CN104357702A - 一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置及方法，涉及一种制备半固态浆料的装置及方法。本发明解决现有纳米陶瓷颗粒很难在铝基体中均匀分散的问题。装置由底座、框架、加热水冷装置、搅拌坩埚、搅拌器、搅拌器连接装置、升降横梁控制装置、搅拌齿轮箱、搅拌齿轮、升降横梁、导套、轴承、升降齿条、升降齿轮、升降电机、大皮带轮、传动皮带、小皮带轮、搅拌电机、测温元件和坩埚盖板组成。使用方法：调节搅拌器，在高温下搅拌铝合金熔液并，加入纯铝粉与纳米颗粒混合物并在高温下搅拌。本发明用于一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置及方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备半固态浆料的装置及方法。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料是由铝合金作为基体合金，发挥其密度小、塑性好、变形能力强的优势，以陶瓷颗粒为增强体，发挥其弹性模量好、热膨胀系数小、耐磨性好的优势，从而组成一个新的材料体系。这种新的材料体系既具有好的强度、刚度和耐磨性，又具有高热导率和低膨胀系数等一系列优势，从而使这种复合材料在在航空、航天、交通运输、核工业及兵器工业等领域得到广泛应用。颗粒增强铝基复合材料中的增强相往往是微米级的陶瓷颗粒。研究发现，随着微米级陶瓷颗粒的加入量增加，虽然其强度、弹性模量、耐磨性有显著提高，但是其塑性指标却随着微米级陶瓷颗粒的加入量的增加而下降。这使得其塑性变形能力明显下降。随着科学技术的发展，研究人员发现，将原来的微米级陶瓷颗粒替换成纳米级陶瓷颗粒，不仅可以获得良好的强度、弹性模量和耐磨性，还可以减缓复合材料塑性指标的下降，甚至有的学者研究发现，适当加入纳米陶瓷颗粒增强颗粒，还可以不使延伸率下降。所以，目前对纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的研究已经成为颗粒增强铝基复合材料研究的一个新的研究热点。但是，随着研究人员对纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的研究进行，人们发现如何制备高质量的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料是首先必须要面对的难题。因为纳米陶瓷颗粒随着颗粒尺寸的减小，其分子间作用力明显增加，纳米颗粒常常团簇聚集在一起，很难将其在铝合金集体中均匀分开。为此，研究人员采用很多方法尝试将纳米陶瓷颗粒如何均匀在铝基体中均匀分散，例如超生分散和液态机械搅拌等等。
半固态搅拌在近些年来也在制备纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料方面显示着一定前景。半固态搅拌是半固态加工技术中半固态浆料制备的典型技术之一。其主要技术原理为，利用机械搅拌装置产生的剪切力打碎液态铝合金在降温过程中产生的初始枝晶，然后通过等温过程使其演变为近球状晶。正是这种由近球状晶和液相组成的半固态浆料是半固态加工技术较传统的铸造技术和锻造技术有很多明显优势。即与传统的液态压铸相比，半固态触变成形技术具有成形温度低(液-固相温区)、模具寿命长、组织均匀及其力学性能高等优点；与固态锻造相比，它的显著优点是用较小的力、较低的成本一次成形形状复杂、力学性能接近于锻件水平的结构件。半固态加工技术一般分为半固态浆料制备然后直接成形的流变成形工艺和制备半固态坯料重熔后触变成形两种典型工艺。无论哪种工艺都必须制备高质量的半固态浆料，这影响着后续的成形过程和成形件的质量。半固态搅拌技术作为典型的半固态浆料制备技术之一，起典型技术特点为将液态铝合金搅拌降温至半固态温度再恒温搅拌，获得由出生球状晶的固相和液相组成的半固态浆料。该工艺对于陶瓷颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的制备具有一定技术优势。这主要因为由于初生球状晶的固相的支撑和衬托作用，能够使陶瓷颗粒得到一定的分散。该技术已经在微米级陶瓷颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的制备方面得到尝试，并证明是有效的。将其应用于纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的制备也是非常有技术前景的。
发明内容
本发明是要解决现有纳米陶瓷颗粒很难在铝基体中均匀分散的问题，而提供了一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置及方法。
