CN103862005B - 一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置及其使用方法，涉及一种制备复合材料或浆料的装置及其使用方法。本发明是要解决现有利用搅拌铸造法制备金属基复合材料或者半固态浆料的过程中存在的搅拌棒在搅拌过程中产生热腐蚀，导致搅拌棒的使用寿命短，材料中引入杂质元素，对材料的纯度造成影响，且搅拌棒对制备大体积的复合材料困难的技术问题。本发明的装置由容器端盖、加热元件、熔炼容器、超声装置、热电偶、阀门开关、出料通道、旋转装置、装置支撑结构、材料收集容器、传动装置、装置外壳、侧壁筋、底部筋、马达和减速装置组成。本发明的装置应用于复合材料或浆料的制备领域。

Description

一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种制备复合材料或浆料的装置及其使用方法。

背景技术

金属基复合材料是以金属或合金为基体，以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。通过合理的设计和复合工艺，使之兼有金属良好的塑韧性和加工性能以及增强体的高比强、比刚，更好的导热性、耐磨性以及尺寸稳定性等优点。在早期的金属基复合材料研究发展中，航空、航天、武器等军事技术的需求起到了巨大的推动作用，而在可预期的将来，汽车、电子等民用工业的迅速发展必为金属基复合材料提供更加广阔的应用前景。

依据增强体的加入方式，金属基复合材料的制备方法可分为外加法和原位反应法。外加法是以粉体混合、熔融金属中添加陶瓷颗粒等物理方式达到基体和增强相相容，再通过烧结、铸造、压力加工等后续工艺制备成品，常用的外加法主要有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法、挤压铸造法等。搅拌铸造法也叫掺和铸造，是利用机械猛烈搅拌使液态的合金形成涡流，同时将增强体颗粒加入，并使颗粒均匀分布在基体中，然后使其快速凝固即可制得颗粒增强复合材料。根据铸造时加热温度可以分为全液态搅拌铸造、半固态搅拌铸造和搅熔铸造。搅拌铸造法工艺简单、成本低，对产品的尺寸、形状限制较低，可以生产大体积的复合材料，但加入的增强相体积分数一般不超过20％，且易造成增强颗粒分布的不均匀。

上述利用搅拌铸造法制备金属基复合材料或者半固态浆料是依靠传统的搅拌棒的机械搅拌达到混合的目的，若采用金属材质的搅拌棒在搅拌过程中由于高温非常容易产生热腐蚀以及复合材料的增强相对搅拌叶的冲蚀，这样一方面就造成了搅拌棒使用寿命一般都比较短，另一方面也是最重要的方面就是搅拌棒的腐蚀容易使材料中引入杂质元素，对材料的纯度造成影响；如果采用陶瓷材料的搅拌棒，最主要的就是陶瓷搅拌棒的价格非常昂贵，且搅拌棒一般都比较小，对于制备大体积的复合材料而言，存在一定的难度。

发明内容

本发明是要解决现有利用搅拌铸造法制备金属基复合材料或者半固态浆料的过程中存在的搅拌棒在搅拌过程中产生热腐蚀，导致搅拌棒的使用寿命短，材料中引入杂质元素，对材料的纯度造成影响，且搅拌棒对制备大体积的复合材料困难的技术问题，从而提供了一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置及其使用方法。

一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置，是由容器端盖、加热元件、熔炼容器、超声装置、热电偶、阀门开关、出料通道、旋转装置、装置支撑结构、材料收集容器、传动装置、装置外壳、侧壁筋、底部筋、马达和减速装置组成；所述容器端盖、熔炼容器、阀门开关和出料通道组成材料制备室，所述侧壁筋和底部筋在熔炼容器中，所述超声装置和热电偶从容器端盖部位引入熔炼容器中，所述出料通道的下方放置材料收集容器，且材料收集容器放置在传动装置上方，所述马达通过减速装置与传动装置相连接。

