วิธีการระบายความร้อนด้วยโลหะเหลว

เพื่อปรับปรุงเกรดเดียนอุณหภูมิในกระบวนการก่อตัวที่มีทิศทางให้ดียิ่งขึ้น นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการระบายความร้อนด้วยโลหะเหลวโดยอาศัยหลักการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว วิธีนี้ใช้โลหะเหลวในการระบายความร้อนจากชิ้นงานหล่อ โดยชิ้นงานหล่อที่ถูกสกัดออกมาจะถูกแช่ลงในโลหะเหลวที่มีความสามารถนำความร้อนสูง อุณหภูมิเดือดสูง และจุดหลอมเหลวต่ำ (Sn เป็นที่นิยมใช้) (ดูภาพที่ 1(b)) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการระบายความร้อน วิธีการระบายความร้อนด้วยโลหะเหลวนี้สามารถเพิ่มอัตราการระบายความร้อนของชิ้นงานหล่อและเกรดเดียนอุณหภูมิของพื้นที่ระหว่างของแข็งและของเหลวได้ถึง 200 K/cm และยังคงรักษากฎเกณฑ์อุณหภูมิให้มั่นคง ทำให้กระบวนการผลึกษาเป็นไปอย่างเสถียร ลดระยะห่างของโครงสร้าง dendrite ได้อย่างเห็นได้ชัด และลดโอกาสของการเกิดข้อบกพร่องจากการก่อตัวต่าง ๆ อย่างไรก็ตาม วิธีการระบายความร้อนด้วยโลหะเหลวมีข้อจำกัดบางประการ เช่น: อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับวิธีการนี้ซับซ้อน และไม่สะดวกพอในปฏิบัติการจริง; สื่อกลางในการระบายความร้อน Sn เป็นธาตุที่เป็นอันตราย และเมื่อชิ้นงานหลอร์ถูกแช่ในโลหะหลอมเหลวเช่น Sn ของเหลว Sn มีแนวโน้มที่จะแทรกซึมและปนเปื้อนชิ้นงาน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้คนได้ทำการปรับปรุงกระบวนการจากหลายด้าน เช่น การเตรียมเปลือก และปรับปรุงข้อบกพร่องของกระบวนการระบายความร้อนด้วยโลหะเหลว ซึ่งได้นำไปใช้ในการผลิตใบพัดเทอร์ไบน์แบบผลึกเดี่ยวสำหรับเครื่องยนต์อากาศยานและการผลิตใบพัดเทอร์ไบน์ขนาดใหญ่แบบผลึกเดี่ยวสำหรับก๊าซเทอร์ไบน์บนพื้นดิน

นอกจากนี้, วิธีใหม่ของการเพิ่มอุณหภูมิปริมาณการเร่งเรื่อย ๆ กําลังถูกสํารวจ, เช่น: เทคโนโลยีการแข็งแรงทิศทางการโยงแบบเย็นด้วยก๊าซ, เทคโนโลยีการแข็งแรงทิศทางการสร้างแบบจํากัดด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า, การแข็ง อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ยังไม่ได้เจริญเติบโต และยังไม่ได้ถูกนําไปใช้ในการแข็งแบบทิศทางของใบของเครื่องกลมแก๊ส

วิธีการปรับปรุงการเย็นด้วยการพ่นโลหะเหลว

เพื่อแก้ไขปัญหา เช่น การที่การหล่ออาจถูกปนเปื้อนโดยของเหลวโลหะสำหรับระบายความร้อน และการเกิดข้อบกพร่องจากการหล่อแบบใช้ของเหลวโลหะในการระบายความร้อน ทีมวิจัยของเราได้พัฒนาเทคโนโลยีการแข็งตัวแบบกำหนดทิศทางด้วยการพ่นของเหลวโลหะ (LMSC) และพัฒนาเครื่องมือการแข็งตัวแบบกำหนดทิศทางสำหรับอุตสาหกรรม ส่วนประกอบการออกแบบและวัตถุประสงค์ของเตาการแข็งตัวแบบกำหนดทิศทาง LMSC แสดงอยู่ในรูปที่ 2 เทคโนโลยี LMSC พัฒนามาจากเทคโนโลยี LMC โดยเปลี่ยนจากการนำชิ้นงานและแม่พิมพ์ลงไปแช่ในของเหลวโลหะโดยตรง เพื่อให้เกิดการระบายความร้อน มาเป็นการใช้ของเหลวโลหะพ่นเพื่อระบายความร้อนให้กับชิ้นงานและแม่พิมพ์ เทคโนโลยีนี้มีลักษณะเด่นคือการปล่อยความร้อนอย่างรวดเร็ว การระบายความร้อนอย่างสม่ำเสมอ และการฉนวนความร้อนที่ดีระหว่างเขตการฉนวนและความเย็น เทคโนโลยี LMSC ไม่เพียงแต่รักษาข้อดีของการระบายความร้อนที่แรงของเทคโนโลยี LMC แต่ยังแก้ไขข้อเสียของเทคโนโลยี LMC อีกด้วย เนื่องจากสามารถควบคุมอัตราการไหลของของเหลวโลหะที่พ่นออกมา รวมถึงการปรับอัตราการดึงออก ทำให้ได้ผลึกแท่งหรือผลึกเดี่ยวที่มีโครงสร้างดีและระยะห่างของ dendrite น้อยลง ซึ่งสามารถลดหรือแม้กระทั่งหลีกเลี่ยงการเกิดข้อบกพร่องจากการแข็งตัวของซุปเปอร์แอลลอยด์ เทคโนโลยีการแข็งตัวแบบกำหนดทิศทาง LMSC มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาและการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมของซุปเปอร์แอลลอยด์