專利名稱：一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備金屬基復(fù)合材料的裝置及方法。
背景技術(shù)：
金屬基復(fù)合材料是以金屬為基體由ー個(gè)或者ー個(gè)以上的增強(qiáng)相組成的新的材料體系。由于此特點(diǎn)，所以金屬基復(fù)合材料可以發(fā)揮每個(gè)組成相的各自優(yōu)勢(shì)，從而使新的復(fù)合材料具有較高的綜合力學(xué)性能和微觀組織形貌。金屬基復(fù)合材料在航空、航天、國防和汽車等領(lǐng)域內(nèi)都得到了廣泛應(yīng)用。目前金屬基復(fù)合材料按增強(qiáng)相的形貌可以分為連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料和非連續(xù)增強(qiáng)金屬復(fù)合材料。非連續(xù)金屬基復(fù)合材料主要包括顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料和晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。鋁基復(fù)合材料是金屬基復(fù)合材料中ー個(gè)重要的分支體系。它是以鋁合金為基體，以顆粒、纖維或者晶須為增強(qiáng)相的復(fù)合材料。其按增強(qiáng)的形式可分為顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。目前顆粒增強(qiáng)鋁基基復(fù)合材料的主要制備方法為攪拌法和粉末冶金法。粉末冶金方法制備納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料涉及混粉、冷壓、熱壓和燒結(jié)等多個(gè)エ序，制備過程復(fù)雜，エ序多，成本高，而且該方法在制備大尺寸鋁基復(fù)合材料方面實(shí)施困難。相對(duì)粉末冶金方法而言，攪拌方法具有實(shí)施工序簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。并且該方法在制備大尺寸復(fù)合材料坯料方面具備獨(dú)特的優(yōu)越性。該方法主要技術(shù)思想是將鋁合金融化成液態(tài)倒入攪拌工具，然后加入納米陶瓷顆粒實(shí)施攪拌。在攪拌過程中將納米陶瓷顆粒與鋁液進(jìn)行復(fù)合，從而制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。該方法雖然技術(shù)簡單、成本低，但是制備的鋁基復(fù)合材料中陶瓷顆粒分布不均勻，甚至?xí)霈F(xiàn)增強(qiáng)相顆粒分層或團(tuán)聚現(xiàn)象，從而影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。特別是對(duì)于密度差較大的復(fù)合材料體系而言，其實(shí)施起來困難較大。對(duì)于納米陶瓷顆粒而言，其團(tuán)聚現(xiàn)象更為明顯。要想發(fā)揮攪拌法在制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料方面的優(yōu)勢(shì)，必須采用新的裝備對(duì)納米陶瓷顆粒的團(tuán)聚和分層現(xiàn)象進(jìn)行合理解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料采用粉末冶金法存在制備エ藝路線長，需要的設(shè)備多，成本高，以及采用攪拌法存在納米陶瓷顆粒分布不均勻，分層和團(tuán)聚的問題，進(jìn)而提供一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置及方法。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置包括電機(jī)、第一齒輪軸、齒輪箱、加料斗、擋板、加熱墊板、 第一加熱裝置、漿料收集槽、第二加熱裝置、坩堝、蓋板、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、氬氣保護(hù)裝置、兩個(gè)測(cè)溫元件、兩個(gè)螺桿式攪拌槳和兩臺(tái)超聲波裝置，所述坩堝為圓筒形，所述齒輪箱具有一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，齒輪箱的輸入端上安裝有第ー齒輪軸，電機(jī)的輸出端與第一齒輪軸連接，齒輪箱的兩個(gè)輸出端分別連接有螺桿式攪拌槳，螺桿式攪拌槳的攪拌端伸入設(shè)置在齒輪箱下方的坩堝內(nèi)，坩堝置于第二加熱裝置內(nèi)，坩堝的上方設(shè)置有加料斗、氬氣保護(hù)裝置、兩個(gè)測(cè)溫元件和兩臺(tái)超聲波裝置，坩堝的上端面設(shè)置有蓋板，兩個(gè)測(cè)溫元件的檢測(cè)端穿過蓋板伸入坩堝內(nèi)，氬氣保護(hù)裝置的氣體輸送管穿過蓋板伸入坩堝內(nèi)，兩臺(tái)超聲波裝置的探頭穿過蓋板伸入坩堝內(nèi)，坩堝的底端面上連接有加熱墊板，坩堝的底端的中部和加熱墊板上設(shè)置有同軸的出料ロ，加熱墊板的側(cè)壁上設(shè)置有與出料ロ相通的通孔，液壓驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)桿伸入通孔內(nèi)并與設(shè)置在出料ロ處的用于封堵出料ロ的擋板連接，擋板能在液壓驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加熱墊板的下方設(shè)置有漿料收集槽，漿料收集槽置于第一加熱裝置內(nèi)。本發(fā)明的一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法是按照以下步驟進(jìn)行的，步驟ー將鋁合金鑄態(tài)坯料熔化成液態(tài)，熔化溫度控制在680°C 705°C ；步驟ニ、利用第ニ加熱裝置將坩堝預(yù)熱至612で 625で；同時(shí)，啟動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置將擋板封堵出料ロ；步驟三、將經(jīng)步驟ー熔化好的鋁合金熔液從加料斗澆注到經(jīng)步驟ニ預(yù)熱的坩鍋內(nèi)，控制鋁合金熔液的上端面至坩堝的上端面的距離為60mm 80mm，并將坩堝用蓋板蓋?。徊襟E四、啟動(dòng)氬氣保護(hù)裝置，通過氣體輸送管往坩堝內(nèi)通入氬氣，氬氣流量控制在IOml/s 30ml/s ；步驟五、開動(dòng)電機(jī)通過螺桿式攪拌槳對(duì)降溫過程的鋁合金熔液進(jìn)行攪拌，攪拌速度控制在340轉(zhuǎn)/分 360轉(zhuǎn)/分，邊降溫邊攪拌，待溫度達(dá)到615°C 630°C時(shí)，在溫度615°C 630°C下攪拌22min 28min，制備得到鋁合金半固態(tài)漿料；步驟六、當(dāng)鋁 合金漿料在615°C 630°C下攪拌22min時(shí)，將在350°C 400°C預(yù)熱Ih 1. 5h的納米陶瓷顆粒從加料斗加入到；t甘鍋內(nèi)，形成納米陶瓷顆粒與招合金混合楽;料，加入納米陶瓷顆粒過程中螺桿式攪拌槳持續(xù)攪拌；步驟七、待納米陶瓷顆粒在615°C 630°C加入至鋁合金半固態(tài)漿料后，同時(shí)開動(dòng)兩臺(tái)超聲波裝置，對(duì)混合漿料進(jìn)行超聲處理，超聲波功率為2kW，工作頻率為20kHz，超聲處理時(shí)間為3min 5min，制得納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基半固態(tài)漿料，同時(shí)，利用第一加熱裝置將漿料收集槽預(yù)熱至250°C 280°C ；步驟八、啟動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置將擋板從出料ロ移出，步驟七制備好的半固態(tài)漿料經(jīng)出料ロ排出，出料速率控制在50cmVmin 80cm3/min，出料過程中螺桿式攪拌槳持續(xù)攪拌；將排出的半固態(tài)漿料澆注至經(jīng)步驟七預(yù)熱的漿料收集槽中冷卻至280°C 300°C，然后將其取出空冷至室溫，制得納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明的有益效果是一、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，不需要設(shè)置水冷系統(tǒng)，而采用適當(dāng)降低攪拌坩堝和攪拌螺旋的預(yù)熱溫度、合理控制氬氣流量來降低鋁合金液體溫度使其達(dá)到所需半固態(tài)溫度的做法能夠節(jié)約電カ能源，提高能源利用率，從而降低復(fù)合材料制備成本；采用兩個(gè)螺桿式攪拌槳可有效提升攪拌質(zhì)量和提及容量，從而能實(shí)現(xiàn)大尺寸鋁基復(fù)合材料的的制備，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明可用于制備得到直徑大于200mm的采用大尺寸納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；ニ、本發(fā)明可以有效降低或者消除納米陶瓷顆粒的分層現(xiàn)象，因?yàn)樵阡X合金半固態(tài)狀態(tài)下進(jìn)行雙攪拌，會(huì)產(chǎn)生大量球狀鋁合金固相晶粒懸浮于液態(tài)金屬中，這些懸浮于液態(tài)金屬中的固相晶粒對(duì)于后期納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基體有很好的依托和支撐作用，從而使納米陶瓷顆粒在更大的空間內(nèi)合理分布，從而降低和消除分層現(xiàn)象；三、本發(fā)明可以有效降低和消除納米陶瓷顆粒的團(tuán)聚缺陷。如果納米陶瓷顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重會(huì)嚴(yán)重降低復(fù)合材料的均勻性，從而降低其力學(xué)性能，而本發(fā)明采用超聲輔助處理，利用超聲產(chǎn)生的氣穴能夠有效地對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生團(tuán)聚或者有團(tuán)聚傾向的納米陶瓷顆粒進(jìn)行均勻分散，這樣就能夠有效降低和避免增強(qiáng)的團(tuán)聚缺陷，大大提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能；四、本發(fā)明制備エ藝路線短，制備方法簡單，整體運(yùn)行成本較低，成本降低了 25%以上；本發(fā)明解決了因密度差的原因而出現(xiàn)分層現(xiàn)象的技術(shù)瓶頸問題，從而得到增強(qiáng)相分布均勻、基體組織致密的大尺寸納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。當(dāng)制備的復(fù)合漿料完全出料完畢后，啟動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置推動(dòng)擋板封閉出料ロ，同時(shí)，開啟加料斗端蓋，再次實(shí)施液態(tài)鋁合金液澆注，重復(fù)步驟，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的再次制備。


圖1是本發(fā)明裝置的主剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的ー種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置包括電機(jī)23、第一齒輪軸22、齒輪箱24、加料斗7、擋板12、加熱墊板13、第一加熱裝置14、漿料收集槽15、第二加熱裝置16、坩堝17、蓋板20、液壓驅(qū)動(dòng)裝置8、氬氣保護(hù)裝置19、兩個(gè)測(cè)溫元件6、兩個(gè)螺桿式攪拌槳9和兩臺(tái)超聲波裝置18，所述坩堝17為圓筒形，所述齒輪箱24具有一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，齒輪箱24的輸入端上安裝有第一齒輪軸22，電機(jī)23的輸出端與第一齒輪軸22連接，齒輪箱24的兩個(gè)輸出端分別連接有螺桿式攪拌槳9，螺桿式攪拌槳9的攪拌端伸入設(shè)置在齒輪箱22下方的坩堝17內(nèi)，坩堝17置于第二加熱裝置16內(nèi)，坩堝17的上方設(shè)置有加料斗7、氬氣保護(hù)裝置19、兩個(gè)測(cè)溫元件6和兩臺(tái)超聲波裝置18，坩堝17的上端面設(shè)置有蓋板20，兩個(gè)測(cè)溫元件6的檢測(cè)端穿過蓋板20伸入坩堝17內(nèi)，氬氣保護(hù)裝置`19的氣體輸送管19-1穿過蓋板20伸入坩堝17內(nèi)，兩臺(tái)超聲波裝置18的探頭穿過蓋板20伸入坩堝17內(nèi)，坩堝17的底端面上連接有加熱墊板13，坩堝17的底端的中部和加熱墊板13上設(shè)置有同軸的出料ロ 17-1，加熱墊板13的側(cè)壁上設(shè)置有與出料ロ 17-1相通的通孔17-2，液壓驅(qū)動(dòng)裝置8的驅(qū)動(dòng)桿伸入通孔17-2內(nèi)并與設(shè)置在出料ロ 17-1處的用于封堵出料ロ 17-1的擋板12連接，擋板12能在液壓驅(qū)動(dòng)裝置8的驅(qū)動(dòng)下水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加熱墊板13的下方設(shè)置有漿料收集槽15，漿料收集槽15置于第一加熱裝置14內(nèi)。本實(shí)施方式的測(cè)溫元件用于檢測(cè)置于坩堝內(nèi)的物料的溫度，本實(shí)施方式的ー個(gè)測(cè)溫元件用于控制回路中的溫度信號(hào)反饋，另ー個(gè)測(cè)溫元件用干物料的溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，兩個(gè)超聲波裝置的探頭安裝在蓋板上，蓋板下表面設(shè)有耐火材料，達(dá)到隔熱保溫的作用。本實(shí)施方式的加熱墊板也設(shè)有內(nèi)部加熱電阻絲，電阻絲內(nèi)外采用高頻瓷管進(jìn)行絕緣和傳熱。
具體實(shí)施方式
ニ 結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述齒輪箱24包括第一錐齒輪1、第二錐齒輪2、第二齒輪軸3、第一直齒輪5和兩個(gè)第二直齒輪4，第一錐齒輪I安裝在第一齒輪軸22上，第一錐齒輪I與第二錐齒輪2嚙合，第二齒輪軸3豎向設(shè)置，第二錐齒輪2安裝在第二齒輪軸3的上端，第一直齒輪5安裝在第二齒輪軸3的下端，第一直齒輪5均與兩個(gè)第二直齒輪4嚙合，兩個(gè)第二直齒輪4上分別安裝有螺桿式攪拌槳9。如此設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡単，設(shè)計(jì)合理，便于螺桿式攪拌槳的攪拌，攪拌效果好，電機(jī)通過傘齒輪和直齒輪實(shí)現(xiàn)兩級(jí)減速，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述加料斗7為圓臺(tái)形，加料斗7的下端直徑小于上端直徑，加料斗7的母線與中心線的交角為22. 5°，加料斗7的高度為180_。如此設(shè)置，設(shè)計(jì)合理，便于加料澆注，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的兩個(gè)測(cè)溫元件6均為熱電偶。如此設(shè)置，測(cè)溫效率高，測(cè)溫范圍大，能測(cè)高于200°C以上的物料，本實(shí)施方式的一個(gè)熱電偶用于控制回路中的溫度信號(hào)反饋，另ー個(gè)熱電偶用干物料的溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述坩堝17的內(nèi)徑為380mm，總高度H為400mm。如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式為利用具體實(shí)施方式
I至5中的任意ー項(xiàng)具體實(shí)施方式
所述的裝置制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法是按照以下步驟進(jìn)行的，步驟ー將鋁合金鑄態(tài)坯料熔化成液態(tài)，熔化溫度控制在680°C 705°C ；步驟ニ、利用第二加熱裝置16將坩堝17預(yù)熱至612°C 625°C;同時(shí)，啟動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置8將擋板12封堵出料ロ 17-1 ；步驟三、將經(jīng)步驟ー熔化好的鋁合金熔液從加料斗7澆注到經(jīng)步驟ニ預(yù)熱的坩鍋17內(nèi)，控制鋁合金熔液的上端面至坩堝17的上端面的距離為60mm 80mm，并將坩堝17用蓋板20蓋??；步驟四、啟動(dòng)氬氣保護(hù)裝置19，通過氣體輸送管19-1往坩堝內(nèi)通入氬氣，氬氣流量控制在IOml/s 30ml/s ；步驟五、開動(dòng)電機(jī)23通過螺桿式攪拌槳9對(duì)降溫過程的鋁合金熔液進(jìn)行攪拌，攪拌速度控制在340r/min 360r/min，邊降溫邊攪拌，待溫度達(dá)到615°C 630°C時(shí)，在溫度615°C 630°C下攪拌22min 28min，制備得到鋁合金半固態(tài)漿料；步驟六、當(dāng)鋁合金漿料在615°C 630°C下攪拌22min時(shí)，將在350°C 400°C預(yù)熱Ih 1. 5h的納米陶瓷顆粒從加料斗7加入到坩鍋17內(nèi)，形成納米陶瓷顆粒與鋁合金混合漿料，加入納米陶瓷顆粒過程中螺桿式攪拌槳持續(xù)攪拌；步驟七、待納米陶瓷顆粒在615°C 630°C加入至鋁合金半固態(tài)漿料后，同時(shí)開動(dòng)兩臺(tái)超聲波裝置18，對(duì)混合漿料進(jìn)行超聲處理，超聲波功率為2kW，工作頻率為20kHz，超聲處理時(shí)間為3min 5min，制得納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基半固態(tài)漿料，同時(shí)，利用第一加熱裝置14將漿料收集槽15預(yù)熱至250°C 280°C ；步驟八、啟動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置8將擋板12從出料ロ 17-1移出，步驟七制備好的半固態(tài)漿料經(jīng)出料ロ 17-1排出，出料速率控制在50cmVmin 80cm3/min，出料過程中螺桿式攪拌槳9持續(xù)攪拌；將排出的半固態(tài)漿料澆注至經(jīng)步驟七預(yù)熱的漿料收集槽15中冷卻至280°C 300°C，然后將其取出空冷至室溫， 制得納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
本實(shí)施方式的步驟一中可利用電阻爐將鋁合金鑄態(tài)坯料熔化。本實(shí)施方式的步驟ニ中預(yù)熱的溫度要比預(yù)設(shè)半固態(tài)溫度低3°C 5°C，這樣做的目的是充分利用液態(tài)鋁合金澆注至攪拌坩堝后會(huì)發(fā)生部分凝固降溫，會(huì)產(chǎn)生凝固潛熱，凝固釋放的潛熱能夠提高漿料溫度，從而更加有利于控制溫度，節(jié)能降耗。第二加熱裝置的加熱功率為9Kw，采用PID控制，溫度控制精度為± I°C，第二加熱裝置可以采用電阻輻射加熱裝置或高頻感應(yīng)加熱裝置。本實(shí)施方式的步驟三中澆注過程中注意平穩(wěn)且快速地進(jìn)行，避免飛濺。本實(shí)施方式的鋁合金熔液在澆注至坩堝之前，螺桿式攪拌槳預(yù)先在坩堝中進(jìn)行熱輻射預(yù)熱，預(yù)熱溫度在350°C 400°C之間，這樣作的目的是當(dāng)液態(tài)鋁合金澆注至坩堝中由于螺桿式攪拌槳溫度較鋁合金熔液溫度低，能對(duì)鋁合金會(huì)產(chǎn)生降溫作用，另外結(jié)晶凝固釋放的結(jié)晶潛熱ー部分用于使坩堝溫度升高至所需要的半固態(tài)溫度，即615°C 630°C溫度范圍，一分部用于使螺桿式攪拌槳升至615°C 630°C溫度范圍。另外，要結(jié)合氬氣流量控制坩堝內(nèi)物料溫度變化，一般情況下，如果溫度降低過快，可調(diào)低氬氣流量；溫度降低過慢可適當(dāng)提高氬氣流量，氬氣流量控制在lOml/s 30ml/s之間。本實(shí)施方式主要利用適當(dāng)降低兩個(gè)攪拌螺旋的預(yù)熱溫度、適當(dāng)降低坩堝的預(yù)熱溫度和氬控制氣流量來實(shí)現(xiàn)達(dá)到鋁合金半固態(tài)漿料的溫度。本實(shí)施方式的步驟四中采用氬氣保護(hù)，目的是使氬氣占據(jù)坩堝內(nèi)的空間，使坩堝中的氧氣、ニ氧化碳等氣體驅(qū)除，使反應(yīng)物不能與空氣中的氣體接觸，進(jìn)而起到保護(hù)的作用。同時(shí)，氬氣流量的變化用于調(diào)節(jié)坩堝內(nèi)物料的溫度變化。本實(shí)施方式的步驟五中的電機(jī)采用三相異步電機(jī)，功率為30kW。

本實(shí)施方式的步驟七中兩個(gè)螺桿式攪拌槳在齒輪箱的帶動(dòng)下對(duì)處于鋁合金基體的混合漿料進(jìn)行同方向攪拌，整個(gè)坩堝的混合漿料的半固態(tài)溫度由第二加熱裝置實(shí)現(xiàn)保溫。漿料收集槽預(yù)熱也要考慮凝固結(jié)晶潛熱的釋放所導(dǎo)致的溫升效應(yīng)，預(yù)熱溫度可適當(dāng)降低。螺桿式攪拌槳同時(shí)在兩端進(jìn)行處理，提高處理效果，超聲產(chǎn)生的氣穴能使納米陶瓷顆粒分布更加均勻。本實(shí)施方式的步驟八中的漿料收集槽頂端外側(cè)設(shè)有伸出的手柄，用以完成凝固復(fù)合材料的轉(zhuǎn)移。步驟八中制得的納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基棒材。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是步驟一中的鋁合金為ADC12鋁合金、A201鋁合金、A356鋁合金、A357鋁合金、A380鋁合金、A390鋁合金、2024鋁合金、6061鋁合金、6063鋁合金或7075鋁合金。本實(shí)施方式的鋁合金可為鑄造鋁合金或變形鋁合金。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至七之一不同的是步驟六中的納米陶瓷顆粒與鋁合金坯料的體積份數(shù)比為(4 16) (96 84)。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至八之一不同的是步驟六中的納米陶瓷顆粒為納米碳化硅陶瓷顆粒、納米碳化鈦陶瓷顆?；蚣{米三氧化ニ鋁陶瓷顆粒。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至九之一不同的是步驟四中氬氣保護(hù)裝置19的氣體輸送管19-1的端面至鋁合金熔液的液面的距離為20mm 30mm，所述螺桿式攪拌槳9的攪拌端的端面至坩堝17內(nèi)的底端面的距離為20mm 30mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至 九之一相同。
