CN104263979A - 一种复合材料的搅拌装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合材料的搅拌装置及制备方法，该装置由电机，真空室，搅拌装置，送粉器，挡板，制备室，加热器，保温室组成。该装置及方法采用双搅拌装置，内搅拌装置和外搅拌装置的共同作用，可使颗粒增强材料容易加入到合金熔体中，并分散均匀，克服了采用单一搅拌装置导致的复合材料中增强材料分散不均匀的技术难题，有利于获得高品质的复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，涉及一种复合材料的搅拌装置和制备方法。
背景技术
复合材料由于具有高比强、高比刚、高耐磨、低热膨胀及优良的减震性能尺寸稳定性等优异的综合性能，是航空航天、汽车制造等领域关键零部件轻量化、高性能化的理想材料，具有巨大的应用潜力广阔和广阔的市场前景。
目前，复合材料的制备方法主要有粉末冶金法和液态铸造法。
粉末冶金法制备的铝基复合材料综合性能良好，可以实现体积质量差大的金属与粒子的复合，可制备高体分颗粒增强的复合材料，但是该方法工艺复杂，流程长，制备成本较高。
液态铸造法是通过搅拌器的旋转运动使增强材料均匀分布在金属熔体中，然后浇注成型。此法所用设备简单，操作方便，成本低，但增强颗粒不易与基体材料混合均匀，且材料的吸气较严重。
在液态铸造法中，增强材料在基体中的均匀分布对复合材料的性能与质量影响很大，直接关系着复合材料的品质。而搅拌器的设计和结构决定着增强体在基体材料中的分散程度，也决定了增强体在基体中的分布程度。为此，本方案提出了一种复合材料的搅拌装置及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备复合材料用的设备简单，操作方便，成本低的搅拌装置及制备方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种复合材料的搅拌装置，它包括有内电机、外电机、真空室、搅拌装置、送粉器、挡板、制备室、加热器、保温室，其中，制备室外侧依次包覆有加热器和保温室，搅拌装置固装在真空室内，并与真空室外的内电机、外电机相连接；送粉器安装在真空室内，送粉器的出口端延伸至制备室内腔，制备室上部设有与送粉器相配合的挡板；搅拌装置分为内搅拌装置和外搅拌装置，内搅拌装置与内电机相连，外搅拌装置与外电机相连；内搅拌装置由内搅拌杆和内搅拌头组成，内搅拌杆下部与内搅拌头相接，内搅拌杆上部与内电机相接；外搅拌装置由外搅拌杆和外搅拌头组成，外搅拌杆下部与外搅拌头相接，外搅拌杆上部与外电机相接；所述的内搅拌杆套装于外搅拌杆内，并与外搅拌杆衔接；内搅拌头在内电机的带动下通过内搅拌杆独立旋转，外搅拌头在外电机的带动通过外搅拌杆独立旋转；所述的内搅拌头由2~6片叶片组成，叶片呈圆周均匀分布；叶片与水平面角度为0~30度，装配后的内搅拌头叶片最大外环直径为制备室直径的0.6-0.9；所述的外搅拌头由2~6片叶片组成，叶片呈圆周均匀分布；叶片与水平面倾角0~30度；装配后的外搅拌头叶片最大外环直径为制备室直径的0.6-0.9。
一种基于上述搅拌装置制备复合材料的方法，该方法的主要工作原理是：
真空室抽真空后，下降搅拌装置到熔体适当高度位置，开启外搅拌器，在搅拌器的搅拌作用下，熔体产生漩涡，此时，开启送粉器将复合材料增强颗粒送入合金熔体中的漩涡中，颗粒增强体被包裹入合金熔体中，增强颗粒加入完毕后，关闭外搅拌器，下降挡板到合金熔体中，开启内搅拌器，在内搅拌器的高速长时间的旋转作用下，增强相被均匀分散到合金熔体中，从而得到增强相分布均匀的复合材料。该方法主要包括以下工序：
（1）将基体合金坯料放入制备室内，加热使基体合金坯料熔化，熔化温度在合金液相线温度以上30-100℃。打渣。
（2）下降搅拌装置，开启外搅拌杆，调整合适参数，搅动合金熔体，合金熔体中心形成漩涡。此时，开启送粉器，将增强材料送入漩涡中，裹入合金熔体中。
(3）增强材料送入完毕后，关闭外搅拌杆，下降挡板到合金熔体中，开启内搅拌杆，调整合适参数，增强材料在内搅拌杆的高速旋转作用下，被均匀分散合金熔体中，形成增强材料分布均匀的复合材料。
(4）复合材料制备完毕后，关闭搅拌装置并升起，提升挡板，将制备好的复合材料倾倒。
上述装置和方法适合于铝基复合材料、镁基复合材料、铜基复合材料、铁基复合材料、锌基复合材料、镍基复合材料、钴基复合材料、钛基复合材料等复合材料的制备。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）内搅拌装置和外搅拌装置的共同作用，可使颗粒增强材料容易加入到合金熔体中，并分散均匀，克服了采用单一搅拌装置导致的复合材料中增强材料分散不均匀的技术难题，有利于获得高品质的复合材料。
（2）双搅拌装置的设计可显著促进增强体材料在合金熔体中的均匀分布，避免增强体材料在液面上漂浮、粘附制备室内壁、分布不均匀等现象。
（3）结构简单，投资成本低。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为本发明的搅拌装置示意图。
具体实施方式
下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：参见附图1和附图2，本实施例所述的搅拌装置包括有内电机1、外电机2、真空室3、搅拌装置4、送粉器5、挡板6、制备室7、加热器9、保温室10，其中，制备室7外侧依次包覆有加热器9和保温室10，搅拌装置4固装在真空室3内，并与真空室3外的内电机1、外电机2相连接；送粉器5安装在真空室3内，送粉器5的出口端延伸至制备室7内腔，制备室7上部设有与送粉器5相配合的挡板6；搅拌装置4可上下升降运动，内搅拌杆12下部与内搅拌头15相接，内搅拌杆12上部与电机1相接。外搅拌杆13下部与外搅拌头14相接，外搅拌杆13上部与电机2相接。内搅拌杆12置于外搅拌杆13内部，并与外搅拌杆衔接。内搅拌头15在电机1的带动下通过内搅拌杆12独立旋转，搅拌头14在电机2的带动可通过外搅拌杆13独立旋转。制备室7内径为200mm，外搅拌头由3片叶片组成；叶片呈圆周120度均匀分布；叶片与水平面倾角为25度；外搅拌头叶片直径为160mm；内搅拌头由3片叶片组成；叶片呈圆周120度均匀分布；叶片与水平面角度7.5度，外搅拌头叶片直径为160mm。制备复合材料为碳化硅颗粒增强铝基复合材料，碳化硅体积百分含量为20%。基体合金为A357铸造铝合金。首先将A357基体合金坯料放入制备室内，加热使基体合金坯料熔化，熔化到670℃。打渣除气。下降搅拌装置，开启外搅拌杆，调整搅拌杆转速800转，搅动合金熔体11，合金熔体11中心形成漩涡。此时，开启送粉器，将SiC粉末增强材料8送入漩涡中，裹入合金熔体11中。SiC粉末送入完毕后，关闭外搅拌杆，下降挡板到合金熔体中，开启内搅拌杆，转速1200转。SiC粉末在内搅拌杆的高速旋转作用下，被均匀分散合金熔体中，形成增强材料分布均匀的复合材料。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内 。
