本實(shí)用新型涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種復(fù)合材料的噴射成形系統(tǒng)以及利用該噴射成形系統(tǒng)制備混合顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

高速重載列車一般是指最高速度達(dá)到或超過(guò)200km/h的鐵路貨運(yùn)列車，其制動(dòng)裝置的性能非常重要，直接關(guān)系到高速列車的運(yùn)行安全。高速列車制動(dòng)盤材料要具有摩擦因數(shù)穩(wěn)定、密度低、比熱容高、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、硬度高、疲勞性能優(yōu)良等特點(diǎn)?，F(xiàn)有制動(dòng)盤用材料大致可分為兩大類，一類是傳統(tǒng)的黑色金屬材料，包括鑄鐵、鑄鋼和鍛鋼；另一類是復(fù)合材料，包括碳/碳纖維復(fù)合材料、鋁基復(fù)合材料、陶瓷復(fù)合材料等。目前大多數(shù)高速列車使用的是鑄鋼或鍛鋼制動(dòng)盤，而復(fù)合材料制動(dòng)盤還處于研發(fā)階段，并沒有大范圍推廣應(yīng)用。

鑄鐵制動(dòng)盤的生產(chǎn)技術(shù)成熟，易于成型，且價(jià)格低廉。鑄鐵制動(dòng)盤材料經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，即普通灰鑄鐵、鎳-鉻-鉬低合金鑄鐵以及蠕墨鑄鐵。與鋼質(zhì)材料相比，鑄鐵的耐磨性、抗熱龜裂性仍存在一定差距。鑄鋼制動(dòng)盤的優(yōu)點(diǎn)在于其利用鑄造成型技術(shù)可以制成帶散熱筋的盤體，散熱性能好；其凝固組織為等軸晶，抗熱裂性能和耐磨性能較好。然而，我國(guó)高速列車鑄鋼制動(dòng)盤毛坯基本上依賴進(jìn)口，其主要原因是鑄造缺陷多，導(dǎo)致使用過(guò)程中磨損嚴(yán)重，抗熱裂性能顯著降低。鍛鋼制動(dòng)盤具有良好的散熱性能、抗熱龜裂性和耐磨性。目前，大部分高速列車均采用鍛鋼制動(dòng)盤，雖然鍛鋼制動(dòng)盤材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和熱疲勞性能，但由于采用鍛造成形，其結(jié)構(gòu)受到很大限制。

隨著列車速度的不斷提高，制動(dòng)盤承受的制動(dòng)能量越來(lái)越大，傳統(tǒng)材料(鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼)已經(jīng)難以適應(yīng)列車高速重載的發(fā)展要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝方便，操作性好，能生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)異的復(fù)合材料的噴射成形系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

提供一種復(fù)合材料噴射成型系統(tǒng)，包括依次連通的用于放置固體顆粒物料的儲(chǔ)料罐、螺旋給料機(jī)、顆粒輸送裝置和輸送管道，還包括用于放置液體物料的液體儲(chǔ)存裝置、霧化裝置和水冷基體，所述輸送管道與霧化裝置連通；

所述顆粒輸送裝置的下端開有高壓氣體入口，從高壓氣體入口處通有高壓氣體；所述螺旋給料機(jī)與顆粒輸送裝置連接處稱為顆粒輸入口，顆粒輸送裝置和輸送管道的連接處位于顆粒輸入口之上；顆粒輸送裝置中、顆粒輸入口與氣體入口之間設(shè)置有多孔板，多孔板上開有孔，多孔板的外徑等于顆粒輸送裝置的內(nèi)徑；

