CN105483418B - 一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料制备工艺技术领域，更具体而言，涉及一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置及方法；该装置及方法使纳米级陶瓷颗粒与铝合金良好的复合，获得高强度、高塑性复合材料；首先将纯铝熔化后加入锌粒、镁粒、铜丝进行合金化，得到铝合金熔体，然后将铝合金熔体温度升高到950℃，然后打开鼓风机和电机控制器，往铝合金熔体中通入空气并同时通过旋转叶片进行搅拌，搅拌完成后，将铝合金熔体降温到720℃，用氯化锌进行精炼，最后浇铸成型，得到铝基复合材料；本发明主要应用在材料制备方面。

Description

一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置及方法
技术领域
本发明涉及材料制备工艺技术领域，更具体而言，涉及一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置及方法。
背景技术
随着颗粒增强铝基复合材料的发展，通过物理或化学方法将颗粒均匀地弥散在金属及其合金基体中，从而获得高性能金属基复合材料，得到人们广泛地关注。高性能铝基复合材料，由于具有高比强度、出色的韧性和抗疲劳能力，良好的耐热、耐磨、耐蚀性，因此在航空、航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景，已成为近年来材料及铝基复合材料交叉领域中的研究热点。随着研究成本的提高，人们对复合材料的制备工艺及颗粒增强相的预处理进行了大量研究，以获得高强度、高塑性、低成本的复合材料，所以制造低成本高性能的复合材料具有一定的理论意义和实际应用价值。
发明内容
本发明提供了一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置及方法，该装置及方法使陶瓷颗粒与铝合金良好的复合，获得高强度、高塑性复合材料。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种高温搅拌制备铝基复合材料的方法，首先将纯铝熔化后加入3.5wt.％-4.5wt.％的锌粒、2wt.％-3wt.％的镁粒、1wt.％-2wt％的铜丝进行合金化，得到铝合金熔体，然后将铝合金熔体温度升高到900℃-1000℃，通入空气并同时进行搅拌，搅拌完成后，将铝合金熔体降温到700℃-740℃，用氯化锌进行精炼，最后浇铸成型，得到铝基复合材料。
首先将纯铝熔化后加入4wt.％的锌粒、2.5wt.％的镁粒、1.5wt％的铜丝进行合金化，得到铝合金熔体，然后将铝合金熔体温度升高到950℃，通入空气并同时进行搅拌，搅拌完成后，将铝合金熔体降温到720℃，用氯化锌进行精炼，最后浇铸成型，得到铝基复合材料。
所述合金化的过程中熔炼温度不高于850℃，合金化的熔炼炉采用中频感应炉，熔炼过程采用Ar气保护，所述搅拌速度为350r/min-450r/min，搅拌时间为28min-32min，所述精炼时间为8min-12min。
所述搅拌速度为400r/min，搅拌时间为30min，所述精炼时间为10min。
一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置，包括工作台、鼓风机、电机、气管与导管连接装置、从动通气导管、坩埚和旋转叶片，所述鼓风机可拆卸地固定在工作台上，所述鼓风机联接有导气管，所述导气管通过气管与导管连接装置与从动通气导管连通，所述电机通过齿轮皮带带动从动通气导管转动，所述旋转叶片固定在从动通气导管的底部，所述旋转叶片位于坩埚内。
所述电机联接有主传动杆，主传动杆上设置有主动轮，所述从动通气导管上设置有从动轮，所述主动轮与从动轮通过齿轮皮带联接，所述电机通过电机支撑架固定装置固定在工作台上，所述电机与电机支撑架固定装置间通过电机支撑架固定联接，所述工作台上部通过角钢支撑架固定有支撑轴承，所述支撑轴承可支撑所述主传动杆和从动通气导管。
所述支撑轴承为推力球轴承。
所述工作台上设置有电机控制器，所述电机控制器与电机连接，所述电机通过联轴器与主传动杆联接。
所述电机支撑架固定装置通过支撑架固定在工作台上，所述电机支撑架固定装置可相对支撑架上下移动，所述坩埚置于坩埚平台上，所述坩埚平台可在竖直方向调整高度。
所述鼓风机上设置有压力表。
与现有技术相比本发明所具有的有益效果为：
本发明采用高温通气加搅拌的过程制备铝基陶瓷抗磨材料，在搅拌过程中，将空气连续微量喷至铝合金熔体底部，在气体上浮的过程中，通过搅拌器将气体打散，使气体与熔融的金属液接触，以此达到气体与熔融金属液的最大交融，使空气中的氧与金属液原位合成Al2O3，精炼后浇铸，得到铝基复合材料，该材料致密度高，晶粒细小，力学性能优异，是一种轻质高性能铝基复合材料，并且操作简单，可控性好，简化了铝基复合材料的制备工艺。
铝是比较活泼的金属，标准电位-1.66V，在空气中能自然形成一层厚度约为0.01-0.1微米的Al2O3膜，铝熔体在空气中加热后，也会在表面形成一层致密的氧化膜，这层氧化膜即为Al2O3，为使其不断生成Al2O3膜，就必须使铝熔体不断与空气接触，因此利用搅拌通气装置，促使原位生长为Al2O3颗粒获得提供了丰富来源，该思路在国内外文献中尚未有相关报道，本发明提供了依据，实现制备过程的低成本、低能耗和高效率，并同时实现低污染的制备工艺和制备高质量的复合材料，满足新材料制备的内在需求，解决目前采用的粉末冶金法、真空压力浸渗法等高成本制备工艺难题，实现该材料制备工艺的简单化和广泛应用，
附图说明
下面通过附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为合金化后的金相组织图；
图3为通入空气搅拌后的金相组织图。
图中：1为工作台、2为鼓风机、3为压力表、4为电机控制器、5为导气管、6为电机支撑架固定装置、7为电机支撑架、8为电机、9为气管与导管连接装置、10为联轴器、11为从动通气导管、12为齿轮皮带、13为从动轮、14为主动轮、15为支撑轴承、16为角钢支撑架、17为坩埚、18为旋转叶片、19为坩埚平台、20为主传动杆、21为支撑架。
具体实施方式
下面实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1-3所示，首先将纯铝熔化后加入4wt.％的锌粒、2.5wt.％的镁粒、1.5wt％的铜丝进行合金化，合金化的过程中熔炼温度不高于850℃，熔炼炉采用中频感应炉，熔炼过程采用Ar气保护，得到铝合金熔体，然后将铝合金熔体温度升高到950℃，然后打开鼓风机2和电机控制器4，往铝合金熔体中通入空气并同时通过旋转叶片18进行搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为30min，搅拌完成后，将铝合金熔体降温到720℃，用氯化锌进行精炼，精炼时间为10min，最后浇铸成型，得到铝基复合材料。
本发明采用高通气加搅拌的过程制备铝基陶瓷抗磨材料，在搅拌过程中，将空气连续微量注入至铝合金熔体底部，在气体上浮的过程中，通过旋转叶片18的搅拌将气体打散，使气体与熔融的金属液接触，以此达到气体与熔融金属液的最大交融，使空气中的氧与金属液原位合成Al2O3，打破以往只能从合金熔体表面得到铝基复合材料的限制，简化了铝基复合材料的制备工艺，Al-Zn-Mg-Cu合金熔体高温直接氧化合成Al/Al2O3陶瓷基复合材料具有工艺简单、组织结构奇特以及制备体系广泛等特点，其应用前景十分广阔。

