CN107971497B - 一种金属复合微粉连续挤出成型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，包括以下步骤：（1）选取设定粒径的金属粉体材料和添加剂粉体材料并将二者搅拌混料成复合粉体，在真空条件下将复合粉体送入一连续挤压机中；（2）旋转挤压轮使得复合粉体能够从挤压轮的沟槽中被挤出，挤压轮在旋转以及挤出复合粉体的过程中连续摩擦生热，复合粉体吸热后熔融成流动体并流入到靴座的导流混合模腔内，而后在挤压力的作用下将导流混合模腔内的流动体经挤出模具连续挤压成型。通过上述工艺制作的线材、型材或粒状物是制作高导电率和轻量化电线，电缆的核心材料及铝、铜/铝合金、耐磨合金或非晶态材料的增补剂。

Description

一种金属复合微粉连续挤出成型的方法

技术领域

本发明涉及一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，通过该方法制得的成型材料是制作高导电率和轻量化电线，电缆的核心材料及铝、铜/铝合金、耐磨合金或非晶态材料等产品的增补剂。

背景技术

连续挤压（英文简称CONFORM），连续挤压技术是挤压成型技术的一项较新的技术，以连续挤压技术为基础发展起来的连续挤压复合、连续铸挤技术为有色金属管、棒、型、线及其复合材料的生产提供了新的技术手段和发展空间。连续挤压采用连铸连轧的盘条作为原材料，供应方便，材料利用率高，一般可达95%，组织性能均匀性好。可实现产品的连续生产，无间隔时间，可生产超长制品，而利用连续挤压法长度一般可在数千米直到数万米之间，呈卷状交货，运输方便。

其中坯料既可用线材也可用颗粒状原料，甚至可以直接用液体原料。也能利用废屑不经重熔而直接再生成材。但随着纳米材料在复合材料中得到广泛使用，传统的连续挤压方法无法适用于微米，纳米尺寸的微粉作为坯料来使用，装备和工艺环境都无法满足，发展遇到技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属复合微粉连续挤出成型的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，所述的方法包括以下步骤：

（1）选取设定粒径的金属粉体材料和添加剂粉体材料并将二者搅拌混料成复合粉体，在真空条件下将所述的复合粉体送入一连续挤压机中；其中，所述的连续挤压机具有靴座和挤压轮，所述的靴座内固定设置有导流混合模腔，所述挤压轮的外周表面设置有沟槽，所述靴座的一端部覆盖围绕部分所述挤压轮上的沟槽以使得所述的沟槽与所述的导流混合模腔相连通，所述靴座的另一端部设置有挤出模具；

（2）在真空条件下，旋转所述的挤压轮使得所述的复合粉体能够从所述挤压轮的沟槽中被挤出，所述的挤压轮在旋转以及挤出所述复合粉体的过程中连续摩擦生热，所述的复合粉体吸热后熔融成流动体并流入到所述靴座的导流混合模腔内，而后在挤压力的作用下将所述导流混合模腔内的流动体经所述的挤出模具连续挤压成型。

上述技术方案中，优选地，所述的连续挤压机具有一螺旋进料仓；在上述步骤（1）中，首先将所述的金属粉体材料和纳米添加剂粉体材料在一粉料搅拌混合进料仓中搅拌混料，而后将所述的复合粉体通过一真空螺杆送料机送入到所述连续挤压机的螺旋进料仓中。

上述技术方案中，优选地，所述的连续挤压机具有一粉料仓和一真空过渡料仓，所述的真空螺杆送料机位于所述的真空过渡料仓与所述的螺旋金料仓之间；在将所述的金属粉体材料和添加剂粉体材料搅拌混料之前，首先将所述金属粉体材料和添加剂粉体材料送入所述的粉料仓内，而后由一真空加料系统将所述的金属粉体材料和添加剂粉体从所述的粉料仓输送至所述的真空过渡料仓中。

上述技术方案中，优选地，所述的金属粉体材料为铜粉、镍粉、银粉、铝粉、锌粉、锡粉中的一种或多种任意配比的组合物。

上述技术方案中，优选地，所述金属粉体材料的粒径为0.2μm～2.0mm。

上述技术方案中，优选地，所述纳米添加剂粉体材料在所述复合粉体中的质量百分含量为0.1%～10%。

上述技术方案中，优选地，所述的添加剂粉体选自铁、不锈钢、石墨烯、碳纳米管、合金材料、氮化铝、碳化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化硅、磁性粉体、稀土材料中的一种或多种。

