一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置，它包括有制備室，其中，制備室套裝在保溫系統(tǒng)內(nèi)，制備室與保溫系統(tǒng)之間預(yù)留一定距離形成加熱腔，加熱腔內(nèi)設(shè)有加熱器，制備室與保溫系統(tǒng)頂部設(shè)有制備室蓋，制備室蓋一側(cè)設(shè)有延伸至制備室內(nèi)的擋板，另一側(cè)設(shè)有延伸至制備室內(nèi)的溫控器；保溫系統(tǒng)外周面上設(shè)有電磁攪拌器，制備室內(nèi)腔底部設(shè)有送粉器，所述的送粉器內(nèi)部為中空，外壁為螺旋形狀，其外壁螺旋壁上設(shè)有噴嘴，噴嘴隨外壁形狀呈螺旋形分布，并與送粉器內(nèi)部相通，送粉器底部穿過保溫系統(tǒng)與管道一端連接，管道另一端分別與氣瓶、儲存罐相連接，氣瓶、儲存罐出口處分別設(shè)有氣瓶閥門和儲存罐閥門。
【專利說明】一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于金屬材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料由于具有高比強、高比剛、高耐磨、低熱膨脹及優(yōu)良的減震性能尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異的綜合性能，是航空航天、汽車制造等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件輕量化、高性能化的理想材料，具有巨大的應(yīng)用潛力廣闊和廣闊的市場前景。
[0003]目前，復(fù)合材料的制備方法主要有固態(tài)制備技術(shù)、液態(tài)制備技術(shù)以及半固體制備技術(shù)。
[0004]固態(tài)制備技術(shù)主要包括粉末冶金法、熱壓和熱等靜壓技術(shù)，以及熱軋/熱擠壓技術(shù)。固態(tài)制備技術(shù)制備的鋁基復(fù)合材料綜合性能良好，可以實現(xiàn)體積質(zhì)量差大的金屬與粒子的復(fù)合，可制備高體分顆粒增強的復(fù)合材料，但是該方法工藝復(fù)雜，流程長，制備成本較聞。
[0005]液態(tài)制備技術(shù)主要包括液態(tài)金屬攪拌制備技術(shù)、噴射沉積技術(shù)以及擠壓鑄造技術(shù)等。噴射沉積法制備的復(fù)合材料中增強相體積分?jǐn)?shù)可任意調(diào)節(jié)，增強體粒度也不用限制，可獲得晶粒細(xì)小的復(fù)合材料，但是該方法制備的復(fù)合材料制品尺寸受限，制備成本也較高。液態(tài)金屬機械攪拌法是通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)運動使增強材料均勻分布在金屬熔體中，然后澆注成型。此法所用設(shè)備簡單，操作方便，但增強顆粒不易與基體材料混合均勻，且材料的吸氣較嚴(yán)重。擠壓鑄造技術(shù)是將增強材料制成預(yù)制件，放入型腔中，然后利用壓力機將液態(tài)金屬壓入其中，凝固后得到所需的復(fù)合材料，擠壓鑄造技術(shù)所需設(shè)備低廉、工藝簡單、生產(chǎn)周期短，但是由于擠壓鑄造壓力很大，因此需要所制的預(yù)制件承受很高的強度，且需保證預(yù)制件的空隙度。
[0006]半固態(tài)攪拌技術(shù)就是把基體金屬加入到液相線和固相線之間的適當(dāng)溫度進(jìn)行攪拌。利用半固態(tài)合金熔體的觸變性，在粘度不大的固液二相熔體中，一邊攪拌一邊加入增強相，利用半固態(tài)合金熔體的包裹和夾帶作用，使增強相顆粒得到均勻的分散。然后升高到適當(dāng)溫度進(jìn)行澆注，就可得到增強相分布均勻的復(fù)合材料。此方法工藝簡單、操作方便。被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前途的復(fù)合材料制備方法。但是，該方法也必須解決增強體顆粒與鋁熔體的潤濕性和增強體顆粒在鋁熔體中的均勻分散等技術(shù)問題，且攪拌裝置污染合金熔體等難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對半固態(tài)攪拌技術(shù)存在的上述關(guān)鍵技術(shù)問題。本方案提出了一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的裝置及方法。