CN102181735A

CN102181735A - 一种锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒均匀分散方法

Info

Publication number: CN102181735A
Application number: CN 201110088843
Authority: CN
Inventors: 杜云慧; 张鹏; 刘汉武
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2011-04-10
Filing date: 2011-04-10
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒均匀分散方法，属于锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒均匀分散研究领域，本发明采用电磁+机械制备方法，利用双叶片层机械分散器，在上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为69～71°和46～48°的条件下，对锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中的氮化硼颗粒进行均匀分散，可快速实现氮化硼颗粒的均匀分布，均匀分散时间可缩短到8分20秒。

Description

一种锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒均匀分散方法

技术领域

本发明涉及一种锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒的均匀分散方法。

背景技术

公开号：CN1768979A，发明名称：“一种QTi3.5-10石墨半固态浆料制备方法”上，阐述了QTi3.5-10石墨半固态浆料的电磁+机械制备方法，即，利用电磁搅拌装置进行搅拌，打碎QTi3.5钛青铜合金液凝固过程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相颗粒与液相构成的QTi3.5钛青铜半固态浆料；然后，借助机械分散器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内漂浮在QTi3.5钛青铜半固态浆料上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜半固态浆料中。在这种电磁+机械制备方法中，机械分散器为单叶片层机械分散器，采用单层叶片，在叶片与半固态浆料的有效接触范围内，借助叶片对石墨颗粒施加分散作用力，不断地将石墨颗粒分散到半固态浆料中，在专利CN1768979A中公开的机械分散器单层弧形叶片凹弧面的弧度为40～90°条件下，单叶片层机械分散器及其上下移动控制装置运行即均匀分散15～20min后，可得到石墨颗粒均匀分布的QTi3.5-10石墨半固态浆料。

锌10铁是含铁量为10wt％的锌合金，锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料是含有3.5wt％氮化硼颗粒和96.5wt％初生固相颗粒与液相的半固态浆料，采用CN1768979A专利方法、在公开的机械分散器单层弧形叶片凹弧面的弧度为40～90°条件下，需要均匀分散14～18分钟后，才能得到氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料。

对于锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的制备，在实现氮化硼颗粒均匀分布的前提下，机械分散器及其上下移动控制装置的运行时间即均匀分散时间越短，能耗越小，成本越低，而且锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料受到的污染也越少，其质量越高，因此可实现氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的均匀分散时间越短越好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有电磁+机械制备方法“均匀分散时间长”的不足，提供一种能够快速实现锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒均匀分散的方法，进一步缩短实现氮化硼颗粒均匀分布的均匀分散时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用电磁+机械制备方法，利用双叶片层机械分散器，在上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为69～71°和46～48°的条件下，对锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料进行均匀分散。

本发明的有益效果是：对于熔体中的颗粒，要想尽快完成其在熔体中的分散，必须加强分散强度。在半固态浆料电磁+机械制备方法中，如果在单层叶片对半固态浆料中的颗粒实施分散后，紧接着再利用另一层叶片实施第二次分散，那么，半固态浆料中颗粒的分散效果将会明显好转，实现颗粒均匀分布的均匀分散时间将进一步缩短，本发明就是利用上下层弧形叶片凹弧面弧度优化组合后的双层叶片的连续二次分散，进一步促进了氮化硼颗粒在半固态浆料中的均匀分布，从而达到了缩短均匀分散时间的目的。利用本发明，对锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料进行均匀分散，实现氮化硼颗粒均匀分布的均匀分散时间可缩短到8分20秒，比采用CN1768979A专利方法的最短均匀分散时间14分钟至少缩短了40％。

附图说明

图1为本发明方法对锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒进行均匀分散装置的主视图。

图中，机械分散器的导向杆2，机械分散器的弧形叶片3，石墨坩埚4，加热管5，冷却管6，堵塞7，锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料8，外罩9，上盖10，Ar气管11，热电偶12，导向套13，电机14，传动机构15，上行程开关16，下行程开关17，支架18。

图2为本发明方法对锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒进行均匀分散装置的A-A视图。

图中，电磁搅拌装置的电磁极对1。

图3为采用本发明方法对锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒进行均匀分散后得到的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的微观组织。

具体实施方式

结合附图对本发明方法均匀分散锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒装置的具体说明如下：

均匀分散锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒装置包括：电磁搅拌装置、机械分散器及其上下移动控制装置、石墨坩埚4、上盖10、堵塞7、外罩9、Ar气管11及热电偶12。

电磁搅拌装置的功率为10kW，其三对电磁极对1均布在石墨坩埚4周围，与坩埚外壁之间的距离a为5mm，坩埚壁内间隔均布加热管5和冷却管6，分别与外部电源与冷却液供给系统连接，电磁极对1外侧加外罩9；

机械分散器为双叶片层机械分散器，由方形导向杆2和间隔b为20mm的上下二个叶片层构成，材质为耐热陶瓷，在二个叶片层中各有四个除了凹弧面弧度不同以外其它形状与对应分布状态完全相同的弧形叶片3，下层的四个弧形叶片3，位于导向杆2下部，与导向杆2的四个表面垂直且与之同宽，互成90°，凹弧面朝下，为圆弧形，弧度为46～48°，迎着熔体周向运动方向布置，凹弧面上部切线与水平线平行，凹弧面下部与导向杆2的下端面位于同一水平面内，叶片外端部与坩埚内壁之间的距离c为5mm；上层的弧形叶片凹弧面弧度为69～71°；