本发明包括以下有益效果：

1、本发明的装置避免了传统搅拌铸造中搅拌棒热腐蚀，导致搅拌棒的使用寿命短，材料中引入杂质元素，对材料的纯度造成影响的一系列问题；

2、本发明的装置可以实现复合材料制备和成形一体化，通过阀门结构可以实现将已经制备出的复合材料直接浇注到模腔进行模锻成形或者注射成形，可以实现连续自动化生产；

3、本发明的装置通过上端盖部件，可以实现容器的密封或者惰性气体保护，因此可以实现镁合金、钛合金等复合材料或半固态浆料的制备；

4、本发明的装置不但可以制备低体分率增强金属基复合材料，同时还可以实现高体分率增强的金属基复合材料的制备；

5、本发明装置与传统的机械搅拌相比可以避免搅拌杆的腐蚀给材料带来污染，而且还因为在机械搅拌中搅拌杆顶端与搅拌容器底部不能接触，所以对此区域的搅拌效果必然受到影响，而此装置由于没有此区域的存在因而搅拌更加均匀；

6、与电磁搅拌相比，电磁搅拌由于是材料是通过电磁力的作用而产生运动，所以设备的大小和所制备的复合材料的多少都有限制，且设备相对而言较为昂贵。而本设备结构简单，一次可以制备较多的复合材料，效率较高。

上述一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将原材料金属置于熔炼容器中，在加热元件的作用下进行熔化，并保温至金属材料熔化完全，然后对熔炼容器进行降温处理，至温度达到金属材料的半固态温度后，将增强材料放入熔炼容器中；

二、启动超声装置，开动马达旋转装置，通过无级变速控制整个材料制备室沿顺时针和逆时针依次交替转动10～30分钟，然后停止马达，开启阀门开关，沿着出料通道流出的产物通过材料收集容器进行接收，所得物质即为金属基复合材料。

本发明制备的金属基复合材料有以下优点：

1、本发明所制备的金属基复合材料不但可以用来制备铝基金属基复合材料，而且可以通过端盖1的密封作用，可以实现真空环境下或者惰性气体下金属基复合材料的制备，因此可以制备那些容易发生氧化的金属基复合材料，如镁基复合材料和钛基复合材料等；

2、本发明所提出的金属基复合材料制备装置的原理是通过设备的旋转实现材料的均匀混合，因此对复合材料中金属含量的没有很严格的限制，其不但可以实现低体分率增强金属基复合材料的制备，而且也可以实现高体分率增强金属基复合材料的制备；

3、本发明装置中由于侧壁和底部筋以及超声装置的强烈的分散效果，因此对于纳米材料增强金属基复合材料的制备提出了一种新的方法。

上述一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将原材料金属置于熔炼容器中，在加热元件的作用下进行熔化，并保温至金属材料熔化完全，然后对熔炼容器进行降温处理，至温度达到金属材料的半固态温度；

二、启动超声装置，开动马达旋转装置，通过无级变速控制整个材料制备室沿顺时针和逆时针依次交替转动10～30分钟，然后停止马达，开启阀门开关，沿着出料通道流出的产物通过容器进行接收，所得物质即为半固态浆料。

本发明制备的半固态浆料为球状晶均匀分布的。

附图说明

图1为制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的剖面图；

图2为图1中拆去1、4和5后的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本具体实施方式，本实施方式的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置，是由容器端盖1、加热元件2、熔炼容器3、超声装置4、热电偶5、阀门开关6、出料通道7、旋转装置8、装置支撑结构9、材料收集容器10、传动装置11、装置外壳12、侧壁筋13、底部筋14、马达15和减速装置16组成；所述容器端盖1、熔炼容器3、阀门开关6和出料通道7组成材料制备室，所述侧壁筋13和底部筋14在熔炼容器3中，所述超声装置4和热电偶5从容器端盖1部位引入熔炼容器3中，所述出料通道7的下方放置材料收集容器10，且材料收集容器10放置在传动装置11上方，所述马达15通过减速装置16与旋转装置8相连接。

具体实施方式二：本实施方式的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将原材料金属置于熔炼容器3中，在加热元件2的作用下进行熔化，并保温至金属材料熔化完全，然后对熔炼容器3进行降温处理，至温度达到金属材料的半固态温度后，将增强材料放入熔炼容器3中；

二、启动超声装置4，开动马达旋转装置8，通过无级变速控制整个材料制备室沿顺时针和逆时针依次交替转动10～30分钟，然后停止马达，开启阀门开关6，沿着出料通道7流出的产物通过材料收集容器10进行接收，所得物质即为金属基复合材料。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方二不同的是：步骤一中增强材料为SiC颗粒。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方二或三不同的是：步骤二中沿顺时针和逆时针依次交替转动20分钟。其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将原材料金属置于熔炼容器3中，在加热元件2的作用下进行熔化，并保温至金属材料熔化完全，然后对熔炼容器3进行降温处理，至温度达到金属材料的半固态温度；

