本發(fā)明涉及一種制備合金材料的裝置及方法，具體涉及一種制備大尺寸合金梯度材料的裝置和方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在梯度材料是一種成分、組織、結(jié)構(gòu)、密度和功能特性在宏觀上不均勻，但又逐漸變化的新型材料。它較目前廣泛使用的隔熱性耐熱復(fù)合材料有許多優(yōu)點，如可以消除材料間的界面，緩和熱應(yīng)力，具有較高的機械強度，抗熱沖擊性等。功能梯度材料是21世紀最有發(fā)展前景的新型材料之一。

用于制備梯度材料的工藝方法很多，有粉末冶金法、等離子噴涂法、自蔓延高溫合成法，另外還有電沉積法、激光熔覆法、共晶結(jié)晶法、復(fù)合離心鑄造法、熱分解法、擴散法、溶膠-凝膠法、離子交換法和氧化還原法等。以上材料制備方法雖然均可在一定程度上細化材料內(nèi)部的組織并提高其力學(xué)性能，但由于其工藝自身的特點，目前，多局限于實驗室內(nèi)使用，如何向工業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型則需要對一些共性的基礎(chǔ)問題繼續(xù)深入探究。

眾所周知，經(jīng)過軋制變形的金屬板材的晶粒尺寸能夠顯著減小，多次軋制后，晶粒尺寸逐漸變得均勻細小。利用本發(fā)明所提供的裝置，將軋制變形后的合金板材作為鑲嵌體放置到凹模的凹槽中，隨后將熔煉好的合金熔液，緩慢澆鑄到凹模中，在壓力鑄造完畢后，可以形成層次分明的梯度材料。鑄造得到的合金晶粒尺寸較大，而作為鑲嵌坯料的軋制板材的晶粒細小，這樣就得到了層次分明的梯度材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的目的是提供利用鑲嵌鑄造制備大尺寸合金梯度材料的裝置和方法，它涉及一種制備大尺寸合金梯度材料的裝置和方法。本發(fā)明解決了目前梯度材料制備方法中存在的工序繁多、工藝要求高、加工設(shè)備昂貴、無法大規(guī)模推廣應(yīng)用的問題。

本發(fā)明提出的利用鑲嵌鑄造制備大尺寸合金梯度材料的裝置，它是由壓力壓頭1、凹模2以及座板3構(gòu)成，凹模加工有矩形凹槽，且壓力壓頭與凹模間隙配合，在座板上機加工出與凹模外尺寸過渡配合的凹槽；壓力壓頭、凹模、座板的中心線重合。

本發(fā)明采用上述裝置制備大尺寸合金梯度材料的方法步驟為：通過螺栓將凹模固定在座板上，且在凹模內(nèi)壁噴涂潤滑劑；將軋制到預(yù)定厚度的板材坯料用線切割加工到預(yù)定的尺寸，然后將板材坯料進行機械拋光1-10min、超聲波清洗1-30min、20-300℃恒溫干燥處理；將處理完畢的軋制板材放置到凹模的凹槽中，使得板材坯料低于凹模上表面15-25mm，隨后將整體裝置預(yù)熱到100-700℃；將與軋制板材同種材質(zhì)的合金在電阻爐及石墨坩堝中熔煉，對合金熔液進行充分攪拌、除渣、除氣、靜置處理后，緩慢澆鑄到預(yù)熱好的凹模中，使得合金熔液漫過板材坯料，且液面低于凹模上表面10-20mm；將壓力壓頭緩慢下行，等到接觸到合金熔液，保持100-300kn壓力讓合金熔液冷卻到室溫，隨后壓力壓頭上行，打開模具，將凝固的合金從凹模中取出，獲得層次分明的合金梯度材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明所需設(shè)備簡單、易于控制、生產(chǎn)工序少、周期短、成本低，易于在生產(chǎn)中實施、推廣和應(yīng)用；壓力壓頭的施加，使得合金梯度材料在一定的壓力作用下凝固，使得合計梯度材料各層次間結(jié)合更加密實，氣孔率明顯減少；通過控制凹模型腔內(nèi)凹槽之間的距離，可以控制合金梯度材料各層次的寬度，便于加工制作各種規(guī)格的大尺寸合金梯度材料。

附圖說明

圖1是利用鑲嵌鑄造制備大尺寸合金梯度材料的工藝流程圖。

圖2是一種利用鑲嵌鑄造制備大尺寸合金梯度材料的裝置剖視圖。

圖3是一種利用鑲嵌鑄造制備大尺寸合金梯度材料的裝置俯視圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例中所采用的板材坯料5為鎂合金。本發(fā)明提供一種利用鑲嵌鑄造制備大尺寸梯度合金材料的裝置及方法，其制備步驟為：通過緊固螺栓4-1與4-2將凹模2裝配好，隨后通過緊固螺栓4-3~4-8將凹模2固定在座板3上，且在凹模2內(nèi)壁噴涂潤滑劑；將軋制到預(yù)定厚度的鎂合金板材坯料5用線切割加工到預(yù)定的尺寸，經(jīng)機械拋光1-10min、超聲波清洗1-30min、20-100℃恒溫干燥完畢后，將軋制板材放置到凹模2的凹槽中，使得板材坯料低于凹模2上表面15-25mm，隨后將整體裝置預(yù)熱到200-300℃；將與軋制板材同種材質(zhì)的鎂合金在電阻爐及石墨坩堝中熔煉，對合金熔液進行充分攪拌、除渣、除氣、靜置處理后，緩慢澆鑄到預(yù)熱好的凹模2中，使得鎂合金熔液漫過板材坯料5，且液面低于凹模2上表面10-20mm；將壓力壓頭1緩慢下行，等到接觸到鎂合金熔液，保持100-300kn壓力讓合金熔液冷卻到室溫，隨后壓力壓頭1上行，打開固定螺栓4-1~4-8，將凝固的合金從凹模2中取出，最終可以獲得層次分明的大尺寸鎂合金梯度材料。

實施例2

本實施例中采用的合金板材坯料5為鋁合金。本發(fā)明提供一種利用鑲嵌鑄造制備大尺寸梯度合金材料的裝置及方法，其制備步驟為：通過緊固螺栓4-1與4-2將凹模2裝配好，隨后通過緊固螺栓4-3~4-8將凹模2固定在座板3上，且在凹模2內(nèi)壁噴涂潤滑劑；將軋制到預(yù)定厚度的鋁合金板材坯料5用線切割加工到預(yù)定的尺寸，經(jīng)機械拋光1-10min、超聲波清洗1-30min、20-100℃恒溫干燥完畢后，將軋制板材放置到凹模2的凹槽中，使得鋁合金板材坯料5低于凹模上表面15-25mm，隨后將整體裝置預(yù)熱到200-300℃；將與軋制板材同種材質(zhì)的鋁合金在電阻爐及石墨坩堝中熔煉，對鋁合金熔液進行充分攪拌、除渣、除氣、靜置處理后，緩慢澆鑄到預(yù)熱好的凹模2中，使得鋁合金熔液漫過板材坯料5，且液面低于凹模2表面10-20mm；將壓力壓頭1緩慢下行，等到接觸到鋁合金熔液，保持100-300kn壓力讓合金熔液冷卻到室溫，隨后壓力壓頭1上行，打開固定螺栓4-1~4-8，將凝固的合金從凹模2中取出，最終可以獲得層次分明的大尺寸鋁合金梯度材料。

實施例3

本實施例中采用的板材坯料5為鈦合金。本發(fā)明提供一種利用鑲嵌鑄造制備大尺寸梯度合金材料的裝置及方法，其制備步驟為：通過緊固螺栓4-1與4-2將凹模2裝配好，隨后通過緊固螺栓4-3~4-8將凹模2固定在座板3上，且在凹模2內(nèi)壁噴涂潤滑劑；將軋制到預(yù)定厚度的鈦合金板材坯料5用線切割加工到預(yù)定的尺寸，經(jīng)機械拋光1-10min、超聲波清洗1-30min、20-100℃恒溫干燥完畢后，將鈦合金軋制板材5放置到凹模的凹槽中，使得鈦合金板材坯料5低于凹模上表面15-25mm，隨后將整體裝置預(yù)熱到550-650℃；將與鈦合金軋制板材5同種材質(zhì)的鈦合金在電阻爐及石墨坩堝中熔煉，對鈦合金熔液進行充分攪拌、除渣、除氣、靜置處理后，緩慢澆鑄到預(yù)熱好的凹模2中，使得鈦合金熔液漫過板材坯料5，且液面低于凹模表面10-20mm；將壓力壓頭1緩慢下行，等到接觸到鈦合金熔液，保持100-300kn壓力讓合金熔液冷卻到室溫，隨后壓力壓頭2上行，打開固定螺栓4-1~4-8，將凝固的合金從凹模2中取出，最終可以獲得層次分明的大尺寸鈦合金梯度材料。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種利用鑲嵌鑄造制備大尺寸合金梯度材料的裝置及方法。本發(fā)明解決了目前尺寸梯度材料制備方法中存在的工序繁多、工藝要求高、加工設(shè)備昂貴、無法大規(guī)模推廣的問題。本發(fā)明主要的制備裝置由凹模、座板和壓力沖頭組成，其中凹模內(nèi)壁加工有相對稱的矩形凹槽，形成具有裝夾板材作用的型腔；本發(fā)明的制備步驟：首先裝配模具，在凹模內(nèi)壁噴涂潤滑劑；將坯料板材軋制到規(guī)定厚度，經(jīng)線切割、機械拋光、超聲波清洗、干燥處理后插入到涂有潤滑劑的矩形凹槽中；將裝有坯料板材的凹模預(yù)熱，將整體裝置放置到壓力機下；將經(jīng)過熔煉、撈渣、靜置完畢的合金熔液緩慢倒入凹模中；在100?300KN的壓力下壓力鑄造，合金緩慢冷卻到室溫，將制備好的合金材料取出。

技術(shù)研發(fā)人員：李彩霞;張國超;李超
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.05
技術(shù)公布日：2017.07.14