一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置由底座、第一框架、第二框架、加热水冷装置、搅拌坩埚、第一搅拌器、第三搅拌器、第二搅拌器、第一搅拌器连接装置、第二搅拌器连接装置、第三搅拌器连接装置、第一升降横梁控制装置、第二升降横梁控制装置、搅拌齿轮箱、第一搅拌齿轮、第二搅拌齿轮和第三搅拌齿轮、升降横梁、第一导套、第二导套、第一轴承、第二轴承、第一升降齿条、第二升降齿条、第一升降齿轮、第二升降齿轮、第一升降电机、第二升降电机、大皮带轮、传动皮带、小皮带轮(14)、搅拌电机、测温元件和坩埚盖板组成；
在底座两侧分别设置第一框架及第二框架，升降横梁两侧分别设置第一导套及第二导套，升降横梁中心设置第一轴承及第二轴承，所述的第一轴承设置在第二轴承下端；升降横梁通过第一导套及第二导套与第一框架及第二框架相配合，在第一框架上设置第一升降横梁控制装置，在第二框架上设置第二升降横梁控制装置；所述的第一升降横梁控制装置及第二升降横梁控制装置置于升降横梁下端；
第一框架上端设有第一升降电机，第二框架上端设有第二升降电机，第一升降电机的输出端与第一升降齿轮的齿轮轴的输入端相连接，第二升降电机的输出端与第二升降齿轮的齿轮轴的输入端相连接，第一升降齿轮与第一升降齿条啮合，第二升降齿轮与第二升降齿条啮合，所述的第一升降齿条及第二升降齿条固定在升降横梁两端；
在升降横梁上设有搅拌电机，搅拌电机的输出端和小皮带轮的齿轮轴输入端相连接，小皮带轮通过传动皮带与大皮带轮相连接，大皮带轮设置在第二搅拌器的上端，第二搅拌齿轮设置在第二搅拌器的中间位置，第二搅拌齿轮均与第一搅拌齿轮和第三搅拌齿轮啮合；所述的第一搅拌齿轮、第二搅拌齿轮和第三搅拌齿轮固定在搅拌齿轮箱中；搅拌齿轮箱设置在升降横梁的下端，第一搅拌器通过第一搅拌器连接装置与第一搅拌齿轮连接，第二搅拌器通过第二搅拌器连接装置与第二搅拌齿轮连接，且第二搅拌器穿过第一轴承及第二轴承，第三搅拌器通过第三搅拌器连接装置与第三搅拌齿轮连接；所述的第一搅拌器、第三搅拌器、第二搅拌器的搅拌端伸入设置在搅拌齿轮箱下方的搅拌坩埚内；搅拌坩埚(4)置于加热水冷装置内；所述的搅拌坩埚上设有坩埚盖板；所述的测温元件的一端穿过坩埚盖板伸入搅拌坩埚内；所述的第一搅拌器、第三搅拌器及第二搅拌器下端均设有搅拌叶片。
制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的方法步骤如下：
一、将纯铝粉与纳米Al2O3颗粒在混粉机中混合，混粉时间为12h～13h，得到纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物；
所述的纯铝粉与纳米Al2O3的质量比为1:(0.3～0.4)；
二、将纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物置于行星式球磨机中，然后加入异丙醇进行球磨，球磨时间为35min～60min，得到球磨后的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒混合物；
所述的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物与异丙醇的体积比为1:(0.1～0.2)；
三、开启第一升降电机和第二升降电机，调节至第一搅拌器、第三搅拌器及第二搅拌器底端与坩埚盖板的距离为300mm～350mm，关闭第一升降电机和第二升降电机；
四、将铝合金置于搅拌坩埚内，将铝合金由室温升温至650℃～670℃，并在温度为650℃～670℃下保温14min～17min，得到铝合金熔液；
所述的铝合金与步骤一中的纯铝粉的质量比为1:(0.005～0.01)；
五、开启第一升降电机和第二升降电机，调节第一搅拌器、第三搅拌器及第二搅拌器伸入铝合金熔液，直至第一搅拌器、第三搅拌器及第二搅拌器与搅拌坩埚底面的距离为10mm～15mm，关闭第一升降电机和第二升降电机，再开启搅拌电机对铝合金熔液进行搅拌，搅拌速度为725r/min，然后开启加热水冷装置，搅拌并降温至608℃～622℃，关闭加热水冷装置，然后在温度为608℃～622℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌17min～22min，得到包含出生球状晶固相和液相的铝合金半固态浆料；
六、将球磨后的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒混合物加入到铝合金半固态浆料中，并在温度为608℃～622℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌5min～8min，得到纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料；
七、开启第一升降电机和第二升降电机，调节至第一搅拌器、第三搅拌器及第二搅拌器底端与坩埚盖板的距离为300mm～350mm，关闭第一升降电机和第二升降电机。
本发明的有益效果：1、采用纯铝粉和纳米Al2O3颗粒的混粉后机械球磨，借助球磨产生的高速撞击，让纳米Al2O3颗粒能够均匀地镶嵌在纯铝粉末中，达到一次均匀分散的效果。2、利用机械搅拌螺旋实现铝合金半固态浆料的制备，其产生的出生固相晶粒能够使在半固态加入至其中的镶嵌在纯铝粉当中的纳米Al2O3颗粒，得到支撑和衬托作用，从而使其在复合材料基体当中得到二次均匀分散。3、本发明提出的机械搅拌装置能够实现搅拌器的自动升降，提高了把固态浆料制备的效率，为其进一步工业应用提供了装备设计基础。
附图说明
图1为一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置结构示意图；
图2为搅拌坩埚的剖视图；
图3为搅拌坩埚的俯视图；
图4为搅拌器的结构示意图；
图5为搅拌器的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图5具体说明本实施方式，本实施方式是一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置由底座1、第一框架2、第二框架19、加热水冷装置3、搅拌坩埚4、第一搅拌器5、第三搅拌器28、第二搅拌器29、第一搅拌器连接装置6、第二搅拌器连接装置20、第三搅拌器连接装置23、第一升降横梁控制装置7、第二升降横梁控制装置21、搅拌齿轮箱8、第一搅拌齿轮8-1、第二搅拌齿轮8-2和第三搅拌齿轮8-3、升降横梁9、第一导套9-1、第二导套9-4、第一轴承9-2、第二轴承9-3、第一升降齿条10、第二升降齿条18、第一升降齿轮11、第二升降齿轮16、第一升降电机12、第二升降电机17、大皮带轮13、传动皮带13-1、小皮带轮14、搅拌电机15、测温元件22和坩埚盖板24组成；
在底座1两侧分别设置第一框架2及第二框架19，升降横梁9两侧分别设置第一导套9-1及第二导套9-4，升降横梁9中心设置第一轴承9-2及第二轴承9-3，所述的第一轴承9-2设置在第二轴承9-3下端；升降横梁9通过第一导套9-1及第二导套9-4与第一框架2及第二框架19相配合，在第一框架2上设置第一升降横梁控制装置7，在第二19上设置第二升降横梁控制装置21；所述的第一升降横梁控制装置7及第二升降横梁控制装置21置于升降横梁9下端；
第一框架2上端设有第一升降电机12，第二框架19上端设有第二升降电机17，第一升降电机12的输出端与第一升降齿轮11的齿轮轴的输入端相连接，第二升降电机17的输出端与第二升降齿轮16的齿轮轴的输入端相连接，第一升降齿轮11与第一升降齿条10啮合，第二升降齿轮16与第二升降齿条18啮合，所述的第一升降齿条10及第二升降齿条18固定在升降横梁9两端；
在升降横梁9上设有搅拌电机15，搅拌电机15的输出端和小皮带轮14的齿轮轴输入端相连接，小皮带轮14通过传动皮带13-1与大皮带轮13相连接，大皮带轮13设置在第二搅拌器29的上端，第二搅拌齿轮8-2设置在第二搅拌器29的中间位置，第二搅拌齿轮8-2均与第一搅拌齿轮8-1和第三搅拌齿轮8-3啮合；所述的第一搅拌齿轮8-1、第二搅拌齿轮8-2和第三搅拌齿轮8-3固定在搅拌齿轮箱8中；搅拌齿轮箱8设置在升降横梁9的下端，第一搅拌器5通过第一搅拌器连接装置6与第一搅拌齿轮8-1连接，第二搅拌器29通过第二搅拌器连接装置20与第二搅拌齿轮8-2连接，且第二搅拌器29穿过第一轴承9-2及第二轴承9-3，第三搅拌器28通过第三搅拌器连接装置23与第三搅拌齿轮8-3连接；所述的第一搅拌器5、第三搅拌器28、第二搅拌器29的搅拌端伸入设置在搅拌齿轮箱8下方的搅拌坩埚4内；搅拌坩埚4置于加热水冷装置3内；所述的搅拌坩埚4上设有坩埚盖板24；所述的测温元件22的一端穿过坩埚盖板24伸入搅拌坩埚4内；所述的第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29下端均设有搅拌叶片。
本具体实施方式的优点：1、采用纯铝粉和纳米Al2O3颗粒的混粉后机械球磨，借助球磨产生的高速撞击，让纳米Al2O3颗粒能够均匀地镶嵌在纯铝粉末中，达到一次均匀分散的效果。2、利用机械搅拌螺旋实现铝合金半固态浆料的制备，其产生的出生固相晶粒能够使在半固态加入至其中的镶嵌在纯铝粉当中的纳米Al2O3颗粒，得到支撑和衬托作用，从而使其在复合材料基体当中得到二次均匀分散。3、本发明提出的机械搅拌装置能够实现搅拌器的自动升降，提高了把固态浆料制备的效率，为其进一步工业应用提供了装备设计基础。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：所述的测温元件22为热电偶。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点在于：所述的搅拌坩埚4长度为560mm，宽度为220mm，高度为410mm，壁厚为10mm；所述的搅拌坩埚4的材料为钼合金，利用粉末冶金方法制造。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点在于：所述的第一搅拌器5长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm；所述的第三搅拌器28长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm；所述的第二搅拌器29长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点在于：所述的第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29均为钼合金挤压棒材机械加工制造。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式是制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的方法步骤如下：
一、将纯铝粉与纳米Al2O3颗粒在混粉机中混合，混粉时间为12h～13h，得到纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物；
所述的纯铝粉与纳米Al2O3的质量比为1:(0.3～0.4)；
二、将纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物置于行星式球磨机中，然后加入异丙醇进行球磨，球磨时间为35min～60min，得到球磨后的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒混合物；
所述的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物与异丙醇的体积比为1:(0.1～0.2)；
三、开启第一升降电机12和第二升降电机17，调节至第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29底端与坩埚盖板24的距离为300mm～350mm，关闭第一升降电机12和第二升降电机17；
四、将铝合金置于搅拌坩埚4内，将铝合金由室温升温至650℃～670℃，并在温度为650℃～670℃下保温14min～17min，得到铝合金熔液；
所述的铝合金与步骤一中的纯铝粉的质量比为1:(0.005～0.01)；
五、开启第一升降电机12和第二升降电机17，调节第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29伸入铝合金熔液，直至第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29与搅拌坩埚4底面的距离为10mm～15mm，关闭第一升降电机12和第二升降电机17，再开启搅拌电机15对铝合金熔液进行搅拌，搅拌速度为725r/min，然后开启加热水冷装置3，搅拌并降温至608℃～622℃，关闭加热水冷装置3，然后在温度为608℃～622℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌17min～22min，得到包含出生球状晶固相和液相的铝合金半固态浆料；
六、将球磨后的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒混合物加入到铝合金半固态浆料中，并在温度为608℃～622℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌5min～8min，得到纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料；
七、开启第一升降电机12和第二升降电机17，调节至第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29底端与坩埚盖板24的距离为300mm～350mm，关闭第一升降电机12和第二升降电机17。
本具体实施方式中纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料利用浇注容器进行浇注，从而进行流变成形，或者将半固态浆料浇注成圆柱体形状，冷却成半固态坯料，以备半固态触变成形使用。
本具体实施方式中纳米Al2O3颗粒增强相占纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的体积分数为0.5％～10％。
图1为一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置结构示意图，图中25为包含出生球状晶固相和液相的铝合金半固态浆料中的出生球状晶固相和26为包含出生球状晶固相和液相的铝合金半固态浆料中的液相；27为纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于：步骤四中所述的铝合金为铸态或挤压态。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一的不同点在于：步骤四中所述的铝合金为A356铝合金、A357铝合金、A380铝合金、A390铝合金、2024铝合金、6061铝合金、7005铝合金、7050铝合金或7075铝合金。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一的不同点在于：步骤四中将铝合金由室温升温至650℃～660℃，并在温度为650℃～660℃下保温14min～17min。其它与具体实施方式六至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一的不同点在于：步骤五中在温度为608℃～615℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌17min～22min。其它与具体实施方式六至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式六至十之一的不同点在于：步骤四中将铝合金由室温升温至660℃～670℃，并在温度为660℃～670℃下保温14min～17min。其它与具体实施方式六至十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式六至十一之一的不同点在于：步骤五中在温度为616℃～622℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌17min～22min。其它与具体实施方式六至十一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例：
本实施例所述的一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置及方法，具体是按照以下步骤进行的：
一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置由底座1、第一框架2、第二框架19、加热水冷装置3、搅拌坩埚4、第一搅拌器5、第三搅拌器28、第二搅拌器29、第一搅拌器连接装置6、第二搅拌器连接装置20、第三搅拌器连接装置23、第一升降横梁控制装置7、第二升降横梁控制装置21、搅拌齿轮箱8、第一搅拌齿轮8-1、第二搅拌齿轮8-2和第三搅拌齿轮8-3、升降横梁9、第一导套9-1、第二导套9-4、第一轴承9-2、第二轴承9-3、第一升降齿条10、第二升降齿条18、第一升降齿轮11、第二升降齿轮16、第一升降电机12、第二升降电机17、大皮带轮13、传动皮带13-1、小皮带轮14、搅拌电机15、测温元件22和坩埚盖板24组成；
在底座1两侧分别设置第一框架2及第二框架19，升降横梁9两侧分别设置第一导套9-1及第二导套9-4，升降横梁9中心设置第一轴承9-2及第二轴承9-3，所述的第一轴承9-2设置在第二轴承9-3下端；升降横梁9通过第一导套9-1及第二导套9-4与第一框架2及第二框架19相配合，在第一框架2上设置第一升降横梁控制装置7，在第二19上设置第二升降横梁控制装置21；所述的第一升降横梁控制装置7及第二升降横梁控制装置21置于升降横梁9下端；
第一框架2上端设有第一升降电机12，第二框架19上端设有第二升降电机17，第一升降电机12的输出端与第一升降齿轮11的齿轮轴的输入端相连接，第二升降电机17的输出端与第二升降齿轮16的齿轮轴的输入端相连接，第一升降齿轮11与第一升降齿条10啮合，第二升降齿轮16与第二升降齿条18啮合，所述的第一升降齿条10及第二升降齿条18固定在升降横梁9两端；
