CN104388734A - 纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备及成型装置和制备及成型方法 - Google Patents

纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备及成型装置和制备及成型方法 Download PDF

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Abstract

纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备及成型装置和制备及成型方法，它涉及半固态浆料的制备及成型装置和制备及成型方法。本发明的目的是要解决现有制备的粒增强铝基复合材料半固态浆料存在纳米颗粒和铝基体的界面润湿性差，纳米颗粒易絮凝，成型的方法成本高，工艺流程长和控形差的问题。制备装置：震荡装置、热电偶、电阻炉、盖板、搅拌器、电机、框架和坩埚；制备方法：制备液态7075铝合金；超声清洗；混合、超声；搅拌、降温；制备半固态浆料。成型装置：模板、螺栓、加热器、压板、凸模、固定板、凹模套、凹模、型腔和顶杆；成型方法：预热；加热；加料；加压；取出、冷却。本发明适用于制备半固态浆料及成型。

Description

纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备及成型装置和制备及成型方法
技术领域
本发明涉及半固态浆料的制备及成型装置和制备及成型方法。
背景技术
由于纳米陶瓷颗粒铝基复合材料具有低密度、高比强度和比刚度、高弹性模量、高耐磨性、高热导率和低热膨胀系数等一系列优异性能，使其在航空、航天、交通运输、核工业及兵器工业等领域受到广泛关注。同时，为适应国家“节能、减排、降耗”的大政方针，实现经济的可持续、快速发展，结构件正向轻量化和高可靠性飞速发展，颗粒增强铝基复合材料被广泛用于装备制造业中的复杂承力结构件。这就对其成形技术提出了更高要求。其中精确控形(控制结构件的形状)和精确控性(控制结构件的力学性能)是最重要的两个要求。精确控形是指该技术能够完全成形出所需结构件形状且尺寸精度满足设计要求。精确控性是指该技术不仅能够保证结构件的力学性能要求而且能够使其具有更高的力学性能。在铝基复合材料结构件的众多成形技术中，以铸造方法消耗少、工艺简单、不受零件形状限制而备受青睐。但铸造本身工艺容易带来诸多缺陷，使其性能不易满足使用要求(控性差)。为此，转向锻造加工，这就势必增加加工成本，且工艺流程长，零件形状也不能太复杂(控形差)。为此，必须在铸造和塑性加工之间进行融合嫁接，寻求一种工序省、加工容易、易控形和控性且成本不高的新方法。半固态触变成形技术具有这一优势。半固态触变成形技术是一种继承了铸、锻工艺的综合优点的精密、近净成形技术，能够有效地实现控形与控性的统一。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。
纳米颗粒增强铝基复合材料的半固态触变成形技术是目前半固态加工技术领域和铝基复合材料结构件制造技术领域的一个重要发展方向。而如何制备高质量的纳米颗粒增强铝基复合材料半固态浆料又是该技术发展中急需解决的关键问题。目前颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的主要制备方法就是粉末冶金法和半固态机械搅拌法。虽然粉末冶金方法制备的纳米颗粒铝基复合材料具有界面结合良好、颗粒分布均匀的优点，但其也明显存在制备成本高、难以制备大尺寸半固态坯料的缺点。半固态机械搅拌利用半固态浆料中固相颗粒的支撑和衬托作用使陶瓷颗粒得到一定的分散，从而使该技术在陶瓷颗粒尺寸为几微米至几十微米时比较有效。但是一旦增强相粒子尺寸减小至纳米尺寸时，即使利用半固态机械搅拌，也很难使纳米颗粒获得很好的分散和界面润湿效果。由于纳米颗粒增强相的尺寸极小，这给纳米颗粒增强铝基复合材料半固态坯料的制备和成形带来很多技术困难，从而影响半固态坯料的质量和触变成形结构件的组织性能。所以，要发展纳米颗粒增强铝基复合材料半固态触变成形技术，必须制备高质量半固态坯料。而要制备高质量的纳米颗粒铝基复合材料半固态坯料，必须首先解决纳米颗粒和铝基体的界面润湿、纳米颗粒的絮凝(或团簇)及铝固相颗粒的球化、细化的技术瓶颈问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有制备的粒增强铝基复合材料半固态浆料存在纳米颗粒和铝基体的界面润湿性差，纳米颗粒易絮凝，成型的方法成本高，工艺流程长和控形差的问题，而提供纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备及成型装置和制备及成型方法。
纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置包括超生震荡装置、热电偶、电阻炉、盖板、搅拌器、电机、框架和坩埚；
所述的坩埚置于电阻炉中；盖板覆盖在电阻炉的上端面上，盖板的中间位置上设有冲孔，超生震荡装置或搅拌器通过盖板上的冲孔，伸入到坩埚内部；搅拌器的上端与电机相连接，电机与框架使用螺栓固定连接。
纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备方法，具体是按以下方法制备的：
一、制备液态7075铝合金：将电阻炉升温至650℃，然后将7075铝合金挤压态坯料放入坩埚内，再在温度为650℃下保温10min～16min，得到液态7075铝合金；
二、超声清洗：以乙醇为清洗剂，将纳米SiC颗粒在功率为100W下超声清洗2min～3min，再进行干燥，得到超声清洗后的纳米SiC颗粒；