權(quán)利要求
1.一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述裝置包括電機(jī)(23)、第一齒輪軸(22)、齒輪箱(24)、加料斗(7)、擋板(12)、加熱墊板(13)、第一加熱裝置(14)、漿料收集槽(15)、第二加熱裝置(16)、坩堝(17)、蓋板(20)、液壓驅(qū)動(dòng)裝置(8)、氬氣保護(hù)裝置(19)、兩個(gè)測(cè)溫元件(6)、兩個(gè)螺桿式攪拌槳(9)和兩臺(tái)超聲波裝置(18)，所述坩堝(17)為圓筒形，所述齒輪箱(24)具有一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，齒輪箱(24)的輸入端上安裝有第一齒輪軸(22)，電機(jī)(23)的輸出端與第一齒輪軸(22)連接，齒輪箱(24)的兩個(gè)輸出端分別連接有螺桿式攪拌槳(9)，螺桿式攪拌槳(9)的攪拌端伸入設(shè)置在齒輪箱(22)下方的坩堝(17)內(nèi)，坩堝(17)置于第二加熱裝置(16)內(nèi)，坩堝(17)的上方設(shè)置有加料斗(7)、氬氣保護(hù)裝置(19)、兩個(gè)測(cè)溫元件(6)和兩臺(tái)超聲波裝置(18)，坩堝(17)的上端面設(shè)置有蓋板(20)，兩個(gè)測(cè)溫元件￠)的檢測(cè)端穿過蓋板(20)伸入坩堝(17)內(nèi)，氬氣保護(hù)裝置(19)的氣體輸送管(19-1)穿過蓋板(20)伸入坩堝(17)內(nèi)，兩臺(tái)超聲波裝置(18)的探頭穿過蓋板(20)伸入坩堝(17)內(nèi)，甘堝(17)的底端面上連接有加熱墊板(13)，坩堝(17)的底端的中部和加熱墊板(13)上設(shè)置有同軸的出料口(17-1)，加熱墊板(13)的側(cè)壁上設(shè)置有與出料口(17-1)相通的通孔(17-2)，液壓驅(qū)動(dòng)裝置(8)的驅(qū)動(dòng)桿伸入通孔(17-2)內(nèi)并與設(shè)置在出料口(17-1)處的用于封堵出料口(17-1)的擋板(12)連接，擋板(12)能在液壓驅(qū)動(dòng)裝置(8)的驅(qū)動(dòng)下水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加熱墊板(13)的下方設(shè)置有漿料收集槽(15)，漿料收集槽(15)置于第一加熱裝置(14)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述齒輪箱(24)包括第一錐齒輪(I)、第二錐齒輪(2)、第二齒輪軸(3)、第一直齒輪(5)和兩個(gè)第二直齒輪(4),第一錐齒輪(I)安裝在第一齒輪軸(22)上,第一錐齒輪(I)與第二錐齒輪(2)嚙合，第二齒輪軸(3)豎向設(shè)置，第二錐齒輪(2)安裝在第二齒輪軸(3)的上端，第一直齒輪(5)安裝在第二齒輪軸(3)的下端，第一直齒輪(5)均與兩個(gè)第二直齒輪(4)嚙合，兩個(gè)第二直齒輪(4)上分別安裝有螺桿式攪拌槳(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述加料斗(7)為圓臺(tái)形，加料斗(7)的下端直徑小于上端直徑，加料斗(7)的母線與中心線的交角為22. 5°，加料斗(7)的高度為180_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述的兩個(gè)測(cè)溫元件(6)均為熱電偶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述坩堝(17)的內(nèi)徑為380mm，總高度⑶為400mm。
6.利用權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，其特征在于所述制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的， 步驟一將鋁合金鑄態(tài)坯料熔化成液態(tài)，熔化溫度控制在680°C 705°C ； 步驟二、利用第二加熱裝置(16)將坩堝(17)預(yù)熱至612°C 625°C;同時(shí)，啟動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置⑶將擋板(12)封堵出料口(17-1)； 步驟三、將經(jīng)步驟一熔化好的鋁合金熔液從加料斗(7)澆注到經(jīng)步驟二預(yù)熱的坩鍋(17)內(nèi)，控制鋁合金熔液的上端面至坩堝(17)的上端面的距離為60mm 80mm，并將坩堝(17)用蓋板(20)蓋??