Metoda răcirei cu metal lichid

Pentru a îmbunătăți mai mult gradientul de temperatură în solidificarea direcțională, cercetătorii au dezvoltat o metodă de răcire cu metal lichid bazată pe metoda de răcire rapidă. Această metodă utilizează metal lichid pentru a răceni forfecile, adică forfecile extrase sunt imerse într-un metal lichid cu conductivitate termică ridicată, punct de fierbere înalt și punct de topire scăzut (Sn este cel mai folosit) (vezi Figura 1(b)) pentru a crește efectul de răcire. Metoda de răcire cu metal lichid poate îmbunătăți viteza de răcire a forfecilor și gradientul de temperatură la interfața sol-lichid, ajungând până la 200 K/cm, și poate menține un gradient de temperatură stabil, astfel încât procesul de cristalizare să fie stabil, ceea ce permite reducerea semnificativă a spațierii dendritice și a probabilității diferitelor defecțiuni de solidificare. Cu toate acestea, metoda de răcire cu metal lichid are și unele limite, cum ar fi: echipamentele necesare acestei metode sunt complexe, iar operațiunea practică nu este suficient de simplă; medium-ul de răcire Sn este un element nociv, iar atunci când forfecile sunt imerse într-un metal lichid cu punct de topire scăzut, cum ar fi Sn, lichidul Sn poate să penetreze ușor și să polueze forfecile. În ultimii ani, oamenii au optimizat procesul din punctele de vedere ai pregătirii coconului și au îmbunătățit deficiențele metodei de răcire cu metal lichid, care a fost aplicată în producerea de lame turbină monocristalină pentru motoare aeronautice și lame turbină monocristaline de mari dimensiuni pentru turbinele de gaz de pe teren.

De asemenea, se explorează în mod constant noi metode de creștere a gradientului de temperatură, cum ar fi: tehnologia de solidificare direcțională a legurilor metalice răcite cu gaz, tehnologia de solidificare direcțională cu formare electromagnetică constrânsă, solidificare direcțională cu superrefredare (SDS), solidificare rapidă cu laser (LRM), tehnologia de solidificare direcțională prin stropenie în pată fluidă, tehnologia de solidificare direcțională bidimensională (solidificare bidirecțională, BDS), tehnologia de solidificare direcțională a legurilor metalice cu obloc thin. Cu toate acestea, aceste noi tehnologii sunt încă immature și nu au fost aplicate în solidificarea direcțională a pâlpilor turbinelor gaze.

Metoda de răcire prin străpuns cu metal lichid

Pentru a depăși problemele precum contaminarea legurii prin răcirea cu metal lichid și formarea ușoară a defectelor de fundid pe calea răcirii cu metal lichid, grupul nostru de cercetare a dezvoltat tehnologia de solidificare direcțională prin răcire cu presare a metalelor lichide (LMSC) și a dezvoltat echipamente industriale de solidificare direcțională. Structura de proiectare și obiectivul furnelui de solidificare direcțională LMSC sunt prezentate în Figura 2. Tehnologia LMSC se bazează pe tehnologia LMC, trecând de la modul clasic de a scufunda direct coaja și funditura într-un metal lichid pentru răcire, la utilizarea unui metal lichid pentru răcire prin presare a coajei și a funditurii. Această tehnologie are caracteristici precum o capacitate puternică de dispersare a căldurii, o răcire uniformă și o bună izolare termică între zona izolată și zona de răcire. Tehnologia LMSC nu doar că păstrează avantajele marii capacități de răcire a tehnologiei LMC, dar și rezolvă dezavantajele acesteia. Datorită debitului controlabil al lichidului metallic presat, combinat cu ajustarea vitezei de retragere, pot fi obținute cristale colonare sau chiar monocristale cu o structură bună și o distanță mai mică între dendrite, ceea ce poate reduce sau chiar să evite formarea defectelor de solidificare ale superaloiurilor. Tehnologia de solidificare direcțională LMSC este foarte importantă pentru dezvoltarea și producția industrială a superaloiurilor.