺寸的多孔陶瓷過濾器(例如那些通常為50－80PPI商業(yè)多孔陶瓷過濾器)的灌注和隨后的操作，以便以較高的效率操作并且產(chǎn)生含有較少夾雜物的金屬產(chǎn)品；(3)灌注方法，其允許灌注比傳統(tǒng)多孔陶瓷過濾器更厚的過濾器或傳統(tǒng)過濾器的堆疊體；和(4)一種裝置，其允許包括先前使用過的過濾器介質(zhì)的過濾器介質(zhì)保持為熱的或被再加熱和隨后再利用持續(xù)多于一個(gè)鑄造循環(huán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于灌注過濾器的裝置包括配置成接收液體金屬流的過濾器元件；圍繞過濾器元件并配置成產(chǎn)生磁場的感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈的軸線與液體金屬流的引入方向基本上對準(zhǔn)；配置成向過濾器元件外周提供安全圍欄的墊圈；和容納感應(yīng)線圈并分隔感應(yīng)線圈與液體金屬流的分隔體。在一個(gè)實(shí)施方案中，圍繞并且非常接近陶瓷過濾器介質(zhì)例如多孔陶瓷過濾器元件或所述過濾器元件的堆疊體放置低頻感應(yīng)線圈。磁場的存在允許比約50mm的常規(guī)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更厚的過濾器的灌注?？稍试S的總厚度由感應(yīng)線圈的安裝長度確定。假如在灌注期間使通道對于氣體離開是可用的，線圈和過濾器元件的取向可為豎直或水平的。感應(yīng)線圈的電導(dǎo)體可具有許多不同的形狀。例如，扁圓形、管形、矩形或正方形。不像傳統(tǒng)的感應(yīng)爐線圈，不需要構(gòu)造本發(fā)明的線圈用于低電阻，因?yàn)樗鼈儾挥米鲋饕荚谟行щ娙刍脑O(shè)備的部分。因此，可有利地使用較高的電流密度(例如50A/mm2相對于1－10A/mm2的通常值)，導(dǎo)致成比例更小直徑的導(dǎo)體，其可在給定的線圈高度下提供更多匝，并且磁場強(qiáng)度相應(yīng)地增加。還可有利地使用單層、雙層或更多層的線圈以在過濾器介質(zhì)的高度內(nèi)實(shí)現(xiàn)甚至更高的磁場強(qiáng)度。還可使用多于3層的感應(yīng)線圈，但是額外的磁場強(qiáng)度的益處減少。在一個(gè)實(shí)施方案中，過濾器介質(zhì)基本上是水平的并且被感應(yīng)線圈圍繞。放置感應(yīng)線圈以在過濾器元件的上表面上方延伸，其將過濾器頂部置于高縱向磁通密度的區(qū)域內(nèi)。磁場的通量密度在線圈的全部高度內(nèi)非常強(qiáng)，但是在線圈的最后一匝后快速消散。本發(fā)明的另一個(gè)方面特征在于澆注至過濾器上至少與線圈頂部一樣高的金屬。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，金屬大體上高于線圈頂部以防止明顯的金屬彎月面的形成，并且減少金屬在灌注期間氧化的可能性。線圈的磁場在位于過濾器介質(zhì)上的金屬中誘發(fā)渦流，其與線圈的強(qiáng)磁場相互作用以產(chǎn)生強(qiáng)大的洛倫茲力。通過在線圈激勵(lì)電流中使用低的交變頻率來增強(qiáng)可產(chǎn)生這些力的深度。具有大寬度的過濾器元件將需要使用較低頻率以實(shí)現(xiàn)與較小寬度過濾器類似的結(jié)果。線圈的加熱效率隨著頻率而增加。在本發(fā)明的一個(gè)方面，線圈激勵(lì)電流的頻率優(yōu)選為1－60Hz，并且更優(yōu)選50－60Hz。該頻率范圍提供了攪拌和加熱的優(yōu)化組合。如果需要較高程度的加熱以重熔在先前使用過的過濾器介質(zhì)中凝結(jié)的金屬，那么可任選使用較高的頻率。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，選擇圓形過濾器的半徑或者矩形或正方形過濾器的寬度，使得可利用50或60Hz的標(biāo)準(zhǔn)電行頻(electricallinefrequency)以提供優(yōu)化的有益效果。在不偏離本發(fā)明的目的下，線圈和過濾器裝置的截面可為圓形、正方形或矩形。矩形形狀具有優(yōu)點(diǎn)：可使總的過濾器區(qū)域最大化，同時(shí)使得必須讓磁場穿透的寬度最小化。矩形形狀可消除使用低于行頻(50或60Hz)的頻率(其中昂貴的固態(tài)電源變成必要的)的需要。洛倫茲力首先僅在金屬中產(chǎn)生而不在非導(dǎo)電性過濾器介質(zhì)中產(chǎn)生。因此，大的初始旋渦存在于洛倫茲力場中，這引起金屬的旋轉(zhuǎn)和過濾器元件表面上的沖擊。正是沖擊金屬的動量迫使金屬進(jìn)入過濾器中。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在過濾器介質(zhì)內(nèi)通過陶瓷基體的存在將電流流動抑制到令人驚訝的程度。因此，與在過濾器上方或下方的金屬中相比，更少的電流在過濾器內(nèi)流動，因而降低洛倫茲力的數(shù)值。過濾器中降低的有效導(dǎo)電性確保了洛倫茲力中大量的旋渦持續(xù)存在直到并且通過完全過濾器灌注的點(diǎn)。結(jié)果是迫使金屬進(jìn)入并通過過濾器介質(zhì)。較高孔隙密度的過濾器，例如50和80PPI，具有增加的電阻，其增加洛倫茲力中的旋渦并且提供增加的驅(qū)動力來灌注這些“較緊密”的過濾器元件。如果不預(yù)熱過濾器介質(zhì)，那么液體金屬將首先在過濾器介質(zhì)的表面上凝結(jié)?？紤]到在相同溫度下固體金屬具有比液體金屬顯著更高的電導(dǎo)率(對于鋁約為兩倍)，固體將優(yōu)選傳導(dǎo)電流，而與此同時(shí)受到快速流動的液體金屬沖擊。被迫使保持靜止并且在感應(yīng)器的高度內(nèi)，其將經(jīng)歷持續(xù)的加熱直至其液化。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過常規(guī)手段預(yù)熱過濾器元件來降低熱應(yīng)力以便防止開裂。然而，預(yù)熱不是對于灌注、甚至對于非常緊密的80PPI過濾器元件的要求。一旦過濾器介質(zhì)基本上用金屬填充，就可停止線圈的激勵(lì)。此后，可使用常規(guī)的鑄造工序。在完成分批鑄造工藝時(shí)，通常處置過濾器介質(zhì)，因?yàn)槠潆y以在連續(xù)金屬流的不存在下再利用。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可再利用使用過的過濾器元件直至完全消耗其移除夾雜物的能力。通過在用液體金屬灌注之前施加感應(yīng)加熱期或通過使用連續(xù)的感應(yīng)加熱在鑄造之間保持過濾器填充有液體金屬，可再利用使用過的過濾器元件。在一方面，有利地使用高于60Hz的激勵(lì)電流。該實(shí)施方案利用雙頻率電源，其可任選與專門設(shè)計(jì)用于熔化操作的第二線圈組合。參考文獻(xiàn)3,893,9177/1975Pror等人………………………………··210/694,081,3713/1978Yarwood等人…………………………··210/694,834,8765/1989Walker……………………………………210/1854,837,3856/1989Conti等人………………………………210/6954,872,90810/1989Enright等人……………………………·75/687,666,2482/2010Belley等人………………………………75/40709/867,14412/2002Quackenbush……………………………210/510.14,909,83603/1990EI-Kaddah………………………………·75/10.67附圖說明本專利或申請文件包含至少一幅以彩色執(zhí)行的圖。在要求和支付必要的費(fèi)用時(shí)由事務(wù)所提供該具有(一幅或多幅)彩圖的專利或?qū)＠暾埞_的副本。