在升降横梁9上设有搅拌电机15，搅拌电机15的输出端和小皮带轮14的齿轮轴输入端相连接，小皮带轮14通过传动皮带13-1与大皮带轮13相连接，大皮带轮13设置在第二搅拌器29的上端，第二搅拌齿轮8-2设置在第二搅拌器29的中间位置，第二搅拌齿轮8-2均与第一搅拌齿轮8-1和第三搅拌齿轮8-3啮合；所述的第一搅拌齿轮8-1、第二搅拌齿轮8-2和第三搅拌齿轮8-3固定在搅拌齿轮箱8中；搅拌齿轮箱8设置在升降横梁9的下端，第一搅拌器5通过第一搅拌器连接装置6与第一搅拌齿轮8-1连接，第二搅拌器29通过第二搅拌器连接装置20与第二搅拌齿轮8-2连接，且第二搅拌器29穿过第一轴承9-2及第二轴承9-3，第三搅拌器28通过第三搅拌器连接装置23与第三搅拌齿轮8-3连接；所述的第一搅拌器5、第三搅拌器28、第二搅拌器29的搅拌端伸入设置在搅拌齿轮箱8下方的搅拌坩埚4内；搅拌坩埚4置于加热水冷装置3内；所述的搅拌坩埚4上设有坩埚盖板24；所述的测温元件22的一端穿过坩埚盖板24伸入搅拌坩埚4内；所述的第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29下端均设有搅拌叶片。
所述的测温元件22为热电偶。
所述的搅拌坩埚4长度为560mm，宽度为220mm，高度为410mm，壁厚为10mm；所述的搅拌坩埚4的材料为钼合金，利用粉末冶金方法制造。
所述的第一搅拌器5长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm；所述的第三搅拌器28长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm；所述的第二搅拌器29长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm。
所述的第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29均为钼合金挤压棒材机械加工制造。
利用上述的一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料方法，步骤如下：
一、将纯铝粉与纳米Al2O3颗粒在混粉机中混合，混粉时间为12h，得到纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物；
所述的纯铝粉与纳米Al2O3的质量比为1:0.3；
二、将纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物置于行星式球磨机中，然后加入异丙醇进行球磨，球磨时间为35min，得到球磨后的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒混合物；
所述的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物与异丙醇的体积比为1:0.1；
三、开启第一升降电机12和第二升降电机17，调节至第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29底端与坩埚盖板24的距离为300mm，关闭第一升降电机12和第二升降电机17；
四、将铝合金置于搅拌坩埚4内，将铝合金由室温升温至660℃，并在温度为660℃下保温16min，得到铝合金熔液；
所述的铝合金与步骤一中的纯铝粉的质量比为1:0.005；
五、开启第一升降电机12和第二升降电机17，调节第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29伸入铝合金熔液，直至第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29与搅拌坩埚4底面的距离为15mm，关闭第一升降电机12和第二升降电机17，再开启搅拌电机15对铝合金熔液进行搅拌，搅拌速度为725r/min，然后开启加热水冷装置3，搅拌并降温至610℃，关闭加热水冷装置3，然后在温度为610℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌20min，得到包含出生球状晶固相和液相的铝合金半固态浆料；
六、将球磨后的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒混合物加入到铝合金半固态浆料中，并在温度为610℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌6min，得到纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料；
七、开启第一升降电机12和第二升降电机17，调节至第一搅拌器5、第三搅拌器28及第二搅拌器29底端与坩埚盖板24的距离为300mm，关闭第一升降电机12和第二升降电机17。
步骤四中所述的铝合金为铸态。
步骤四中所述的铝合金为A356铝合金。
本具体实施方式中纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料利用浇注容器进行浇注，从而进行流变成形，或者将半固态浆料浇注成圆柱体形状，冷却成半固态坯料，以备半固态触变成形使用。