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案為:一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置，它包括有溫控器、保溫系統(tǒng)、加熱器、制備室、送粉器、電磁攪拌器、擋板、制備室蓋、氣瓶、儲存罐、氣瓶閥門、管道、噴嘴，其中，制備室套裝在保溫系統(tǒng)內(nèi)，制備室與保溫系統(tǒng)之間預(yù)留一定距離形成加熱腔，加熱腔內(nèi)設(shè)有加熱器，制備室與保溫系統(tǒng)頂部設(shè)有制備室蓋，制備室蓋一側(cè)設(shè)有延伸至制備室內(nèi)的擋板，另一側(cè)設(shè)有延伸至制備室內(nèi)的溫控器；保溫系統(tǒng)外周面上設(shè)有電磁攪拌器，制備室內(nèi)腔底部設(shè)有送粉器，所述的送粉器內(nèi)部為中空，外壁為螺旋形狀，其外壁螺旋壁上設(shè)有噴嘴，噴嘴隨外壁形狀呈螺旋形分布，并與送粉器內(nèi)部相通，送粉器底部穿過保溫系統(tǒng)與管道一端連接，管道另一端分別與氣瓶、儲存罐相連接，氣瓶、儲存罐出口處分別設(shè)有氣瓶閥門和儲存罐閥門。
[0009]所述的送粉器外壁形狀也呈螺旋形分布，螺距20mm，螺紋深20mm，在螺紋底部、螺紋側(cè)壁、螺紋頂部分別呈圓周排列設(shè)置六個噴嘴，噴嘴之間均勻分布，且螺紋底部、螺紋側(cè)壁、螺紋頂部的噴嘴交錯設(shè)置。
[0010]所述的電磁攪拌器為螺旋式結(jié)構(gòu)，纏繞在保溫系統(tǒng)外周面上。
[0011]所述的氣瓶盛放的氣體為IS氣、氦氣、氖氣、氪氣、氣氣惰性氣體。
[0012]所述的存儲罐內(nèi)為粉狀SiC粉末，粒度為10-25微米。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:
[0014](1)采用電磁力作為攪拌外力，可有效避免機械攪拌導(dǎo)致的攪拌桿材料污染合金熔體的不利影響，制備的復(fù)合材料純凈，質(zhì)量高。
[0015](2)送粉器的設(shè)計可顯著促進(jìn)增強體材料在合金熔體中的均勻分布，避免增強體材料在液面上漂浮、粘附制備室內(nèi)壁、分布不均勻等現(xiàn)象。
[0016](3)環(huán)形制備室的設(shè)計可大大改善合金熔體的攪拌效果，強化紊流流動，促進(jìn)增強體的分散和均勻分布。
[0017](4)結(jié)構(gòu)簡單，投資成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2、圖3為本實用新型的送粉器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合所有附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明，本實用新型的較佳實施例為:半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置包括有溫控器1、保溫系統(tǒng)2、加熱器3、制備室4、送粉器5、電磁攪拌器6、擋板7、制備室蓋8、氣瓶9、儲存罐10、氣瓶閥門11、管道13、噴嘴14，其中，制備室4套裝在保溫系統(tǒng)2內(nèi)，制備室4與保溫系統(tǒng)2之間預(yù)留一定距尚形成加熱腔，加熱腔內(nèi)設(shè)有加熱器3，制備室4與保溫系統(tǒng)2頂部設(shè)有制備室蓋8，制備室蓋8 一側(cè)設(shè)有延伸至制備室4內(nèi)的擋板7，另一側(cè)設(shè)有延伸至制備室4內(nèi)的溫控器1 ;保溫系統(tǒng)2外周面上設(shè)有電磁攪拌器6，本實施例的電磁攪拌器6為螺旋式結(jié)構(gòu)，纏繞在保溫系統(tǒng)2外周面上。制備室4內(nèi)腔底部設(shè)有送粉器5，所述的送粉器5內(nèi)部為中空，外壁為螺旋形狀，其外壁螺旋壁上設(shè)有噴嘴14，噴嘴14隨外壁形狀呈螺旋形分布，并與送粉器5內(nèi)部相通，本實施例的送粉器5外壁螺距為20mm，螺紋深20mm，在螺紋底部、螺紋側(cè)壁、螺紋頂部分別呈圓周排列設(shè)置六個噴嘴14，噴嘴14之間均勻分布，且螺紋底部、螺紋側(cè)壁、螺紋頂部的噴嘴交錯設(shè)置。送粉器5底部穿過保溫系統(tǒng)2與管道13 —端連接，管道13另一端分別與氣瓶9、儲存罐10相連接，氣瓶9、儲存罐10出口處分別設(shè)有氣瓶閥門11和儲存罐閥門12。氣瓶盛放的氣體為氬氣、氦氣、氖氣、氪氣、氙氣惰性氣體。存儲罐10內(nèi)為粉狀SiC粉末，粒度為10-25微米。
