本發(fā)明涉及一種適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置及方法。

背景技術：

1、sicp增強鋁基復合材料具有較高的比強度和比剛度，同時熱膨脹系數(shù)低，耐磨性能好，且具有良好的導熱和導電性能，在航空航天和汽車等領域有著廣闊的應用前景。目前sicp增強鋁基復合材料的主要制備方法包括粉末顆粒冶金、攪拌鑄造和擠壓鑄造等。其中，攪拌鑄造法通過強烈攪拌使增強體顆粒均勻分散在鋁合金熔體中，然后澆鑄成錠坯、鑄件。該方法具有工藝簡單、設備投資少和生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢，有望實現(xiàn)sicp增強鋁基復合材料的低成本規(guī)?；a(chǎn)。攪拌鑄造制備sicp增強鋁基復合材料的過程中，如何將sic顆粒加入到鋁合金熔體中并使之均勻分散是最關鍵的問題。

2、由于sic顆粒與鋁合金熔體潤濕性極差，必須對陶瓷顆粒表面進行氧化處理或涂覆金屬涂層，來改善sic顆粒和鋁熔體之間的潤濕性。相比涂覆金屬涂層，表面氧化處理的成本明顯更低，并且對熔體和最終產(chǎn)品的成分影響更小。然而，實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，sic粉末顆粒在高溫氧化過程中，由于顆粒表面形成sio2，很容易出現(xiàn)粉末顆粒表層板結(jié)和硬化，阻礙內(nèi)部sic粉末顆粒的氧化，必須降低粉末顆粒鋪層厚度并多次研磨翻動，才能獲得滿足攪拌鑄造要求的氧化顆粒，嚴重限制了生產(chǎn)效率的提升。

3、因此，本發(fā)明開發(fā)了一種適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置及方法，結(jié)合電阻加熱器、滾筒式攪拌和濕氧氣氛，通過對溫度、氧氣流量的有效控制，可以高效率氧化處理sic粉末顆粒，滿足工業(yè)生產(chǎn)sicp增強鋁基復合材料的要求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題而提供一種適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置及方法。

2、本發(fā)明所采用的技術方案有：

3、一種適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置，包括攪拌桶、電阻加熱器、導熱桶、電機、機架和濕氧供給系統(tǒng)，所述攪拌桶轉(zhuǎn)動連接在機架上并由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，導熱桶同軸固定于攪拌桶內(nèi)，電阻加熱器沿著導熱桶的軸心方向伸于導熱桶內(nèi)，在電阻加熱器上設有出氣孔，濕氧供給系統(tǒng)供出的濕氧通過出氣孔進入攪拌桶內(nèi)。

4、進一步地，所述攪拌桶包括半圓桶、端座和支撐軸，半圓桶設有兩個，其中一個半圓桶的兩端分別固定一端座，兩根支撐軸分別固定兩端座的外側(cè)，支撐軸轉(zhuǎn)動連接在機架上，兩個半圓桶相互拼接固定并形成一個圓桶。

5、進一步地，所述半圓桶的兩端內(nèi)壁上設有錐口，兩個半圓桶拼接固定后，對應兩個錐口拼接形成圓錐腔。

6、進一步地，所述錐口的錐面上設有若干通氣孔，通氣孔上鋪設濾網(wǎng)，電阻加熱器上的出氣孔置于所述圓錐腔內(nèi)。

7、進一步地，所述電阻加熱器上的出氣孔分布在電阻加熱器的兩端，在電阻加熱器的軸心方向設有通氣腔，通氣腔與出氣孔連通，通氣腔用于通入濕氧。

8、進一步地，所述兩個半圓桶之間通過鎖扣固定，在兩半圓桶的結(jié)合面處設有相互配合的凹面與凸面。

9、進一步地，所述攪拌桶的內(nèi)壁上設有攪拌筋。

10、本發(fā)明還公開了一種氧化處理方法，包括以下步驟：

11、s1）對sic粉末顆粒進行過濾，篩選出符合尺寸范圍的sic顆粒，對篩選后的sic顆粒進行清洗；

12、s2）將sic粉末顆粒和陶瓷球加入攪拌桶，開啟電阻加熱器，在攪拌桶升溫至所需溫度后，電機驅(qū)動攪拌桶轉(zhuǎn)動，防止sic粉末顆粒板結(jié)，在繼續(xù)升溫后，開始通入濕氧，進行氧化處理；

13、s3）氧化處理結(jié)束后，關閉電阻加熱器并停止?jié)裱豕┙o，待溫度降至所需溫度后，停止轉(zhuǎn)動攪拌桶，然后倒出氧化后的sic粉末顆粒和陶瓷球；

14、s4）將sic粉末顆粒和陶瓷球加入攪拌桶，重復s1）-?s4），繼續(xù)制備新的氧化sic粉末顆粒。

15、進一步地，s1）中，采用低濃度鹽酸溶液或水對sic粉末顆粒進行超聲清洗。

16、進一步地，s2）中，在攪拌桶升溫至800℃以上后，電機驅(qū)動攪拌桶轉(zhuǎn)動；在升溫至1000℃后，開始通入濕氧，在1100℃進行氧化處理，流量大于50ml/min，處理時間為30分鐘。