Claims (10)
1.一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置，其特征在于：一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置由底座(1)、第一框架(2)、第二框架(19)、加热水冷装置(3)、搅拌坩埚(4)、第一搅拌器(5)、第三搅拌器(28)、第二搅拌器(29)、第一搅拌器连接装置(6)、第二搅拌器连接装置(20)、第三搅拌器连接装置(23)、第一升降横梁控制装置(7)、第二升降横梁控制装置(21)、搅拌齿轮箱(8)、第一搅拌齿轮(8-1)、第二搅拌齿轮(8-2)和第三搅拌齿轮(8-3)、升降横梁(9)、第一导套(9-1)、第二导套(9-4)、第一轴承(9-2)、第二轴承(9-3)、第一升降齿条(10)、第二升降齿条(18)、第一升降齿轮(11)、第二升降齿轮(16)、第一升降电机(12)、第二升降电机(17)、大皮带轮(13)、传动皮带(13-1)、小皮带轮(14)、搅拌电机(15)、测温元件(22)和坩埚盖板(24)组成；在底座(1)两侧分别设置第一框架(2)及第二框架(19)，升降横梁(9)两侧分别设置第一导套(9-1)及第二导套(9-4)，升降横梁(9)中心设置第一轴承(9-2)及第二轴承(9-3)，所述的第一轴承(9-2)设置在第二轴承(9-3)下端；升降横梁(9)通过第一导套(9-1)及第二导套(9-4)与第一框架(2)及第二框架(19)相配合，在第一框架(2)上设置第一升降横梁控制装置(7)，在第二框架(19)上设置第二升降横梁控制装置(21)；所述的第一升降横梁控制装置(7)及第二升降横梁控制装置(21)置于升降横梁(9)下端；第一框架(2)上端设有第一升降电机(12)，第二框架(19)上端设有第二升降电机(17)，第一升降电机(12)的输出端与第一升降齿轮(11)的齿轮轴的输入端相连接，第二升降电机(17)的输出端与第二升降齿轮(16)的齿轮轴的输入端相连接，第一升降齿轮(11)与第一升降齿条(10)啮合，第二升降齿轮(16)与第二升降齿条(18)啮合，所述的第一升降齿条(10)及第二升降齿条(18)固定在升降横梁(9)两端；在升降横梁(9)上设有搅拌电机(15)，搅拌电机(15)的输出端和小皮带轮(14)的齿轮轴输入端相连接，小皮带轮(14)通过传动皮带(13-1)与大皮带轮(13)相连接，大皮带轮(13)设置在第二搅拌器(29)的上端，第二搅拌齿轮(8-2)设置在第二搅拌器(29)的中间位置，第二搅拌齿轮(8-2)均与第一搅拌齿轮(8-1)和第三搅拌齿轮(8-3)啮合；所述的第一搅拌齿轮(8-1)、第二搅拌齿轮(8-2)和第三搅拌齿轮(8-3)固定在搅拌齿轮箱(8)中；搅拌齿轮箱(8)设置在升降横梁(9)的下端，第一搅拌器(5)通过第一搅拌器连接装置(6)与第一搅拌齿轮(8-1)连接，第二搅拌器(29)通过第二搅拌器连接装置(20)与第二搅拌齿轮(8-2)连接，且第二搅拌器(29)穿过第一轴承(9-2)及第二轴承(9-3)，第三搅拌器(28)通过第三搅拌器连接装置(23)与第三搅拌齿轮(8-3)连接；所述的第一搅拌器(5)、第三搅拌器(28)、第二搅拌器(29)的搅拌端伸入设置在搅拌齿轮箱(8)下方的搅拌坩埚(4)内；搅拌坩埚(4)置于加热水冷装置(3)内；所述的搅拌坩埚(4)上设有坩埚盖板(24)；所述的测温元件(22)的一端穿过坩埚盖板(24)伸入搅拌坩埚(4)内；所述的第一搅拌器(5)、第三搅拌器(28)及第二搅拌器(29)下端均设有搅拌叶片。
2.根据权利要求1所述的一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置，其特征在于：所述的测温元件(22)为热电偶。
3.根据权利要求1所述的一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置，其特征在于：所述的搅拌坩埚(4)长度为560mm，宽度为220mm，高度为410mm，壁厚为10mm；所述的搅拌坩埚(4)的材料为钼合金，利用粉末冶金方法制造。
4.根据权利要求1所述的一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置，其特征在于：所述的第一搅拌器(5)长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm；所述的第三搅拌器(28)长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm；所述的第二搅拌器(29)长度为660mm，搅拌杆直径为30mm，搅拌叶片长度为140mm，宽度为8mm，高度为66mm。