[0021]基于上述裝置制備復(fù)合材料的方法，該方法的主要工作原理是:在惰性氣體壓力作用下，復(fù)合材料增強體呈粉末狀被彌散吹入熔體中，在電磁攪拌力和惰性氣體壓力的共同作用下，夾裹著增強體粉末材料的合金熔體在環(huán)狀制備區(qū)域進(jìn)行強烈的攪拌，顆粒增強體被包裹入合金熔體中，然后繼續(xù)在半固態(tài)溫度區(qū)間進(jìn)行長時間的劇烈攪拌，增強相顆粒彌散均勻分布在合金熔體中。惰性氣體在保護(hù)合金熔體防止氧化的同時，可對合金熔體中的氣體進(jìn)行除氣處理，合金熔體純凈。下面舉例說明:
[0022]制備復(fù)合材料為碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料，碳化硅體積百分含量為20%?；w合金為A357鑄造鋁合金。首先，將A357鋁合金鑄錠表面清理干凈，放入制備室4中，打開氣瓶9閥門11通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，熔化到670°C，然后加大氬氣壓力，對熔體進(jìn)行除氣，除氣過程10分鐘，靜置打渣，熔體保溫630°C。開啟電磁攪拌器6，下降擋板7，調(diào)整氣體壓力，打開儲存罐10開關(guān)12，在氬氣壓力作用下，SiC粉末以較高速度從送粉器壁上的噴嘴14噴出，在電磁攪拌力和高速氬氣氣流的共同作用下彌散分布在A357合金熔體中。碳化硅粉體輸送完畢后，關(guān)閉儲存罐10開關(guān)12，調(diào)整氬氣壓力，使合金熔體在電磁攪拌力作用下繼續(xù)攪拌熔體到585°C，獲得SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料，關(guān)閉電磁攪拌器6，持續(xù)通入氬氣，快速將合金熔體升溫到650°C，快速澆注到模具中，獲得合格的SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料。
【權(quán)利要求】
1.一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置，其特征在于:它包括有溫控器(I)、保溫系統(tǒng)(2)、加熱器(3)、制備室(4)、送粉器(5)、電磁攪拌器(6)、擋板(7)、制備室蓋(8)、氣瓶(9)、儲存iig(10)，其中，制備室(4)套裝在保溫系統(tǒng)(2)內(nèi)，制備室(4)與保溫系統(tǒng)(2)之間預(yù)留一定距離形成加熱腔，加熱腔內(nèi)設(shè)有加熱器(3)，制備室(4)與保溫系統(tǒng)(2)頂部設(shè)有制備室蓋(8 )，制備室蓋(8 ) —側(cè)設(shè)有延伸至制備室(4)內(nèi)的擋板(7 )，另一側(cè)設(shè)有延伸至制備室(4)內(nèi)的溫控器(I);保溫系統(tǒng)(2)外周面上設(shè)有電磁攪拌器(6)，制備室(4)內(nèi)腔底部設(shè)有送粉器(5)，所述的送粉器(5)內(nèi)部為中空，外壁為螺旋形狀，其外壁螺旋壁上設(shè)有噴嘴(14)，噴嘴(14)隨外壁形狀呈螺旋形分布，并與送粉器(5)內(nèi)部相通，送粉器(5)底部穿過保溫系統(tǒng)(2)與管道(13) —端連接，管道(13)另一端分別與氣瓶(9)、儲存罐(10)相連接，氣瓶(9 )、儲存罐(10 )出口處分別設(shè)有氣瓶閥門(11)和儲存罐閥門(12 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置，其特征在于:送粉器(5)外壁形狀呈螺旋形，其螺距為20mm，螺紋深20mm，在螺紋底部、螺紋側(cè)壁、螺紋頂部分別呈圓周排列設(shè)置六個噴嘴(14)，噴嘴(14)之間均勻分布，且螺紋底部、螺紋側(cè)壁、螺紋頂部的噴嘴交錯設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置，其特征在于:電磁攪拌器(6)為螺旋式結(jié)構(gòu)，纏繞在保溫系統(tǒng)(2)外周面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置，其特征在于:氣瓶(9)內(nèi)的氣體為高純氬氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半固態(tài)攪拌制備復(fù)合材料的制備裝置，其特征在于:存儲罐(10)內(nèi)為粉狀SiC粉末，粒度為10-25微米。
【文檔編號】C22C1/02GK204097549SQ201420538776
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】白月龍, 徐駿, 湯孟歐, 李獻(xiàn)清, 李大普, 李詩, 劉振, 劉旭華 申請人:湖南文昌科技有限公司