二、启动超声装置4，开动马达旋转装置8，通过无级变速控制整个材料制备室沿顺时针和逆时针依次交替转动10～30分钟，然后停止马达，开启阀门开关6，沿着出料通道7流出的产物通过材料收集容器10进行接收，所得物质即为半固态浆料。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方五不同的是：步骤二中沿顺时针和逆时针依次交替转动20分钟。其它与具体实施方式五相同。

通过以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：本试验的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将原材料金属置于熔炼容器3中，在加热元件2的作用下进行熔化，并保温至金属材料熔化完全，然后对熔炼容器3进行降温处理，至温度达到金属材料的半固态温度后，将增强材料SiC颗粒放入熔炼容器3中；

二、启动超声装置4，开动马达旋转装置8，通过无级变速控制整个材料制备室沿顺时针和逆时针依次交替转动20分钟，然后停止马达，开启阀门开关6，沿着出料通道7流出的产物通过材料收集容器10进行接收，所得物质即为金属基复合材料。

本发明制备的金属基复合材料通过制备装置设备的侧壁和底部筋以及超声装置的强烈的分散效果，实现材料的均匀混合。

试验二：本试验的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将原材料金属置于熔炼容器3中，在加热元件2的作用下进行熔化，并保温至金属材料熔化完全，然后对熔炼容器3进行降温处理，至温度达到金属材料的半固态温度；

二、启动超声装置4，开动马达旋转装置8，通过无级变速控制整个材料制备室沿顺时针和逆时针依次交替转动20分钟，然后停止马达，开启阀门开关6，沿着出料通道7流出的产物通过材料收集容器10进行接收，所得物质即为半固态浆料。

本发明制备的半固态浆料为球状晶均匀分布的。

Claims (6)

1.一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置，其特征在于制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置，是由容器端盖(1)、加热元件(2)、熔炼容器(3)、超声装置(4)、热电偶(5)、阀门开关(6)、出料通道(7)、旋转装置(8)、装置支撑结构(9)、材料收集容器(10)、传动装置(11)、装置外壳(12)、侧壁筋(13)、底部筋(14)、马达(15)和减速装置(16)组成；所述容器端盖(1)、熔炼容器(3)、阀门开关(6)和出料通道(7)组成材料制备室，所述侧壁筋(13)和底部筋(14)在熔炼容器(3)中，所述超声装置(4)和热电偶(5)从容器端盖(1)部位引入熔炼容器(3)中，所述出料通道(7)的下方放置材料收集容器(10)，且材料收集容器(10)放置在传动装置(11)上方，所述马达(15)通过减速装置(16)与旋转装置(8)相连接。

2.如权利要求1所述的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，其特征在于一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将原材料金属置于熔炼容器(3)中，在加热元件(2)的作用下进行熔化，并保温至金属材料熔化完全，然后对熔炼容器(3)进行降温处理，至温度达到金属材料的半固态温度后，将增强材料放入熔炼容器(3)中；

二、启动超声装置(4)，开动马达旋转装置(8)，通过无级变速控制整个材料制备室沿顺时针和逆时针依次交替转动10～30分钟，然后停止马达，开启阀门开关(6)，沿着出料通道(7)流出的产物通过材料收集容器(10)进行接收，所得物质即为金属基复合材料。

3.根据权利要求2所述的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，其特征在于步骤一中增强材料为SiC颗粒。

4.根据权利要求2所述的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，其特征在于步骤二中沿顺时针和逆时针依次交替转动20分钟。

5.如权利要求1所述的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，其特征在于制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将原材料金属置于熔炼容器(3)中，在加热元件(2)的作用下进行熔化，并保温至金属材料熔化完全，然后对熔炼容器(3)进行降温处理，至温度达到金属材料的半固态温度；

二、启动超声装置(4)，开动马达旋转装置(8)，通过无级变速控制整个材料制备室沿顺时针和逆时针依次交替转动10～30分钟，然后停止马达，开启阀门开关(6)，沿着出料通道(7)流出的产物通过材料收集容器(10)进行接收，所得物质即为半固态浆料。

6.根据权利要求5所述的一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置的使用方法，其特征在于步骤二中沿顺时针和逆时针依次交替转动20分钟。