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。圖2是顯示新的30PPI多孔陶瓷過濾器的相對開放的結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片。圖3是顯示與新的80PPI多孔陶瓷過濾器的金屬流的法線方向垂直的相對封閉的結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片。圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案灌注30PPI陶瓷過濾器的非限制性實(shí)施例的照片。圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案灌注30PPI陶瓷過濾器的非限制性實(shí)施例的照片。圖6描繪了在沒有感應(yīng)線圈存在下30PPI陶瓷過濾器的不完全灌注的照片。圖7顯示了對于實(shí)施例1的經(jīng)數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)的圖表。圖8是顯示對于實(shí)施例2的經(jīng)數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)的圖表。圖9是顯示對于實(shí)施例3的經(jīng)數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)的圖表。圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案灌注50PPICFF的非限制性實(shí)施例的照片。圖11描繪了在沒有感應(yīng)線圈存在下50PPICFF的可忽略的灌注的照片。圖12描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案灌注80PPICFF的非限制性實(shí)施例的照片。圖13描繪了在沒有感應(yīng)線圈存在下80PPICFF的可忽略的灌注的照片。具體實(shí)施方式出于增進(jìn)本發(fā)明原則的理解的目的，現(xiàn)在將參考在圖中說明的實(shí)施方案。然而將理解本發(fā)明的某些實(shí)施方案的說明和描述意思不是本發(fā)明范圍的限制。此外，將說明和/或描述的(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施方案的任何改變和/或修改視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，如本文中說明和/或描述的，將本發(fā)明原則的任何其它應(yīng)用(如對于本發(fā)明涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員通常會發(fā)生的)視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖1顯示了通常與多孔陶瓷過濾器一起使用的常規(guī)過濾“杯”1。根據(jù)本發(fā)明適當(dāng)?shù)匦薷膱D1以包括感應(yīng)線圈2。在圖1中顯示了兩層感應(yīng)線圈2。還可使用單層、雙層或更多層線圈而不改變本發(fā)明的目的。顯示將標(biāo)準(zhǔn)多孔陶瓷過濾器元件3安裝在感應(yīng)線圈2內(nèi)?；蛘?，可將兩個(gè)或更多個(gè)過濾器元件堆疊而不偏離本發(fā)明的目的，條件是線圈2在過濾器3頂部的上表面上方延伸一個(gè)線圈匝或至少5％和優(yōu)選10％的線圈半徑，如由圖1中虛線13所示。優(yōu)選盡可能地接近過濾器3的邊緣放置感應(yīng)線圈2以實(shí)現(xiàn)最有利的磁場結(jié)果。必須允許合適的空間用于墊圈材料4以防止過濾器3附近的液體金屬的泄露并且用于絕熱以及耐火材料5。充分的絕熱和耐火材料必須存在以避免杯6的上部或杯7的排放部分中的熱金屬與線圈2或與線圈引線8接觸。