所述液體儲(chǔ)存裝置與霧化裝置相通，霧化裝置下設(shè)置有水冷基體；水冷基體對(duì)落在水冷基體上的沉積坯進(jìn)行冷卻。

進(jìn)一步地，還包括密封裝置，所述液體儲(chǔ)存裝置、霧化裝置和水冷基體設(shè)置于密封裝置內(nèi)，密封裝置上安裝有排風(fēng)裝置。增加密封裝置后，整個(gè)系統(tǒng)為一個(gè)封閉的系統(tǒng)，排風(fēng)裝置可保證外界的空氣無(wú)法進(jìn)入密封裝置內(nèi)，密封裝置內(nèi)的氣體從排風(fēng)裝置排出；進(jìn)行噴射成型時(shí)，避免物料與空氣接觸被氧化和產(chǎn)生氣泡，影響坯料的性能。

進(jìn)一步地，所述水冷基體與可升降旋轉(zhuǎn)的支撐軸聯(lián)接，可升降旋轉(zhuǎn)的支撐軸帶動(dòng)水冷基體升降和旋轉(zhuǎn)。水冷基體與可升降旋轉(zhuǎn)的支撐軸聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)升降和旋轉(zhuǎn)，以制備出大尺寸、不同厚度的環(huán)狀制動(dòng)盤坯料。

進(jìn)一步地，所述多孔板上的孔的孔徑大小一致且分布均勻。

更進(jìn)一步地，所述孔的直徑為0.1～0.5mm。

進(jìn)一步地，所述液體儲(chǔ)存裝置為坩堝。

更進(jìn)一步地，所述高壓氣體為高壓惰性氣體。利用惰性氣體的性能保護(hù)金屬元素（如鈦）不被氧化。

本實(shí)用新型同時(shí)提供一種混合顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法，所述復(fù)合材料是以鈦合金為基體，以混合顆粒為增強(qiáng)材料；使用以上所述的復(fù)合材料噴射成型系統(tǒng)進(jìn)行制備，包括以下步驟：

S1.將已充分混合均勻的混合顆粒置于儲(chǔ)料罐中，通過(guò)高壓氣體入口，向顆粒輸送裝置內(nèi)通入高壓氣體；

S2.混合顆粒在螺旋給料機(jī)的作用下定量輸送到顆粒輸送裝置中，混合顆粒的輸送量由螺旋給料機(jī)的螺旋導(dǎo)料桿的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)控制；

S3.輸送到顆粒輸送裝置中的混合顆粒被多孔板隔擋，并在高壓氣體的作用下固相顆粒與氣體充分混合形成固氣兩相顆粒流；

S4.固氣兩相顆粒流經(jīng)輸送管道進(jìn)入霧化裝置；

S5.具有一定壓力的固氣兩相顆粒流將流入霧化裝置中的鈦合金熔液進(jìn)行霧化形成固液氣三相流，并沉積在水冷基體上形成沉積坯。

優(yōu)選地，所述沉積坯為高速重載列車制動(dòng)盤坯料。

本實(shí)用新型所述的復(fù)合材料噴射成型系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作性好，在制備混合顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料時(shí)，將混合顆粒放置于所述儲(chǔ)料罐中，混合顆粒經(jīng)螺旋給料機(jī)定量輸送至顆粒輸送裝置中，螺旋給料機(jī)的主要作用是將儲(chǔ)料罐中的混合定量地輸送到顆粒輸送裝置中，其輸送量通過(guò)螺旋導(dǎo)料桿的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)調(diào)節(jié)，其目的是確保固氣兩相顆粒流中的增強(qiáng)顆粒比例，以制備出具有所需體積分?jǐn)?shù)的混合顆粒增強(qiáng)的坯料。

本實(shí)用新型巧妙地利用氣壓進(jìn)行物料輸送，具體地，在顆粒輸送裝置的下端設(shè)置氣體入口，通過(guò)氣體入口向顆粒輸送裝置內(nèi)通入高壓氣體，高壓氣體和顆粒進(jìn)入顆粒輸送裝置中混合，高壓氣體攜帶固體顆粒經(jīng)輸送管道進(jìn)入霧化裝置中，固氣兩相顆粒流對(duì)從液體儲(chǔ)存裝置中流出的液體進(jìn)行霧化，最終沉積在水冷基體上。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型提供了一種復(fù)合材料噴射成型系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用螺旋給料機(jī)對(duì)從儲(chǔ)料罐中流出的物料的量進(jìn)行控制，利用高壓氣體對(duì)該物料進(jìn)行輸送，與從液體儲(chǔ)存裝置中流出的液體混合，高壓氣體對(duì)液體進(jìn)行液化，最終在水冷基體上沉積，水冷基體對(duì)沉積于其上的物料進(jìn)行快速冷卻。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎，能制備出高質(zhì)量的復(fù)合材料沉積坯。

本實(shí)用新型還提供一種利用上述復(fù)合材料噴射成型系統(tǒng)生產(chǎn)混合顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法，在儲(chǔ)存罐中含有固體混合顆粒，所述液體儲(chǔ)存裝置中含有鈦合金溶液，混合顆粒經(jīng)螺旋給料機(jī)定量，高壓氣體輸送與鈦合金溶液在霧化裝置中混合，高壓氣體對(duì)鈦合金溶液進(jìn)行霧化，最終在水冷基體上形成晶粒均勻細(xì)小，強(qiáng)度高，性能優(yōu)良的沉積坯。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。

圖1是實(shí)施例1和實(shí)施例2噴射成形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

1為儲(chǔ)料罐；2為混合顆粒；3為螺旋給料機(jī)；4為顆粒輸送裝置；5為固氣兩相顆粒流；6為高壓氣體入口；7為多孔板；8為輸送管道；9為液體儲(chǔ)存裝置；10為鈦合金熔液；11為霧化裝置；12為固液氣三相流；13為沉積坯；14為水冷基體；15為密封裝置；16為升降旋轉(zhuǎn)支撐軸。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種復(fù)合材料噴射成型系統(tǒng)，包括依次連通的用于放置固體顆粒物料的儲(chǔ)料罐1、螺旋給料機(jī)3、顆粒輸送裝置4和輸送管道8，還包括用于放置液體物料的液體儲(chǔ)存裝置9、霧化裝置11和水冷基體14，所述輸送管道8與霧化裝置11連通；

所述顆粒輸送裝置4的下端開有高壓氣體入口6，從高壓氣體入口6處通有高壓氣體；所述螺旋給料機(jī)3與顆粒輸送裝置4連接處稱為顆粒輸入口，顆粒輸送裝置4和輸送管道8的連接處位于顆粒輸入口之上；顆粒輸送裝置4中、顆粒輸入口與氣體入口6之間設(shè)置有多孔板7，多孔板7上開有孔，多孔板7的外徑等于顆粒輸送裝置4的內(nèi)徑；

所述液體儲(chǔ)存裝置9與霧化裝置11相通，霧化裝置11下設(shè)置有水冷基體14；水冷基體14對(duì)落在水冷基體14上的沉積坯13進(jìn)行冷卻。

還包括密封裝置15，所述液體儲(chǔ)存裝置9、霧化裝置11和水冷基體14設(shè)置于密封裝置15內(nèi)，密封裝置15上安裝有排風(fēng)裝置（圖中未標(biāo)出）。

所述水冷基體14與可升降旋轉(zhuǎn)的支撐軸聯(lián)接16，可升降旋轉(zhuǎn)的支撐軸16帶動(dòng)水冷基體14升降和旋轉(zhuǎn)。