三、混合、超声：将超声清洗后的纳米SiC颗粒加入到温度为650℃的液态7075铝合金中，得到纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液；再将超生震荡装置置于纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液中，超声处理19min～22min；
步骤三中所述的纳米SiC颗粒的体积与纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液的体积比为(1.0～1.5):100；
四、搅拌、降温：将超生震荡装置移开，再将搅拌器置于到纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液中，开启电机，边搅拌边降温，得到温度为618℃～621℃的纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液；
五、制备半固态浆料：利用搅拌器对温度为618℃～621℃的纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液进行搅拌19min～21min，得到纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料；
步骤五所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料是由液态7075铝合金、纳米SiC颗粒和固相7075铝合金晶粒组成的。
纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置包括下模板、第一螺栓、加热器、压板、凸模、固定板、上模板、第二螺栓、第三螺栓、凹模套、凹模、型腔和顶杆；
所述的上模板的下端面与固定板的上端面固接，凸模的上端装在固定板内且与上模板的下端面连接，固定板通过第二螺栓与上模板固定连接；
所述的压板设置在凹模和凹模套的上端面，压板通过第三螺栓与凹模套相连接；压板的端面上设有与凸模正对的冲孔，凸模的下端穿过压板上的冲孔，且置于凹模内部；凹模装在凹模套中；凹模套设有加热器，凹模和凹模套固定在下模板的上端面上，且下模板通过第一螺栓与凹模套相连接；下模板的端面上设有与凸模正对的冲孔，顶杆的顶端设置在凹模中，顶杆的底端穿过下模板的冲孔；凸模、凹模和顶组成型腔。
纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形方法，具体是按以下步骤完成的：
一、预热：利用加热器将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至115℃～135℃，然后再利用喷枪将含有石墨的水溶液润滑剂均匀地喷涂在型腔的表面；再利用液压机将凸模的底端伸入到凹模内95mm～100mm；
步骤一中所述的含有石墨的水溶液中石墨的质量分数为10％～15％；
步骤一中所述的加热器的功率为8kW～9kW；
二、加热：利用加热器将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至295℃～305℃，再在温度为295℃～305℃下保温28min～33min，得到加热后的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置；
三、加料：利用压力机将凸模与凹模分离至200mm～250mm，再将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料加入到型腔中；
四、加压：利用压力机带动凸模向下移动，与凹模合模，再在压力为390MPa～400MPa下保压时间为90s～100s；此时温度一直保持在295℃～305℃；
五、取出、冷却：利用压力机将顶杆的底端向上移动，使型腔中的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒形件从压板上的冲孔顶出，冷却至室温，得到纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件。
本发明的有益效果是：
一、本发明提出的超声辅助半固态搅拌方法中首先利用超声处理装置产生的空化效应和声流效应实现了纳米陶瓷颗粒的一次均匀分散(即空化效应和声流效应产生的纳米颗粒的均匀分散)和铝基体半固态浆料的一次搅拌(即声流效应实现的半固态浆料的搅拌)；
二、本发明使用机械搅拌螺旋实现高强度的半固态搅拌，从而使半固态浆料中的铝固相晶粒细小、均匀且球化程度高，实现铝基体半固态浆料的二次搅拌(即机械螺旋搅拌)；本发明利用机械搅拌获得的铝合金半固态浆料中的固相颗粒对纳米陶瓷颗粒进行有效地支撑和衬托，实现纳米陶瓷颗粒的二次均匀分散(即固相颗粒的支撑和衬托实现的纳米颗粒的均匀分散)；
三、固态搅拌和超声处理对纳米增强铝基复合材料体系产生的双重分散和双重搅拌作用对于制备高质量大尺寸的纳米颗粒增强铝基复合材料半固态坯非常重要；其能够有效解决纳米颗粒和铝基体的界面润湿、纳米颗粒的絮凝和铝基体中固相颗粒的晶粒细化及球化等技术瓶颈问题；
四、本发明利用在此基础上，制备了高质量的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料，并进行半固态流变成形，从而实现高性能的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件的成形制造；
五、本发明研究对于促进半固态触变成形技术在纳米颗粒铝基复合材料结构件成形方面的应用具有重要的意义；同时，通过对该技术研究及其相关模具的研制与开发，结合具体工艺实验和过程参数的优化，为航空、航天、交通运输领域铝基复合材料结构件的生产制造提供强有力的技术支持。