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解必須將合適的冷卻介質(zhì)(有機(jī)物或水)與線圈引線8和線圈2組合使用以防止對電導(dǎo)體的電或熱的過熱和損壞。必須防止導(dǎo)體8之間和線圈2的各層之間的接觸以防止激勵(lì)電流的電短路。為了充當(dāng)過濾設(shè)備，該杯必須配備有合適的液體金屬進(jìn)給機(jī)構(gòu)9和排放裝置10。必須將該杯的側(cè)部11和底部12設(shè)計(jì)具有充足的耐火材料以保持待過濾的金屬的熱平衡?？赏ㄟ^常規(guī)手段預(yù)熱過濾器3以防止在使用之前的過度熱沖擊。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在感應(yīng)線圈上外加足夠數(shù)值的電流以跨過未灌注的過濾器的寬度產(chǎn)生0.05－0.25T的平均磁通密度。線圈激勵(lì)電流的頻率優(yōu)選為1－60Hz。線圈激勵(lì)電流的頻率優(yōu)選在這樣的范圍內(nèi)：其中杯6的上部中的液體金屬中的電磁穿透深度(δ)與過濾器3的平均半徑或?qū)挾戎g的比例優(yōu)選為0.5－3.0和更優(yōu)選為0.7－1.4，以便同時(shí)實(shí)現(xiàn)足夠高的磁穿透和避免過度加熱。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過進(jìn)口9向杯6的上部添加液體金屬，伴隨向線圈2施加電流?；蛘?，首先添加液體金屬，然后向線圈2施加電流。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，液體金屬填充杯6的上部至超過線圈2的最后一匝足夠的高度，使得防止形成電磁彎月面。該實(shí)施方案還避免了金屬在灌注期間的過度氧化?？稍谶^濾器的上表面上方用最少的液體金屬完成電磁灌注。優(yōu)選地，約5－10cm的液體金屬高度在線圈2的頂部匝上方?；蛘?，優(yōu)選約1.1至3.6的金屬靜力學(xué)壓力以實(shí)現(xiàn)30－80PPI的CFF過濾器的充分灌注，同時(shí)避免過量的彎月面形成，并且在線圈與過濾器之間的空間中使用0.1－0.2T的平均磁通密度。在本發(fā)明的一個(gè)方面，電流持續(xù)約30秒至約10分鐘、甚至優(yōu)選約3－6分鐘的時(shí)間段。一旦實(shí)現(xiàn)了充分的灌注，就可停止線圈2的激勵(lì)電流。一旦使用了過濾器元件3，就可通過首先使用感應(yīng)線圈2來重熔過濾器3的孔隙中凝結(jié)的金屬。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解較高的頻率對于熔化是有利的。可施加>60Hz的頻率。因此雙頻率電源可有益地與本方法一起使用。技術(shù)人員可指定頻率、電流和時(shí)間以在恰當(dāng)量的時(shí)間中實(shí)現(xiàn)所需的熔化，而沒有對過濾器元件的明顯過熱和可能的損壞，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高的電效率?？扇芜x地設(shè)計(jì)第二線圈并將其與線圈2同軸安裝以實(shí)現(xiàn)甚至更加能量有效的熔化?？蓞⒖季唧w的實(shí)施例更好地理解本發(fā)明。這些實(shí)施例是說明性的并且不旨在限制本發(fā)明的適用性。使用如表1所示的幾種不同的線圈進(jìn)行這些實(shí)施例。使用如在各個(gè)實(shí)施例中所示的施加電流在50Hz下操作這些線圈。表1線圈：線圈1線圈2線圈3層數(shù)212內(nèi)徑，mm126126127平均直徑，mm140132142高度，mm107111116線圈銅管直徑，mm666線圈銅管厚度，mm111匝數(shù)31.016.531.0空線圈測量的感應(yīng)系數(shù)，μH103.327.6101.5在這些實(shí)施例中使用100-105mm直徑和50mm厚的名義過濾器尺寸。