5.根据权利要求1所述的一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置，其特征在于：所述的第一搅拌器(5)、第三搅拌器(28)及第二搅拌器(29)均为钼合金挤压棒材机械加工制造。
6.利用权利要求1所述的一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料方法，其特征在于制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的方法步骤如下：
一、将纯铝粉与纳米Al2O3颗粒在混粉机中混合，混粉时间为12h～13h，得到纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物；
所述的纯铝粉与纳米Al2O3的质量比为1:(0.3～0.4)；
二、将纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物置于行星式球磨机中，然后加入异丙醇进行球磨，球磨时间为35min～60min，得到球磨后的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒混合物；
所述的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒的混合物与异丙醇的体积比为1:(0.1～0.2)；
三、开启第一升降电机(12)和第二升降电机(17)，调节至第一搅拌器(5)、第三搅拌器(28)及第二搅拌器(29)底端与坩埚盖板(24)的距离为300mm～350mm，关闭第一升降电机(12)和第二升降电机(17)；
四、将铝合金置于搅拌坩埚(4)内，将铝合金由室温升温至650℃～670℃，并在温度为650℃～670℃下保温14min～17min，得到铝合金熔液；
所述的铝合金与步骤一中的纯铝粉的质量比为1:(0.005～0.01)；
五、开启第一升降电机(12)和第二升降电机(17)，调节第一搅拌器(5)、第三搅拌器(28)及第二搅拌器(29)伸入铝合金熔液，直至第一搅拌器(5)、第三搅拌器(28)及第二搅拌器(29)与搅拌坩埚(4)底面的距离为10mm～15mm，关闭第一升降电机(12)和第二升降电机(17)，再开启搅拌电机(15)对铝合金熔液进行搅拌，搅拌速度为725r/min，然后开启加热水冷装置(3)，搅拌并降温至608℃～622℃，关闭加热水冷装置(3)，然后在温度为608℃～622℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌17min～22min，得到包含出生球状晶固相和液相的铝合金半固态浆料；
六、将球磨后的纯铝粉与纳米Al2O3颗粒混合物加入到铝合金半固态浆料中，并在温度为608℃～622℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌5min～8min，得到纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料；
七、开启第一升降电机(12)和第二升降电机(17)，调节至第一搅拌器(5)、第三搅拌器(28)及第二搅拌器(29)底端与坩埚盖板(24)的距离为300mm～350mm，关闭第一升降电机(12)和第二升降电机(17)。
7.根据权利要求6所述的制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的方法，其特征在于：步骤四中所述的铝合金为铸态或挤压态。
8.根据权利要求6所述的制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的方法，其特征在于：步骤四中所述的铝合金为A356铝合金、A357铝合金、A380铝合金、A390铝合金、2024铝合金、6061铝合金、7005铝合金、7050铝合金或7075铝合金。
9.根据权利要求6所述的制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的方法，其特征在于：步骤四中将铝合金由室温升温至650℃～660℃，并在温度为650℃～660℃下保温14min～17min。
10.根据权利要求6所述的制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的方法，其特征在于：步骤五中在温度为608℃～615℃及搅拌速度为725r/min下，搅拌17min～22min。
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