本发明适用于制备半固态浆料及成型。
附图说明
图1为具体实施方式三步骤三中所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置结构示意图；图1中1为震荡装置，2为热电偶，3为液态7075铝合金，4为纳米SiC颗粒；
图2为具体实施方式三步骤四中所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置结构示意图；图2中5为电阻炉，6为盖板，7为搅拌器，8为电机，9为框架，10为坩埚，11为固相7075铝合金晶粒；
图3为图2中坩埚的结构示意图；
图4为具体实施方式五所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置结构示意图；图3中21为下模板，22为第一螺栓，23为加热器，24为压板，25为凸模，26为固定板，27为上模板，28为第二螺栓，29为第三螺栓，30为凹模套，31为凹模，32为型腔，33为顶杆；
图5为图4中凸模的结构示意图；
图6为图4中凹模的结构示意图；
图7为图6的俯视图；
图8为图中顶杆的结构示意图；
图9为试验一步骤五中得到的纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的微观形貌图；
图10为试验二步骤五得到的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件是数码照片图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置包括超生震荡装置1、热电偶2、电阻炉5、盖板6、搅拌器7、电机8、框架9和坩埚10；
所述的坩埚10置于电阻炉5中；盖板6覆盖在电阻炉5的上端面上，盖板6的中间位置上设有冲孔，超生震荡装置1或搅拌器7通过盖板6上的冲孔，伸入到坩埚10内部；搅拌器7的上端与电机8相连接，电机8与框架9使用螺栓固定连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的坩埚10是由钼合金材料制造的，制造的方法是采用粉末冶金方法；坩埚10的外径为160mm，内径为140mm，高度为360mm，底部壁厚为20mm；电阻炉5的内胆材料为SiC陶瓷材料。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式是纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备方法具体是按以下方法制备的：
一、制备液态7075铝合金：将电阻炉5升温至650℃，然后将7075铝合金挤压态坯料放入坩埚10内，再在温度为650℃下保温10min～16min，得到液态7075铝合金；
二、超声清洗：以乙醇为清洗剂，将纳米SiC颗粒在功率为100W下超声清洗2min～3min，再进行干燥，得到超声清洗后的纳米SiC颗粒；
三、混合、超声：将超声清洗后的纳米SiC颗粒加入到温度为650℃的液态7075铝合金中，得到纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液；再将超生震荡装置1置于纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液中，超声处理19min～22min；
步骤三中所述的纳米SiC颗粒的体积与纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液的体积比为(1.0～1.5):100；
四、搅拌、降温：将超生震荡装置1移开，再将搅拌器7置于到纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液中，开启电机8，边搅拌边降温，得到温度为618℃～621℃的纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液；
五、制备半固态浆料：利用搅拌器7对温度为618℃～621℃的纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液进行搅拌19min～21min，得到纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料；
步骤五所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料是由液态7075铝合金、纳米SiC颗粒和固相7075铝合金晶粒组成的。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一中将电阻炉5升温至650℃，然后将7075铝合金挤压态坯料放入坩埚10内，再在温度为650℃下保温10min，得到液态7075合金；步骤三中将超生震荡装置1置于纳米SiC颗粒和7075合金的混合熔液中，超声处理20min；步骤三中所述的纳米SiC颗粒的体积与纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液的体积比为1.0:100；步骤五中利用搅拌器7对温度为618℃～621℃的纳米SiC颗粒和7075合金的混合熔液进行搅拌20min，得到纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式是纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置包括下模板21、第一螺栓22、加热器23、压板24、凸模25、固定板26、上模板27、第二螺栓28、第三螺栓29、凹模套30、凹模31、型腔32和顶杆33；
所述的上模板27的下端面与固定板26的上端面固接，凸模25的上端装在固定板26内且与上模板27的下端面连接，固定板26通过第二螺栓28与上模板27固定连接；
所述的压板24设置在凹模31和凹模套30的上端面，压板24通过第三螺栓29与凹模套30相连接；压板24的端面上设有与凸模25正对的冲孔，凸模25的下端穿过压板24上的冲孔，且置于凹模31内部；凹模31装在凹模套30中；凹模套30设有加热器23，凹模31和凹模套30固定在下模板21的上端面上，且下模板21通过第一螺栓22与凹模套30相连接；下模板21的端面上设有与凸模25正对的冲孔，顶杆33的顶端设置在凹模31中，顶杆33的底端穿过下模板21的冲孔；凸模25、凹模31和顶杆33组成型腔32。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：所述的凸模25的长度为260mm，凸模25装在固定板26中的最大端直径为130mm，最小端直径为100mm，凸模25与凹模31配合的大端直径为80mm，长度为68mm，小端有1°脱模斜度。其他与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六的不同点是：所述的凹模31的长度为240mm，凹模31的大端直径为200mm，大端与小端成3°斜度，凹模31与凸模25接触的部分直径为80mm，与顶杆33接触的大端直径为76mm，小端直径为60mm。其他与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七的不同点是：所述的顶杆33的长度为270mm，与凹模31接触的大端直径为76mm，小端直径为60mm。其他与具体实施方式五至七相同。
具体实施方式九：本实施方式是纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形方法具体是按以下步骤完成的：
一、预热：利用加热器23将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至115℃～135℃，然后再利用喷枪将含有石墨的水溶液润滑剂均匀地喷涂在型腔32的表面；再利用液压机将凸模25的底端伸入到凹模11内95mm～100mm；
步骤一中所述的含有石墨的水溶液中石墨的质量分数为10％～15％；
步骤一中所述的加热器23的功率为8kW～9kW；
二、加热：利用加热器23将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至295℃～305℃，再在温度为295℃～305℃下保温28min～33min，得到加热后的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置；
三、加料：利用压力机将凸模25与凹模31分离至200mm～250mm，再将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料加入到型腔32中；
四、加压：利用压力机带动凸模25向下移动，与凹模31合模，再在压力为390MPa～400MPa下保压时间为90s～100s；此时温度一直保持在295℃～305℃；
五、取出、冷却：利用压力机将顶杆33的底端向上移动，使型腔32中的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒形件从压板24上的冲孔顶出，冷却至室温，得到纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件。
本实施方式的有益效果是：
一、实施方式提出的超声辅助半固态搅拌方法中首先利用超声处理装置产生的空化效应和声流效应实现了纳米陶瓷颗粒的一次均匀分散(即空化效应和声流效应产生的纳米颗粒的均匀分散)和铝基体半固态浆料的一次搅拌(即声流效应实现的半固态浆料的搅拌)；
二、本实施方式使用机械搅拌螺旋实现高强度的半固态搅拌，从而使半固态浆料中的铝固相晶粒细小、均匀且球化程度高，实现铝基体半固态浆料的二次搅拌(即机械螺旋搅拌)；本实施方式利用机械搅拌获得的铝合金半固态浆料中的固相颗粒对纳米陶瓷颗粒进行有效地支撑和衬托，实现纳米陶瓷颗粒的二次均匀分散(即固相颗粒的支撑和衬托实现的纳米颗粒的均匀分散)；
三、固态搅拌和超声处理对纳米增强铝基复合材料体系产生的双重分散和双重搅拌作用对于制备高质量大尺寸的纳米颗粒增强铝基复合材料半固态坯非常重要；其能够有效解决纳米颗粒和铝基体的界面润湿、纳米颗粒的絮凝和铝基体中固相颗粒的晶粒细化及球化等技术瓶颈问题；
四、本实施方式利用在此基础上，制备了高质量的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料，并进行半固态流变成形，从而实现高性能的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件的成形制造；
五、本实施方式研究对于促进半固态触变成形技术在纳米颗粒铝基复合材料结构件成形方面的应用具有重要的意义；同时，通过对该技术研究及其相关模具的研制与开发，结合具体工艺实验和过程参数的优化，为航空、航天、交通运输领域铝基复合材料结构件的生产制造提供强有力的技术支持。
本实施方式适用于制备半固态浆料及成型。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤二中利用加热器(23)将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至300℃，再在温度为300℃下保温28min～33min，得到加热后的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置；步骤四中利用压力机带动凸模(25)向下移动，与凹模(31)合模，再在压力为398MPa下保压时间为90s～100s；此时温度一直保持在300℃。其他步骤与具体实施方式九相同。