使用了30、50和80PPI商業(yè)多孔陶瓷過濾器(CFF)元件。在圖2和3中顯示了30和80PPI商業(yè)CFF的SEM圖片。在這些圖中可清楚地看到30PPI具有非常開放的結(jié)構(gòu)，而80PPI的孔隙和窗口尺寸大量減小。30PPI的開放結(jié)構(gòu)允許用低的金屬頭和較少的預(yù)熱非常容易的灌注，但是其也使得特別是對于液體金屬中細(xì)的夾雜物降低的過濾效率。更加難以使金屬滲透并從80PPICFF的封閉和緊密的結(jié)構(gòu)移除空氣，因而如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣需要增加的灌注金屬高度。在所有實(shí)施例中使用標(biāo)準(zhǔn)鑄造鋁合金A356，向其添加各種水平的污染物。添加1.5wt％(實(shí)施例4-6)-3wt％(實(shí)施例1-3)的SiC，使用嵌在A356合金的基體中的13-23微米SiC顆粒。在實(shí)施例1-3中，還通過添加20重量％的陽極化和涂漆的鋁板來添加氧化物顆粒。實(shí)施例1通過將名義105mm直徑的30PPICFF粘結(jié)到兩部分的150mm長、4”直徑纖維絕緣坩堝中來產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室級過濾杯，使得線圈1的中線與CFF的底部一致并且大約線圈的單匝在CFF的上表面上方。杯的底部由～25mm厚的致密陶瓷板構(gòu)成，其中鉆出3.2mm直徑的排放孔。使用手提式丙烷燃燒器將該過濾器預(yù)熱至紅熱溫度。以50Hz向線圈1施加731A的RMS電流。將含有SiC和氧化物顆粒兩者的A356鋁合金并且在750℃的名義初始澆注溫度(由在澆注前浸漬熱電偶幾秒來測量)下添加至該杯的上部直到超過CFF頂部100mm的水平。保持該水平直到在110秒后進(jìn)料坩堝被清空。在260秒之后當(dāng)鋁不再從出口孔排放時(shí)，中斷電源。過濾器上方和下方測量的溫度和鋁的排放速率是如圖7所示記錄的數(shù)據(jù)。感應(yīng)線圈的加熱效果在圖13中得到清楚地說明，下部溫度隨著時(shí)間、甚至隨著在過濾器上方金屬的溫度降低而升高。由于由液體金屬引起的增加的電阻，在過濾期間的平均線圈電流為715A。這種效果存在于所有的實(shí)施例中并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。由于高濃度的極其硬和研磨的SiC顆粒，隨后使用磨損性水切割切斷過濾器。在圖4中顯示了一個(gè)截面。在切割過程期間燒蝕了含有高氣體孔隙率和表現(xiàn)差的金屬－陶瓷潤濕的區(qū)域。在其中用“強(qiáng)”磁場灌注過濾器的該實(shí)施例中，燒蝕非常少的材料并且宏觀上以及在隨后用掃描電子顯微鏡的金相分析期間微觀上觀察到良好的潤濕。實(shí)施例2使用線圈2構(gòu)造裝置，但是其它方面與實(shí)施例1一致。類似地預(yù)熱該過濾器。向線圈2施加956A的RMS電流。在750℃下的名義澆注溫度下添加相同配方的合金、SiC和氧化物。如圖8所示，再次測量了過濾器上方和下方的溫度和鋁的排放速率。在110秒后進(jìn)料坩堝被清空并且在215秒后中斷電源。使用水磨損性切割再次切割用“弱”磁場灌注的該過濾器元件，并且在這種情況下如由圖5中清楚地顯示的在切割期間陶瓷材料的損失所表明的，觀察到陶瓷大得多的孔隙率和較少的潤濕。實(shí)施例3構(gòu)造沒有感應(yīng)線圈的裝置，但是其它方面與實(shí)施例1和2一致。預(yù)熱該過濾器直到紅熱并且再次使用相同的進(jìn)料配方和目標(biāo)澆注溫度。將灌注金屬的水平保持在超過過濾器元件100mm持續(xù)145秒，直到進(jìn)料坩堝被清空。如圖9所示，再次測量了上方和下方的溫度和鋁的排放速率。在圖6中說明了過濾器元件的一個(gè)截面，與來自實(shí)施例1和2的圖4和5相比其顯示了過濾器元件非常高的孔隙率和非常差的潤濕。