17、本發(fā)明具有如下有益效果：

18、1）本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造或改造成本低，結(jié)合氧化處理技術本身的低成本特性，可以實現(xiàn)低成本生產(chǎn)氧化sic粉末顆粒。

19、2）本發(fā)明將將電阻加熱器置于攪拌桶的軸心位置，且位置保持不動，攪拌桶轉(zhuǎn)動，在制備攪拌制備混料過程中，使得sic粉末顆粒和陶瓷球受熱更加均勻，保證氧化效果。

20、3）本發(fā)明通過滾筒式加熱管氧化sic粉末顆粒，氧化過程中伴隨滾筒轉(zhuǎn)動和攪拌筋的攪拌，能夠防止sic粉末顆粒板結(jié)并增大與氧氣的接觸面積，獲得質(zhì)量均勻的氧化sic粉末顆粒。

21、4）本發(fā)明能夠提高單次氧化處理sic粉末顆粒的量，所用濕氧氣氛能夠顯著縮短單次氧化處理所需時間，同時傾倒出氧化sic粉末顆粒后可以繼續(xù)新一批粉末顆粒的氧化處理，最終極大提高氧化粉末顆粒的生產(chǎn)效率。

22、5）本發(fā)明溫度在1100℃進行氧化處理sic粉末的氧化速度明顯加快，1100℃時，濕氧中的水分子在氧化膜中的溶解度比氧氣更高，并且可以通過形成碳氫化合物去除氧化物中的碳原子，氧化速度比干氧更快。

技術特征：

1.一種適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置，其特征在于：包括攪拌桶（1）、電阻加熱器（2）、導熱桶（3）、電機（4）、機架（5）和濕氧供給系統(tǒng)，所述攪拌桶（1）轉(zhuǎn)動連接在機架（5）上并由電機（4）驅(qū)動轉(zhuǎn)動，導熱桶（3）同軸固定于攪拌桶（1）內(nèi)，電阻加熱器（2）沿著導熱桶（3）的軸心方向伸于導熱桶（3）內(nèi)，在電阻加熱器（2）上設有出氣孔（20），濕氧供給系統(tǒng)供出的濕氧通過出氣孔進入攪拌桶（1）內(nèi)。

2.如權利要求1所述的適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置，其特征在于：所述攪拌桶（1）包括半圓桶（11）、端座（12）和支撐軸（13），半圓桶（11）設有兩個，其中一個半圓桶（11）的兩端分別固定一端座（12），兩根支撐軸（13）分別固定兩端座（12）的外側(cè)，支撐軸（13）轉(zhuǎn)動連接在機架（5）上，兩個半圓桶（11）相互拼接固定并形成一個圓桶。

3.如權利要求2所述的適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置，其特征在于：所述半圓桶（11）的兩端內(nèi)壁上設有錐口（111），兩個半圓桶（11）拼接固定后，對應兩個錐口（111）拼接形成圓錐腔（110）。

4.如權利要求2所述的適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置，其特征在于：所述錐口（111）的錐面上設有若干通氣孔，通氣孔上鋪設濾網(wǎng)，電阻加熱器（2）上的出氣孔（20）置于所述圓錐腔（110）內(nèi)。

5.如權利要求4所述的適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置，其特征在于：所述電阻加熱器（2）上的出氣孔（20）分布在電阻加熱器的兩端，在電阻加熱器（2）的軸心方向設有通氣腔，通氣腔與出氣孔（20）連通，通氣腔用于通入濕氧。

6.如權利要求2所述的適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置，其特征在于：所述兩個半圓桶（11）之間通過鎖扣固定，在兩半圓桶（11）的結(jié)合面處設有相互配合的凹面與凸面。

7.如權利要求1所述的適用于攪拌鑄造用sic粉末顆粒制備的氧化處理裝置，其特征在于：所述攪拌桶的內(nèi)壁上設有攪拌筋。

8.一種基于權利要求1-7任一所述裝置的氧化處理方法，其特征在于：包括以下步驟：

9.如權利要求8所述的氧化處理方法，其特征在于：s1）中，采用低濃度鹽酸溶液或水對sic粉末顆粒進行超聲清洗。

10.如權利要求8所述的氧化處理方法，其特征在于：s2）中，在攪拌桶升溫至800℃以上后，電機驅(qū)動攪拌桶轉(zhuǎn)動；在升溫至1000℃后，開始通入濕氧，在1100℃進行氧化處理，流量大于50ml/min，處理時間為30分鐘。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于攪拌鑄造用SiC粉末顆粒制備的氧化處理裝置及方法，攪拌桶轉(zhuǎn)動連接在機架上并由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，導熱桶同軸固定于攪拌桶內(nèi)，電阻加熱器沿著導熱桶的軸心方向伸于導熱桶內(nèi)，在電阻加熱器上設有出氣孔，濕氧供給系統(tǒng)供出的濕氧通過出氣孔進入攪拌桶內(nèi)。本發(fā)明結(jié)合氧化處理技術本身的低成本特性，可以實現(xiàn)低成本生產(chǎn)氧化SiC粉末顆粒。

技術研發(fā)人員：宋懷東,朱彬,李若琳,陳逸,程亮,張云龍
受保護的技術使用者：江蘇理工學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19