采用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置包括超生震荡装置1、热电偶2、电阻炉5、盖板6、搅拌器7、电机8、框架9和坩埚10；
所述的坩埚10置于电阻炉5中；盖板6覆盖在电阻炉5的上端面上，盖板6的中间位置上设有冲孔，超生震荡装置1或搅拌器7通过盖板6上的冲孔，伸入到坩埚10内部；搅拌器7的上端与电机8相连接，电机8与框架9使用螺栓固定连接。
所述的坩埚10是由钼合金材料制造的，制造的方法是采用粉末冶金方法；坩埚10的外径为160mm，内径为140mm，高度为360mm，底部壁厚为20mm；电阻炉5的内胆材料为SiC陶瓷材料；
纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备方法，具体是按以下方法制备的：
一、制备液态7075铝合金：将电阻炉5升温至650℃，然后将7075铝合金挤压态坯料放入坩埚10内，再在温度为650℃下保温10min，得到液态7075铝合金；
二、超声清洗：以乙醇为清洗剂，将纳米SiC颗粒在功率为100W下超声清洗2min，再进行干燥，得到超声清洗后的纳米SiC颗粒；
三、混合、超声：将超声清洗后的纳米SiC颗粒加入到温度为650℃的液态7075铝合金中，得到纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液；再将超生震荡装置1置于纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液中，超声处理20min；
步骤三中所述的纳米SiC颗粒的体积与纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液的体积比为1.0:100；
四、搅拌、降温：将超生震荡装置1移开，再将搅拌器7置于到纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液中，开启电机8，边搅拌边降温，得到温度为620℃的纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液；
五、制备半固态浆料：利用搅拌器7对温度为620℃的纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液进行搅拌20min，得到纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料；
步骤五所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料是由液态7075铝合金、纳米SiC颗粒和固相7075铝合金晶粒组成的。
使用金相显微镜仪器对试验一得到的纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料进行测试，如图9所示，图9为试验一步骤五中得到的纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的微观形貌图；从图9可知，试验一步骤五中得到的纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料的微观组织固相晶粒球化程度较好，晶粒尺寸细小，平均晶粒尺寸约为30微米，微观组织组织中固相晶粒分布均匀。
试验二：纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置包括下模板21、第一螺栓22、加热器23、压板24、凸模25、固定板26、上模板27、第二螺栓28、第三螺栓29、凹模套30、凹模31、型腔32和顶杆33；
所述的上模板27的下端面与固定板26的上端面固接，凸模25的上端装在固定板26内且与上模板27的下端面连接，固定板26通过第二螺栓28与上模板27固定连接；
所述的压板24设置在凹模31和凹模套30的上端面，压板24通过第三螺栓29与凹模套30相连接；压板24的端面上设有与凸模25正对的冲孔，凸模25的下端穿过压板24上的冲孔，且置于凹模31内部；凹模31装在凹模套30中；凹模套30设有加热器23，凹模31和凹模套30固定在下模板21的上端面上，且下模板21通过第一螺栓22与凹模套30相连接；下模板21的端面上设有与凸模25正对的冲孔，顶杆33的顶端设置在凹模31中，顶杆33的底端穿过下模板21的冲孔；凸模25、凹模31和顶杆33组成型腔32；
所述的凸模25的长度为260mm，凸模25装在固定板26中的最大端直径为130mm，最小端直径为100mm，凸模25与凹模31配合的大端直径为80mm，长度为68mm，小端有1°脱模斜度；
所述的凹模31的长度为240mm，凹模31的大端直径为200mm，大端与小端成3°斜度，凹模31与凸模25接触的部分直径为80mm，与顶杆33接触的大端直径为76mm，小端直径为60mm；
所述的顶杆33的长度为270mm，与凹模31接触的大端直径为76mm，小端直径为60mm；
纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形方法具体是按以下步骤完成的：
一、预热：利用加热器23将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至125℃，然后再利用喷枪将含有石墨的水溶液润滑剂均匀地喷涂在型腔32的表面；再利用液压机将凸模25的底端伸入到凹模11内100mm；
步骤一中所述的含有石墨的水溶液中石墨的质量分数为15％；
步骤一中所述的加热器23的功率为8kW；
二、加热：利用加热器23将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至300℃，再在温度为300℃下保温28min～33min，得到加热后的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置；
三、加料：利用压力机将凸模25与凹模31分离至225mm，再将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料加入到型腔32中；
四、加压：利用压力机带动凸模25向下移动，与凹模31合模，再在压力为398MPa下保压时间为95s；此时温度一直保持在300℃；
五、取出、冷却：利用压力机将顶杆33的底端向上移动，使型腔32中的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒形件从压板24上的冲孔顶出，冷却至室温，得到纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件。
使用数码照相机对试验二步骤五得到的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件进行拍照，如图10所示，图10为试验二步骤五得到的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件是数码照片图；从图10可知利用超生辅助半固态搅拌方法制备的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料能够半固态流变成形出高表面质量的复合材料筒型件。

Claims (10)

1.纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置，其特征在于纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置包括超生震荡装置(1)、热电偶(2)、电阻炉(5)、盖板(6)、搅拌器(7)、电机(8)、框架(9)和坩埚(10)；
所述的坩埚(10)置于电阻炉(5)中；盖板(6)覆盖在电阻炉(5)的上端面上，盖板(6)的中间位置上设有冲孔，超生震荡装置(1)或搅拌器(7)通过盖板(6)上的冲孔，伸入到坩埚(10)内部；搅拌器(7)的上端与电机(8)相连接，电机(8)与框架(9)使用螺栓固定连接。
2.根据权利要求1所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置，其特征在于所述的坩埚(10)是由钼合金材料制造的，制造的方法是采用粉末冶金方法；坩埚(10)的外径为160mm，内径为140mm，高度为360mm，底部壁厚为20mm；电阻炉(5)的内胆材料为SiC陶瓷材料。
3.纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备方法，其特征在于纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备方法具体是按以下方法制备的：
一、制备液态7075铝合金：将电阻炉(5)升温至650℃，然后将7075铝合金挤压态坯料放入坩埚(10)内，再在温度为650℃下保温10min～16min，得到液态7075铝合金；
二、超声清洗：以乙醇为清洗剂，将纳米SiC颗粒在功率为100W下超声清洗2min～3min，再进行干燥，得到超声清洗后的纳米SiC颗粒；
三、混合、超声：将超声清洗后的纳米SiC颗粒加入到温度为650℃的液态7075铝合金中，得到纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液；再将超生震荡装置(1)置于纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液中，超声处理19min～22min；
步骤三中所述的纳米SiC颗粒的体积与纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液的体积比为(1.0～1.5):100；
四、搅拌、降温：将超生震荡装置(1)移开，再将搅拌器(7)置于到纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液中，开启电机(8)，边搅拌边降温，得到温度为618℃～621℃的纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液；
五、制备半固态浆料：利用搅拌器(7)对温度为618℃～621℃的纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液进行搅拌19min～21min，得到纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料；
步骤五所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料是由液态7075铝合金、纳米SiC颗粒和固相7075铝合金晶粒组成的。
4.根据权利要求3所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备方法，其特征在于步骤一中将电阻炉(5)升温至650℃，然后将7075铝合金挤压态坯料放入坩埚(10)内，再在温度为650℃下保温10min，得到液态7075合金；步骤三中将超生震荡装置(1)置于纳米SiC颗粒和7075合金的混合熔液中，超声处理20min；步骤三中所述的纳米SiC颗粒的体积与纳米SiC颗粒和7075铝合金的混合熔液的体积比为1.0:100；步骤五中利用搅拌器(7)对温度为618℃～621℃的纳米SiC颗粒和7075合金的混合熔液进行搅拌20min，得到纳米纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料。
5.纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置，其特征在于纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置包括下模板(21)、第一螺栓(22)、加热器(23)、压板(24)、凸模(25)、固定板(26)、上模板(27)、第二螺栓(28)、第三螺栓(29)、凹模套(30)、凹模(31)、型腔(32)和顶杆(33)；
所述的上模板(27)的下端面与固定板(26)的上端面固接，凸模(25)的上端装在固定板(26)内且与上模板(27)的下端面连接，固定板(26)通过第二螺栓(28)与上模板(27)固定连接；
所述的压板(24)设置在凹模(31)和凹模套(30)的上端面，压板(24)通过第三螺栓(29)与凹模套(30)相连接；压板(24)的端面上设有与凸模(25)正对的冲孔，凸模(25)的下端穿过压板(24)上的冲孔，且置于凹模(31)内部；凹模(31)装在凹模套(30)中；凹模套(30)设有加热器(23)，凹模(31)和凹模套(30)固定在下模板(21)的上端面上，且下模板(21)通过第一螺栓(22)与凹模套(30)相连接；下模板(21)的端面上设有与凸模(25)正对的冲孔，顶杆(33)的顶端设置在凹模(31)中，顶杆(33)的底端穿过下模板(21)的冲孔；凸模(25)、凹模(31)和顶杆(33)组成型腔(32)。
6.根据权利要求5所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置，其特征在于所述的凸模(25)的长度为260mm，凸模(25)装在固定板(26)中的最大端直径为130mm，最小端直径为100mm，凸模(25)与凹模(31)配合的大端直径为80mm，长度为68mm，小端有1°脱模斜度。
7.根据权利要求5所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置，其特征在于所述的凹模(31)的长度为240mm，凹模(31)的大端直径为200mm，大端与小端成3°斜度，凹模(31)与凸模(25)接触的部分直径为80mm，与顶杆(33)接触的大端直径为76mm，小端直径为60mm。
8.根据权利要求5所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置，其特征在于所述的顶杆(33)的长度为270mm，与凹模(31)接触的大端直径为76mm，小端直径为60mm。
9.纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形方法，其特征在于纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形方法具体是按以下步骤完成的：
一、预热：利用加热器(23)将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至115℃～135℃，然后再利用喷枪将含有石墨的水溶液润滑剂均匀地喷涂在型腔(32)的表面；再利用液压机将凸模(25)的底端伸入到凹模(11)内95mm～100mm；
步骤一中所述的含有石墨的水溶液中石墨的质量分数为10％～15％；
步骤一中所述的加热器(23)的功率为8kW～9kW；
二、加热：利用加热器(23)将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至295℃～305℃，再在温度为295℃～305℃下保温28min～33min，得到加热后的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置；
三、加料：利用压力机将凸模(25)与凹模(31)分离至200mm～250mm，再将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料加入到型腔(32)中；
四、加压：利用压力机带动凸模(25)向下移动，与凹模(31)合模，再在压力为390MPa～400MPa下保压时间为90s～100s；此时温度一直保持在295℃～305℃；
五、取出、冷却：利用压力机将顶杆(33)的底端向上移动，使型腔(32)中的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒形件从压板(24)上的冲孔顶出，冷却至室温，得到纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料筒型件。
10.根据权利要求9所述的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形方法，其特征在于步骤二中利用加热器(23)将纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置的温度加热至300℃，再在温度为300℃下保温28min～33min，得到加热后的纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成形装置；步骤四中利用压力机带动凸模(25)向下移动，与凹模(31)合模，再在压力为398MPa下保压时间为90s～100s；此时温度一直保持在300℃。
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