所述多孔板7上的孔的孔徑大小一致且分布均勻。

所述孔的直徑為0.1～0.5mm。

所述液體儲(chǔ)存裝置9為坩堝。

所述高壓氣體為高壓惰性氣體。

本實(shí)施例所述的復(fù)合材料噴射成型系統(tǒng)，儲(chǔ)料罐、螺旋給料機(jī)、顆粒輸送裝置、輸送管道和霧化裝置依次連通，并且液體儲(chǔ)存裝置、霧化裝置和水冷基體置于密封裝置內(nèi)，整個(gè)裝置之間結(jié)構(gòu)緊湊、相互連通，依靠從高壓氣體入口輸入的高壓氣體對(duì)系統(tǒng)中的物料進(jìn)行輸送，該高壓氣體對(duì)從儲(chǔ)料罐中流出的固體顆粒進(jìn)行輸送，并對(duì)從液體儲(chǔ)存裝置沖流出的液體物料進(jìn)行霧化，設(shè)置巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作性好。固體顆粒物料經(jīng)螺旋給料機(jī)定量輸送至顆粒輸送裝置中，所述顆粒輸送裝置中設(shè)置多孔板，多孔板將顆粒輸送裝置分成兩個(gè)部分，一為高壓氣流區(qū)，一為固氣兩相顆粒流區(qū)，固體顆粒在多孔板的阻擋下，依托多孔板下輸入的高壓氣體，不僅不會(huì)從多孔板的孔中落出，反而隨著高壓氣流進(jìn)入輸送管道；本實(shí)施例的噴射成型在密封裝置內(nèi)進(jìn)行，利用高壓氣體的壓力對(duì)液體物料進(jìn)行液化，水冷基體進(jìn)行快速冷卻，最終形成的坯料晶粒均勻細(xì)小，強(qiáng)度高，性能優(yōu)良。水冷基體與可升降旋轉(zhuǎn)的支撐軸聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)升降和旋轉(zhuǎn)，以制備出大尺寸、不同厚度的環(huán)狀坯料。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種混合顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法，所述復(fù)合材料是以鈦合金為基體，以混合顆粒為增強(qiáng)材料；使用實(shí)施例1所述的復(fù)合材料噴射成型系統(tǒng)進(jìn)行制備，包括以下步驟：

S1.將已充分混合均勻的混合顆粒置于儲(chǔ)料罐1中，通過(guò)高壓氣體入口6，向顆粒輸送裝置4內(nèi)通入高壓氣體；

S2.混合顆粒2在螺旋給料機(jī)3的作用下定量輸送到顆粒輸送裝置4中，混合顆粒2的輸送量由螺旋給料機(jī)3的螺旋導(dǎo)料桿的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)控制；

S3.輸送到顆粒輸送裝置4中的混合顆粒2被多孔板7隔擋，并在高壓氣體的作用下固相顆粒與氣體充分混合形成固氣兩相顆粒流5；

S4.固氣兩相顆粒5流經(jīng)輸送管道8進(jìn)入霧化裝置11；

S5.具有一定壓力的固氣兩相顆粒流5將流入霧化裝置11中的鈦合金熔液10進(jìn)行霧化形成固液氣三相流12，并沉積在水冷基體14上形成沉積坯13。

所述沉積坯13為高速重載列車制動(dòng)盤坯料。

在儲(chǔ)存罐中含有固體混合顆粒，所述液體儲(chǔ)存裝置中含有鈦合金溶液，混合顆粒經(jīng)螺旋給料機(jī)定量，高壓氣體輸送與鈦合金溶液在霧化裝置中混合，高壓氣體對(duì)鈦合金溶液進(jìn)行霧化，最后在水冷基體上形成沉積坯。所述水冷基體與可升降旋轉(zhuǎn)的支撐軸聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)升降和旋轉(zhuǎn)，制備出大尺寸、不同厚度的環(huán)狀制動(dòng)盤坯料。一般來(lái)說(shuō)，鈦合金鑄件的平均晶粒尺寸為幾十到幾百微粒，綜合性能差，快速凝固可以顯著細(xì)化鈦合金基體的晶粒度，本實(shí)施例由于采用大量高壓氣體霧化所述鈦合金，并與所述較冷混合顆粒共沉積在一個(gè)水冷沉積基體上，冷卻速度可達(dá)到103~105K/s，使得本實(shí)施例混合顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料中鈦基體的平均晶粒均勻細(xì)小，提高了合金強(qiáng)度。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的包含范圍之內(nèi)。