； 步驟四、啟動(dòng)氬氣保護(hù)裝置(19)，通過氣體輸送管(19-1)往坩堝內(nèi)通入氬氣，氬氣流量控制在IOml/s 30ml/s ； 步驟五、開動(dòng)電機(jī)(23)通過螺桿式攪拌槳(9)對(duì)降溫過程的鋁合金熔液進(jìn)行攪拌，攪拌速度控制在340r/min 360r/min，邊降溫邊攪拌，待溫度達(dá)到615°C 630°C時(shí)，在溫度615°C 630°C下攪拌22min 28min，制備得到鋁合金半固態(tài)漿料； 步驟六、當(dāng)鋁合金漿料在615°C 630°C下攪拌22min時(shí)，將在350°C 400°C預(yù)熱Ih 1.5h的納米陶瓷顆粒從加料斗(7)加入到坩鍋(17)內(nèi)，形成納米陶瓷顆粒與鋁合金混合漿料，加入納米陶瓷顆粒過程中螺桿式攪拌槳持續(xù)攪拌； 步驟七、待納米陶瓷顆粒在615°C 630°C加入至鋁合金半固態(tài)漿料后，同時(shí)開動(dòng)兩臺(tái)超聲波裝置(18)，對(duì)混合漿料進(jìn)行超聲處理，超聲波功率為2kW，工作頻率為20kHz，超聲處理時(shí)間為3min 5min，制得納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基半固態(tài)漿料，同時(shí)，利用第一加熱裝置(14)將漿料收集槽(15)預(yù)熱至250°C 280°C ； 步驟八、啟動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置(8)將擋板(12)從出料口(17-1)移出，步驟七制備好的半固態(tài)漿料經(jīng)出料口(17-1)排出，出料速率控制在50cmVmin 80cm3/min，出料過程中螺桿式攪拌槳(9)持續(xù)攪拌；將排出的半固態(tài)漿料澆注至經(jīng)步驟七預(yù)熱的漿料收集槽(15)中冷卻至280°C 300°C，然后將其取出空冷至室溫，制得納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟一中的鋁合金為ADC12鋁合金、A201鋁合金、A356鋁合金、A357鋁合金、A380鋁合金、A390鋁合金、2024鋁合金、6061鋁合金、6063鋁合金或7075鋁合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟六中的納米陶瓷顆粒與鋁合金坯料的體積份數(shù)比為(4 16) (96 84)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟六中的納米陶瓷顆粒為納米碳化娃陶瓷顆粒、納米碳化鈦陶瓷顆?；蚣{米三氧化二鋁陶瓷顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟四中氬氣保護(hù)裝置(19)的氣體輸送管(19-1)的端面至鋁合金熔液的液面的距離為20mm 30mm，所述螺桿式攪拌槳(9)的攪拌端的端面至坩堝(17)內(nèi)的底端面的距離為20mm 30mm。
全文摘要
一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置及方法，它涉及一種制備金屬基復(fù)合材料的裝置及方法，以解決現(xiàn)有制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料采用粉末冶金法存在制備工藝路線長，需要的設(shè)備多，成本高，以及采用攪拌法存在納米陶瓷顆粒分布不均勻，分層和團(tuán)聚的問題，它包括電機(jī)、齒輪箱、第一齒輪軸、加料斗、擋板、加熱墊板、第一加熱裝置、漿料收集槽、第二加熱裝置、坩堝、蓋板、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、氬氣保護(hù)裝置、兩個(gè)測(cè)溫元件、兩個(gè)螺桿式攪拌槳和兩臺(tái)超聲波裝置，螺桿式攪拌槳的攪拌端伸入設(shè)置在齒輪箱下方的坩堝內(nèi)，超聲波裝置的探頭穿過蓋板伸入坩堝內(nèi)。本發(fā)明用于納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備。
文檔編號(hào)C22C21/00GK103031463SQ201310009319
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者姜巨福, 王迎 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)