過濾器的差灌注還由對于過濾器上方相同的金屬靜力學(xué)頭和排放口的相同尺寸而言金屬降低的排放速率所說明。用“強(qiáng)”場的灌注結(jié)果是最好的，用“弱”場是不太好的，并且不用磁場是最差的。實(shí)施例4構(gòu)造類似實(shí)施例1－3的裝置，但是在底板上沒有排放孔。使用線圈序號3。放置直徑為100mm的50PPI商業(yè)多孔陶瓷過濾器(CFF)，使得過濾器的底部與線圈的中線處于相同的高度并且線圈在50mm厚過濾器的上表面之上延伸約一匝。使用由A356鋁合金和1.5wt％SiC組成的進(jìn)料。沒有預(yù)熱該過濾器。在750℃的名義澆注溫度下用液體鋁進(jìn)料材料填充過濾杯的上部，直到超過過濾器元件的上表面100mm的水平。然后向線圈施加738A的激勵(lì)電流。在約20秒內(nèi)，將金屬引入過濾器中并且添加金屬以保持超過過濾器幾乎恒定的100mm的高度(在凝結(jié)之后測量為104mm)。維持電流精確地持續(xù)180秒。隨后停止電源并且使樣品凝固。然后使用鋼刀片切斷過濾器元件。在圖10中顯示了拋光的截面，其顯示過濾器元件非常低的孔隙率和完全的金屬滲透。實(shí)施例5構(gòu)造與實(shí)施例4基本上一致的裝置，但是沒有感應(yīng)線圈。使用相同的進(jìn)料配方和填充工序。再次沒有對過濾器元件施加預(yù)熱。在填充至超過CFF頂部100mm后，沒有觀察到金屬高度的降低。在拆卸該裝置時(shí)，過濾器元件與100mm的金屬分離，該金屬在過濾器上方凝結(jié)并且如圖11所示觀察到僅發(fā)生非常少量的金屬滲透(<20mm)。過濾器介質(zhì)的剩余部分完全沒有金屬并且灌注因此失敗。實(shí)施例4和5之間的結(jié)果差異是巨大的，執(zhí)行上唯一的實(shí)質(zhì)區(qū)別是在實(shí)施例4的情況下為“強(qiáng)”磁場而在實(shí)施例5中無磁場。實(shí)施例6構(gòu)造與實(shí)施例4和5基本上一致的裝置，但是使用80PPI替代50PPICFF。使用與實(shí)施例4相同的工序和進(jìn)料配方。在用液體合金填充至超過過濾器頂部100mm后，向線圈3施加747A的激勵(lì)電流。在約30－40秒的時(shí)間內(nèi)，將金屬引入過濾器元件中并且在過濾器上方添加金屬以保持100mm的水平(在凝結(jié)后測量為99mm)。再次維持電流精確地持續(xù)180秒。然后停止電源并且使樣品凝固。隨后使用水磨損性切割來切割該過濾器元件。如由圖12顯示的完全的金屬滲透、低氣體孔隙率和良好的潤濕所表明的，灌注非常成功。實(shí)施例7構(gòu)造與實(shí)施例6基本上一致的裝置，但是沒有感應(yīng)線圈。再次使用相同的填充工序和進(jìn)料配方。在80PPI過濾器元件上方添加含有SiC顆粒的液體鋁合金直到約100mm的高度。沒有檢測到金屬高度的降低。隨后使樣品凝固。在拆卸時(shí)，延伸超過過濾器元件頂部103mm的金屬與過濾器的剩余部分分離，該剩余部分完全不含金屬。如圖13所示，約0－5mm的過濾器材料仍然附接于凝結(jié)的金屬。得到結(jié)論：灌注完全失敗。再次實(shí)施例6和7的唯一實(shí)質(zhì)區(qū)別在于在實(shí)施例6中使用了“強(qiáng)”磁場而在實(shí)施例7中沒有施加磁場。實(shí)施例4和6中強(qiáng)磁場的存在造成甚至在過濾器預(yù)熱不存在下的良好灌注。在實(shí)施例5和7中缺少磁場結(jié)合沒有預(yù)熱以及過濾器上方低的金屬靜力學(xué)高度導(dǎo)致了灌注的失敗。應(yīng)當(dāng)理解本文中描述的實(shí)施例和實(shí)施方案是僅出于說明性目的并且鑒于此的各種修改和變化將被建議給本領(lǐng)域技術(shù)人員并且將包括在本申請的精神和意圖以及所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3