Claims (8)

1.一种高温搅拌制备铝基复合材料的方法，其特征在于：首先将纯铝熔化后加入3.5wt.％-4.5wt.％的锌粒、2wt.％-3wt.％的镁粒、1wt.％-2wt％的铜丝进行合金化，得到铝合金熔体，然后将铝合金熔体温度升高到900℃-1000℃，通入空气并同时进行搅拌，搅拌完成后，将铝合金熔体降温到700℃-740℃，用氯化锌进行精炼，最后浇铸成型，得到铝基复合材料；
所述合金化的过程中熔炼温度不高于850℃，合金化的熔炼炉采用中频感应炉，熔炼过程采用Ar气保护，所述搅拌速度为350r/min-450r/min，搅拌时间为28min-32min，所述精炼时间为8min-12min。
2.根据权利要求1所述的一种高温搅拌制备铝基复合材料的方法，其特征在于：首先将纯铝熔化后加入4wt.％的锌粒、2.5wt.％的镁粒、1.5wt％的铜丝进行合金化，得到铝合金熔体，然后将铝合金熔体温度升高到950℃，通入空气并同时进行搅拌，搅拌完成后，将铝合金熔体降温到720℃，用氯化锌进行精炼，最后浇铸成型，得到铝基复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种高温搅拌制备铝基复合材料的方法，其特征在于：所述搅拌速度为400r/min，搅拌时间为30min，所述精炼时间为10min。
4.一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置，其特征在于：包括工作台(1)、鼓风机(2)、电机(8)、气管与导管连接装置(9)、从动通气导管(11)、坩埚(17)和旋转叶片(18)，所述鼓风机(2)可拆卸地固定在工作台(1)上，所述鼓风机(2)联接有导气管(5)，所述导气管(5)通过气管与导管连接装置(9)与从动通气导管(11)连通，所述电机(8)通过齿轮皮带(12)带动从动通气导管(11)转动，所述旋转叶片(18)固定在从动通气导管(11)的底部，所述旋转叶片(18)位于坩埚(17)内；
所述电机(8)联接有主传动杆(20)，主传动杆(20)上设置有主动轮(14)，所述从动通气导管(11)上设置有从动轮(13)，所述主动轮(14)与从动轮(13)通过齿轮皮带(12)联接，所述电机(8)通过电机支撑架固定装置(6)固定在工作台(1)上，所述电机(8)与电机支撑架固定装置(6)间通过电机支撑架(7)固定联接，所述工作台(1)上部通过角钢支撑架(16)固定有支撑轴承(15)，所述支撑轴承(15)可支撑所述主传动杆(22)和从动通气导管(11)。
5.根据权利要求4所述的一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置，其特征在于：所述支撑轴承(15)为推力球轴承。
6.根据权利要求4所述的一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置，其特征在于：所述工作台(1)上设置有电机控制器(4)，所述电机控制器(4)与电机(8)连接，所述电机(8)通过联轴器(10)与主传动杆(20)联接。
7.根据权利要求4所述的一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置，其特征在于：所述电机支撑架固定装置(6)通过支撑架(21)固定在工作台(1)上，所述电机支撑架固定装置(6)可相对支撑架(21)上下移动，所述坩埚(17)置于坩埚平台(19)上，所述坩埚平台(19)可在竖直方向调整高度。
8.根据权利要求4所述的一种高温搅拌制备铝基复合材料的装置，其特征在于：所述鼓风机(2)上设置有压力表(3)。
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