机械分散器上下移动控制装置由电机14、传动机构15、上行程开关16和下行程开关17构成。传动机构15位于机械分散器导向杆2上部与电机14之间，由齿条与齿轮、涡轮与蜗杆传动构成，电机14的转向由上行程开关16和下行程开关17控制，也就是，当机械分散器的上层叶片向上移动到半固态浆料8上方时，导向杆2触动上行程开关16，电机14改变转向，使机械分散器向下移动；当机械分散器的下层叶片向下移动到石墨坩埚4底部时，导向杆2触动下行程开关17，电机14改变转向，使机械分散器向上移动；

机械分散器的上下移动速度控制在1～10mm/s，导向杆2依靠导向套13定位，Ar气管11与热电偶12通过上盖10上的孔和机械分散器叶片之间的孔隙插入坩埚，堵塞7位于坩埚底部，电机14、传动机构15、上行程开关16、下行程开关17、导向套13采用机械连接方式固定于支架18上。

一种锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒均匀分散方法，利用电磁搅拌装置进行搅拌，打碎锌10铁合金液凝固过程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相颗粒与液相构成的锌10铁半固态浆料；然后，借助机械分散器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内漂浮在锌10铁半固态浆料上部的氮化硼颗粒分散到锌10铁半固态浆料中，得到氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料，包括以下步骤：

步骤1，制备锌10铁合金液，温度控制在1050℃；

步骤2，将锌10铁合金液与230目的氮化硼颗粒倒入石墨坩埚4中，坩埚由其壁内的加热管5预热到850℃，盖上上盖10后，接通Ar气以防氧化；

步骤3，启动电磁搅拌装置，进行搅拌，同时，关闭加热管5的电源并向坩埚壁内的冷却管6内接通冷却水进行冷却，将熔体冷却至830～869℃均匀分散温度后，关闭冷却水，打开并调节加热管5的电源，使熔体温度稳定在该均匀分散温度；

步骤4，在该均匀分散温度下，电磁搅拌5分钟后，启动机械分散器及其上下移动控制装置，均匀分散一定时间后，得到组织均匀的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料8。

实施方式一，在机械分散器的上下移动速度为3mm/s、均匀分散温度为830℃下，在双叶片层机械分散器的上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为69°和46°时，实现氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的均匀分散时间为8分10秒。

实施方式二，在机械分散器的上下移动速度为1mm/s、均匀分散温度为830℃下，在双叶片层机械分散器的上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为69°和48°时，实现氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的均匀分散时间为8分20秒。

实施方式三，在机械分散器的上下移动速度为10mm/s、均匀分散温度为850℃下，在双叶片层机械分散器的上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为71°和46°时，实现氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的均匀分散时间为8分10秒。

实施方式四，在机械分散器的上下移动速度为10mm/s、均匀分散温度为850℃下，在双叶片层机械分散器的上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为71°和48°时，实现氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的均匀分散时间为8分20秒。

实施方式五，在机械分散器的上下移动速度为5mm/s、均匀分散温度为869℃下，在双叶片层机械分散器的上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为70°和47°时，实现氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的均匀分散时间为8分10秒。

可见，在双叶片层机械分散器的上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为69～71°和46～48°条件下，对锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料进行均匀分散，实现氮化硼颗粒均匀分布的均匀分散时间可缩短到8分20秒。

附图3为采用本发明方法对锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒进行均匀分散后得到的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料的微观组织。图中亮色块状区域为氮化硼颗粒，灰色球形或椭球形区域为初生固相颗粒，其它区域为后生固相，可见，氮化硼颗粒分布非常均匀。可见，本发明可快速实现锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒的均匀分散。

Claims

1.一种锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料中氮化硼颗粒均匀分散方法，利用电磁搅拌装置进行搅拌，打碎锌10铁合金液凝固过程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相颗粒与液相构成的锌10铁半固态浆料；然后，借助机械分散器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内漂浮在锌10铁半固态浆料上部的氮化硼颗粒分散到锌10铁半固态浆料中，得到氮化硼颗粒均匀分布的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料，包括以下步骤：

步骤1，制备锌10铁合金液，温度控制在1050℃；

步骤2，将锌10铁合金液与230目的氮化硼颗粒倒入石墨坩埚中，坩埚由其壁内的加热管预热到850℃，盖上上盖后，接通Ar气以防氧化；

步骤3，启动电磁搅拌装置，进行搅拌，同时，关闭加热管的电源并向坩埚壁内的冷却管内接通冷却水进行冷却，将熔体冷却至830～869℃均匀分散温度后，关闭冷却水，打开并调节加热管的电源，使熔体温度稳定在该均匀分散温度；

步骤4，在该均匀分散温度下，电磁搅拌5分钟后，启动机械分散器及其上下移动控制装置，均匀分散一定时间后，得到组织均匀的锌10铁-3.5氮化硼半固态浆料；

其特征在于，机械分散器为双叶片层机械分散器，其上下层弧形叶片凹弧面弧度分别为69～71°和46～48°。