Claims (2)
1.一种复合材料的搅拌装置，其特征在于：它包括有内电机（1）、外电机（2）、真空室（3）、搅拌装置（4）、送粉器（5）、挡板（6）、制备室（7）、加热器（9）、保温室（10），其中，制备室（7）外侧依次包覆有加热器（9）和保温室（10），搅拌装置（4）固装在真空室（3）内，并与真空室（3）外的内电机（1）、外电机（2）相连接；送粉器（5）安装在真空室（3）内，送粉器（5）的出口端延伸至制备室（7）内腔，制备室（7）上部设有与送粉器（5）相配合的挡板（6）；搅拌装置（4）分为内搅拌装置和外搅拌装置，内搅拌装置与内电机（1）相连，外搅拌装置与外电机（2）相连；内搅拌装置由内搅拌杆（12）和内搅拌头（15）组成，内搅拌杆（12）下部与内搅拌头（15）相接，内搅拌杆（12）上部与内电机（1）相接；外搅拌装置由外搅拌杆（13）和外搅拌头（14）组成，外搅拌杆（13）下部与外搅拌头（14）相接，外搅拌杆（13）上部与外电机（2）相接；所述的内搅拌杆（12）套装于外搅拌杆（13）内，并与外搅拌杆衔接；内搅拌头（15）在内电机（1）的带动下通过内搅拌杆（12）独立旋转，外搅拌头（14）在外电机（2）的带动通过外搅拌杆（13）独立旋转；所述的内搅拌头（15）由2~6片叶片组成，叶片呈圆周均匀分布；叶片与水平面角度为0~30度，装配后的内搅拌头叶片最大外环直径为制备室直径的0.6-0.9；所述的外搅拌头（14）由2~6片叶片组成，叶片呈圆周均匀分布；叶片与水平面倾角0~30度；装配后的外搅拌头叶片最大外环直径为制备室直径的0.6-0.9。
2.一种复合材料的搅拌制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括有：
1）、将基体合金坯料放入制备室内，加热使基体合金坯料熔化，熔化温度在合金液相线温度以上30-100℃，打渣；
2）、下降搅拌装置，开启外搅拌杆，调整合适参数，搅动合金熔体，合金熔体中心形成漩涡；此时，开启送粉器，将增强材料送入漩涡中，裹入合金熔体中；
3）、增强材料送入完毕后，关闭外搅拌杆，下降挡板到合金熔体中，开启内搅拌杆，调整合适参数，增强材料在内搅拌杆的高速旋转作用下，被均匀分散合金熔体中，形成增强材料分布均匀的复合材料；
4）、复合材料制备完毕后，关闭搅拌装置并升起，提升挡板，将制备好的复合材料倾倒。
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150716 Address after: 417000 Hunan city of Loudi Province Wan District Town Hall Street No. Applicant after: HUNAN WENCHANG TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: GENERAL Research Institute FOR NONFERROUS METALS Address before: 417000 Hunan city of Loudi Province Wan District Town Hall Street No. Applicant before: HUNAN WENCHANG TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180604 Address after: 417000 Town Hall Street, Wanbao New District, Loudi, Hunan Patentee after: HUNAN WENCHANG ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 417000 Town Hall Street, Wanbao New District, Loudi, Hunan Co-patentee before: General Research Institute for Nonferrous Metals Patentee before: HUNAN WENCHANG TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Stirring device and preparation method for composite material Effective date of registration: 20191211 Granted publication date: 20160420 Pledgee: Loudi branch of Bank of Changsha Co.,Ltd. Pledgor: HUNAN WENCHANG ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2019980000976 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230210 Granted publication date: 20160420 Pledgee: Loudi branch of Bank of Changsha Co.,Ltd. Pledgor: HUNAN WENCHANG ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2019980000976 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |