CN105063406B - 一种半固态制备金属基陶瓷复合材料装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，其包括保温装置、电动机、颗粒加热装置、浇注装置、热电偶、套筒Ⅰ、冷却盘管；保温装置固定在套筒Ⅰ上并通过内衬陶瓷管道与浇注装置连通，颗粒加热装置固定在套筒Ⅰ上并与浇注装置连通，浇注装置设置在套筒Ⅰ内，冷却盘管的进水口和出水口设置在套筒Ⅰ上，冷却盘管设置在浇注装置内，热电偶设置在保温装置中；本装置结构简单，通过整套装置完成了金属基陶瓷复合材料生产过程中，陶瓷颗粒的预热及填充，金属浇注等一系列生产过程，不但节约生产成本，而且在生产效率及产品质量上有很较大的提升。

Description

一种半固态制备金属基陶瓷复合材料装置

技术领域

本发明涉及一种半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，属于金属基复合材料领域。

背景技术

随着科技日新月异的发展，工业化进程的不断推进，在水泥、矿山、冶金等各种行业中，材料的磨损越来越严重，而传统的钢铁耐磨材料已经无法满足设备的需求。为了解决现实所面临的问题，一种新型的陶瓷颗粒增强金属基复合材料随之产生。陶瓷金属基复合材料兼具陶瓷颗粒高模量、高比强度、高耐磨性和高热稳定性的特点，以及金属材料良好的韧性、抗冲击能力。然而目前国内仍然无法很好的掌握金属基陶瓷复合材料，其主要面临的问题是无法很好解决金属与陶瓷颗粒间的结合问题，特别是工艺方法不对，产生的效果是非常不理想。

中国发明专利CN103862005A公开了一种制备金属基复合材料或者半固态浆料的装置及使用方法。主要包括容器端盖、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。其工作原理是将原料金属置于熔炼容器中，在加热部件的作用下进行熔化，并保温至金属材料完全融化，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，将增强材料放入容器中，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，所得物质即为金属基复合材料。其主要问题是对于整个装有金属液体的熔炼装置进行旋转不仅对设备要求很高，具有一定危险性，而且一次性熔炼量受限制；更为主要问题是此设备虽然可以制备钛基、镁基等复合材料，却在金属基陶瓷复合材料制备中，受到很大应用制约，不能应用金属基陶瓷复合材料的制备。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，该装置包括保温装置27、电动机7、颗粒加热装置26、浇注装置、热电偶1、套筒Ⅰ14、冷却盘管25；保温装置27固定在套筒Ⅰ14上并通过内衬陶瓷管道20与浇注装置连通，颗粒加热装置26固定在套筒Ⅰ14上并与浇注装置连通，浇注装置设置在套筒Ⅰ14内，冷却盘管25的进水口15和出水口16设置在套筒Ⅰ14上，冷却盘管25设置在浇注装置内，热电偶1设置在保温装置中；所述保温装置27包括内筒Ⅰ2、冷却元件3、加热元件Ⅰ4、电磁搅拌器5、套筒Ⅱ6、绝热板23，冷却元件3、绝热板23、加热元件Ⅰ4设置在内筒Ⅰ2和套筒Ⅱ6之间，冷却元件3和加热元件Ⅰ4由上向下间隔环绕在内筒Ⅰ2上，冷却元件3和加热元件Ⅰ4之间设置有绝热板23，2个以上的电磁搅拌器5均匀设置在套筒Ⅱ6内，电磁搅拌器5由金属芯28和导线29组成，导线29缠绕在金属芯28上；所述颗粒加热装置包括内筒Ⅱ8、加热元件Ⅱ9、套筒III22，加热元件Ⅱ9设置在内筒Ⅱ8和套筒III22之间；所述浇注装置包括刮板10、筛网11、模具12、套筒IV13、多孔耐热陶瓷板18、回收槽19、转动轴24，刮板10固定在转动轴24上，转动轴24与电动机7连接，筛网11固定在套筒IV13内并位于刮板10下方，多孔耐热陶瓷板18固定在套筒IV13内并位于筛网11下方，模具12放置在多孔耐热陶瓷板18上，内衬陶瓷管道20的出口设置在模具12上方，回收槽19安装在套筒IV13下方，冷却盘管25紧贴在多孔耐热陶瓷板18下方，套筒IV13下部开有散热排气孔17。

其中所述冷却元件3为金属水管，可以根据生产实际情况进行通水降温作业。

所述加热元件Ⅰ4和加热元件Ⅱ9均为高电阻螺旋电阻丝。

所述绝热板23为绝热陶瓷板。

所述刮板10上带有孔，孔径的大小根据颗粒的粒径进行选择，允许大部分颗粒通过。

所述内衬陶瓷管道20上设置有阀门21。

金属液流经内衬陶瓷管道相当于倾斜冷却斜板作用，细化组织。

本发明装置使用时，通过如下步骤：

1、向颗粒加热装置26中加入计算好的陶瓷颗粒，对其进行预热处理，使其温度达到所需温度；

2、在内筒Ⅰ2表面涂层涂料，启动加热元件Ⅰ4对内筒Ⅰ2进行预热，将熔化好的金属液高于金属液相线温度100度左右出炉，倒入涂有涂料的内筒Ⅰ2中，待温度慢慢降低，当温度太低可以通过加热元件Ⅰ4进行加热，温度太高可以通过冷却元件3进行冷却，温度可由热电偶1测出的数据来确定，使金属溶液在理想温度范围内，然后启动电磁搅拌器5，不断细化金属组织；

3、根据产品，将所需模具12放到多孔耐热陶瓷板18上，启动可变速的电动机7，打开颗粒加热装置26开关，电动机7启动带动转动轴24旋转，同时带动刮板10做旋转运动，刮板10不断推刮颗粒，使颗粒下落过程中能均匀分布在筛网11上，颗粒通过筛网11上均匀的孔洞填充到模具12的型腔中；多余的颗粒可通过多孔耐热陶瓷板18掉入下面的回收槽19中；

4、同时打开内衬陶瓷管道20上的阀门21，金属液沿着内衬陶瓷管道20浇注到模具12的型腔中，实现边浇注边加入颗粒，而不至于使颗粒由于金属液冲击汇聚在一个区域，浇注完后通过冷却盘管25对模具12进行冷却，模具12热量也可通过散热排气孔17进行散热。

5、待温度降到一定温度时，便可以取出模具进行拆模。

本发明的突出特点及显著效果：

1、本发明通过保温装置27可以获得非枝晶半固态微观组织，在浇注成型后，可以使金属陶瓷复合材料的金属基体韧性提高，且其他各方面组织性能也有很大的提升；

2、本发明通过颗粒加热装置26将要用于复合的陶瓷颗粒进行预热处理，是其在浇注过程中，不因为颗粒温度过低，导致金属液体与陶瓷接触时，产生激冷现象，使两种材料达不到复合要求等问题；

3、本发明不仅可以满足各种形状模具型腔的陶瓷颗粒的填充及金属陶瓷的复合，解决了传统生产复合材料周期长，生产过程复杂的问题，提高了生产效率，而且回收槽19提高了颗粒的回收利用效率，节约成本。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明中保温装置结构示意图；

图3是本发明中电磁搅拌器结构示意图；

图4是本发明中冷却盘管的布置结构示意图；

图5是本发明中颗粒加热装置的结构示意图；

图中：1-热电偶；2-内筒Ⅰ；3-冷却元件；4-加热元件Ⅰ；5-电磁搅拌器；6-套筒Ⅱ；7-电动机；8-内筒Ⅱ；9-加热元件Ⅱ；10-刮板；11-筛网；12-模具；13-套筒IV；14-套筒Ⅰ；15-进水口；16-出水口；17-散热排气孔；18-多孔耐热陶瓷板；19-回收槽；20-内衬陶瓷管道；21-阀门；22-套筒III；23-绝热板；24-转动轴；25-冷却盘管；26-颗粒加热装置，27-保温装置；28-金属芯；29-导线。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

实施例1：本半固态制备金属基陶瓷复合材料装置包括保温装置27、电动机7、颗粒加热装置26、浇注装置、热电偶1、套筒Ⅰ14、不锈钢的冷却盘管25；保温装置27固定在套筒Ⅰ14上并通过内衬陶瓷管道20与浇注装置连通，颗粒加热装置26固定在套筒Ⅰ14上并与浇注装置连通，浇注装置设置在套筒Ⅰ14内，冷却盘管25的进水口15和出水口16设置在套筒Ⅰ14上，冷却盘管25设置在浇注装置内，热电偶1设置在保温装置中；所述保温装置27包括内筒Ⅰ2、冷却元件3、加热元件Ⅰ4、电磁搅拌器5、套筒Ⅱ6、绝热板23，冷却元件3、绝热板23、加热元件Ⅰ4设置在内筒Ⅰ2和套筒Ⅱ6之间，冷却元件3和加热元件Ⅰ4由上向下间隔环绕在内筒Ⅰ2上，冷却元件3和加热元件Ⅰ4之间设置有绝热板23，4个电磁搅拌器5均匀设置在套筒Ⅱ6内，电磁搅拌器5由铁芯28和铜线29组成，铜线29缠绕在铁芯28上；所述颗粒加热装置包括内筒Ⅱ8、加热元件Ⅱ9、套筒III22，加热元件Ⅱ9设置在内筒Ⅱ8和套筒III22之间；所述浇注装置包括刮板10、筛网11、模具12、套筒IV13、多孔耐热陶瓷板18、回收槽19、转动轴24，刮板10固定在转动轴24上，转动轴24与电动机7连接，筛网11固定在套筒IV13内并位于刮板10下方，筛网的目数为25目，多孔耐热陶瓷板18固定在套筒IV13内并位于筛网11下方，模具12放置在多孔耐热陶瓷板18上，内衬陶瓷管道20的出口设置在模具12上方，回收槽19安装在套筒IV13下方，冷却盘管25紧贴在多孔耐热陶瓷板18下方，套筒IV13下部开有散热排气孔17；其中所述冷却元件3为不锈钢水管；加热元件Ⅰ4和加热元件Ⅱ9均为高电阻螺旋电阻丝；绝热板23为绝热陶瓷板；所述刮板10上带有孔，要求每个颗粒都能从刮板孔通过；所述内衬陶瓷管道20上设置有阀门21（见图1、2、3、4、5）。

锆刚玉陶瓷颗粒/高铬铸铁基陶瓷复合材料耐磨衬板制备的具体步骤：

1、向颗粒加热装置26中加入计算好的陶瓷颗粒，对其进行预热处理，使其温度达到300~400度；

2、在内筒Ⅰ2表面涂层涂料，启动加热元件Ⅰ4对内筒Ⅰ2进行预热，预热温度大概在300度左右，将熔化好的高铬铸铁金属液在1520度左右出炉，倒入涂有涂料的内筒Ⅰ2中，待温度慢慢降低，当温度太低接近1400度时，可以通过加热元件Ⅰ4进行加热，温度太高超过1550度，可以通过冷却元件3进行冷却，温度可由热电偶1测出的数据来确定，使高铬铸铁金属溶液在理想温度范围内，然后启动电磁搅拌器5，不断细化金属组织；

3、将模具12（球磨机衬板模具型腔）放到多孔耐热陶瓷板18上，启动可变速电动机7，打开颗粒加热装置26开关，电动机7启动带动转动轴24旋转，使其转速在100r/min左右，同时带动多孔的刮板10做旋转运动，刮板10不断推刮颗粒，使颗粒下落过程中能均匀分布在筛网11上，颗粒通过筛网11上均匀的孔洞填充到模具12的型腔中；多余的颗粒可通过多孔耐热陶瓷板18掉入下面的回收槽19中；

4、同时打开内衬陶瓷管道20上的阀门21，高铬铸铁金属液沿着内衬陶瓷管道20浇注到模具12的型腔中，实现边浇注边加入颗粒，而不至于使颗粒由于金属液冲击汇聚在一个区域，浇注完后通过冷却盘管25对模具12进行冷却，模具12热量也可通过散热排气孔17进行散热；

5、待温度降到400度左右，取出模具，当模具温度在50度左右可以进行拆模。

所制备出的锆刚玉陶瓷颗粒/高铬铸铁基陶瓷复合材料耐磨衬板可用于各种磨辊的磨盘上。

实施例2：本实施例结构同实施例1；不同在于所述冷却元件3为铜软管，3个的电磁搅拌器5均匀设置在套筒Ⅱ6内，电磁搅拌器5由钢片28和铜线29组成；筛网的目数为12目。

锆刚玉陶瓷颗粒/高锰钢基陶瓷复合材料板锤制备的具体步骤：

1、向颗粒加热装置26中加入计算好的陶瓷颗粒，对其进行预热处理，使其温度达到300~400度；

2、在内筒Ⅰ2表面涂层涂料，启动加热元件Ⅰ4对内筒Ⅰ2进行预热，预热温度大概在300度左右，将熔化好的高锰钢金属液在1400度左右出炉，倒入涂有涂料的内筒Ⅰ2中，待温度慢慢降低，当温度太低接近1350度时，可以通过加热元件Ⅰ4进行加热，温度太高超过1450度，可以通过冷却元件3进行冷却，温度可由热电偶1测出的数据来确定，使高锰钢金属溶液在理想温度范围内，然后启动电磁搅拌器5，不断细化金属组织；

3、将模具12（鄂式破碎机板锤模具型腔）放到多孔耐热陶瓷板18上，启动可变速电动机7，打开颗粒加热装置26，电动机7启动带动转动轴24旋转，使其转速在100r/min左右，同时带动多孔的刮板10做旋转运动，刮板10不断推刮颗粒，使颗粒下落过程中能均匀分布在筛网11上，颗粒通过筛网11上均匀的孔洞填充到模具12型腔中；多余的颗粒可通过多孔耐热陶瓷板18掉入下面的回收槽19中；

4、同时打开内衬陶瓷管道20上的阀门开关21，高铬铸铁金属液沿着内衬陶瓷管道20浇注模具12型腔，实现边浇注边加入颗粒，而不至于使颗粒由于金属液冲击汇聚在一个区域，浇注完后通过冷却盘管25对模具12进行冷却，模具12热量也可通过散热排气孔17进行散热；

5、待温度降到300度左右，取出模具，当模具温度在50度左右可以进行拆模。

所制备出的锆刚玉陶瓷颗粒/钢基陶瓷复合材料板锤可用与板锤破碎机上。

Claims (6)

1.一种半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，其特征在于：包括保温装置（27）、电动机（7）、颗粒加热装置（26）、浇注装置、热电偶（1）、套筒Ⅰ（14）、冷却盘管（25）；保温装置（27）固定在套筒Ⅰ（14）上并通过内衬陶瓷管道（20）与浇注装置连通，颗粒加热装置（26）固定在套筒Ⅰ（14）上并与浇注装置连通，浇注装置设置在套筒Ⅰ（14）内，冷却盘管（25）的进水口（15）和出水口（16）设置在套筒Ⅰ（14）上，冷却盘管（25）设置在浇注装置内，热电偶（1）设置在保温装置中；所述保温装置（27）包括内筒Ⅰ（2）、冷却元件（3）、加热元件Ⅰ（4）、电磁搅拌器（5）、套筒Ⅱ（6）、绝热板（23），冷却元件（3）、绝热板（23）、加热元件Ⅰ（4）设置在内筒Ⅰ（2）和套筒Ⅱ（6）之间，冷却元件（3）和加热元件Ⅰ（4）由上向下间隔环绕在内筒Ⅰ（2）上，冷却元件（3）和加热元件Ⅰ（4）之间设置有绝热板（23），2个以上的电磁搅拌器（5）均匀设置在套筒Ⅱ（6）内，电磁搅拌器（5）由金属芯（28）和导线（29）组成，导线（29）缠绕在金属芯（28）上；所述颗粒加热装置包括内筒Ⅱ（8）、加热元件Ⅱ（9）、套筒III（22），加热元件Ⅱ（9）设置在内筒Ⅱ（8）和套筒III（22）之间；所述浇注装置包括刮板（10）、筛网（11）、模具（12）、套筒IV（13）、多孔耐热陶瓷板（18）、回收槽（19）、转动轴（24），刮板（10）固定在转动轴（24）上，转动轴（24）与电动机（7）连接，筛网（11）固定在套筒IV（13）内并位于刮板（10）下方，多孔耐热陶瓷板（18）固定在套筒IV（13）内并位于筛网（11）下方，模具（12）放置在多孔耐热陶瓷板（18）上，内衬陶瓷管道（20）的出口设置在模具（12）上方，回收槽（19）安装在套筒IV（13）下方，冷却盘管（25）紧贴在多孔耐热陶瓷板（18）下方，套筒IV（13）下部开有散热排气孔（17）。

2.根据权利要求1所述的半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，其特征在于：冷却元件（3）为金属水管。

3.根据权利要求1所述的半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，其特征在于：加热元件Ⅰ（4）和加热元件Ⅱ（9）均为高电阻螺旋电阻丝。

4.根据权利要求1或2所述的半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，其特征在于：绝热板（23）为绝热陶瓷板。

5.根据权利要求3所述的半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，其特征在于：所述刮板（10）上带有孔。

6.根据权利要求1所述半固态制备金属基陶瓷复合材料装置，其特征在于：内衬陶瓷管道（20）上设置有阀门（21）。