上述技术方案中，优选地，所述添加剂粉体的粒径为1nm～100μm，

上述技术方案中，优选地，在上述步骤（1）和步骤（2）中，在真空条件下时的真空度为0.05MPa～0.09MPa。

上述技术方案中，优选地，在步骤（2）中，所述挤压轮的挤压温度为380～850℃。

与现有技术相比，本发明具有如下积极效果：本发明通过在真空条件下将复合粉体输送到一连续挤压机上，并在在真空条件下通过连续挤压机上的挤压轮在旋转和挤出复合粉体过程中产生的热量使得复合粉体熔融成流动体，由于送料和挤压过程中均在真空条件下完成，其确保挤压过程中气体不残留在材料中, 而后依靠挤出模具挤出，去挤出的成型材料可以以任意物理形态应用到铜线、铝线、铜箔、铝箔、合金及热镀锌板的制造中，并且该方法为连续挤压成型技术发展和复合材料制作方法打开了一扇新的大门，突破了传统的技术屏障。

附图说明

图1为本发明提供的一种金属复合微粉连续挤出成型的工艺结构示图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细、完整地说明。

本实施例以金属铝粉为基材与石墨烯纳米材料为添加剂经混料/真空输送/连续挤压成型制作一种铝基石墨烯复材料。

该制作过程需要连续挤压设备。如图1所示，该连续挤压设备包括粉料仓1、真空抽吸系统2、真空过渡料仓3、粉料搅拌混合进料仓4、真空螺杆送料机5、粉料螺旋进料仓6、挤压轮7、靴座8、导流混合模腔9、挤出模具10、挤出型材11。导流混合模腔9位于靴座8内，挤压轮7的外周表面设置有沟槽（图中未示出），靴座8的一端部覆盖围绕部分挤压轮7上的沟槽以使得沟槽7与导流混合模腔9相连通，挤出模具10设置在靴座8的另一端部。真空抽吸系统2由于将粉料仓1内的粉料输送到真空过渡料仓3中，粉料搅拌混合进料仓4位于真空过渡料仓3的下方并且用于将从真空过渡料仓3落下的粉料搅拌混合均匀，螺杆送料机5设置在粉料搅拌混合进料仓4与粉料螺旋进料仓6之间并用于将粉料搅拌混合进料仓4内的复合粉体送入粉料螺旋进料仓6内，挤压轮7位于粉料螺旋进料仓6下部并与粉料螺旋进料仓6相接，从粉料螺旋进料仓6落下的粉料将会落入到挤压轮7外周表面上沟槽（图中未示出）内。

复合粉体连续挤出成型的制作过程具体如下：

选用含石墨烯铝粉作为金属复合粉体基材，加入到粉料仓1中，启动真空抽吸系统2将粉料仓1内的料输送到真空过渡料仓3，启动粉料搅拌混合进料仓4，真空过渡料仓3中的料连续输送至粉料搅拌混合进料仓4中，粉料搅拌混合进料仓4内启动粉体搅拌混料并连续将搅拌后的复合粉体输送到真空螺杆送料机5中，并由真空螺杆送料机5将金属复合粉体送入到粉料螺旋进料仓6中，粉料螺旋进料仓6内的粉料连续落入到挤压轮7的表面沟槽中，旋转挤压轮7，粉料将被送至固定在靴座8上的导流混合模腔9中，由于挤压轮7的旋转以及挤压粉料的作用使得挤压轮7处连续磨擦生热从而使粉体熔融成流动体，因此，从沟槽被挤出的粉体将以流动体的形态沿导流混合模腔9的导流槽进入到导流混合模腔9内；最终，在挤压力的作用下导流混合模腔9内的金属流动体将通过成型模10连续挤压成型制得一定长度和截面形状尺寸的线棒材11。

上述制作过程中，石墨烯铝粉的具体配制如下：称取1000克粒径为7μm的铝粉, 2克粒径为1nm的纳米石墨烯均匀混合并置于干燥环境下保存。

上述石墨烯铝粉的配制方法也同样适用于其他金属复合微粉的配制，如金属粉体是铜、镍、银、铝、锌、锡中的一种或多种材料组成。

上述制作过程中的添加剂粉体除了选用石墨烯外，还可以是铁、不锈钢、碳纳米管、合金材料、氮化铝、碳化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化硅、磁性粉体、稀土材料中的一种或多种不同特性的纳米材料，这些添加剂存在于金属粉体中，可以改善由此制作的金属制品的特性。其中，添加剂粉体在复合粉体中的质量百分含量优选从0.1%～10%。

为了使得上述挤出轮旋转摩擦生热的热量足够熔融这些复合粉体，粉体中金属粉体的粒径优选为0.2μm至2.0mm，添加剂粉体的粒径优选为1nm～100μm。

上述工艺流程中，将含石墨烯铝粉作为金属粉体基材, 经真空粉体输送系统将金属基材引入到真空粉体连续挤压成形机中进行连续挤压制成直径6mm的铝基石墨烯棒11,其中在粉体连续挤压成形过程中各阶段（包括进料和挤压过程）的真空度均需保持在0.05MPa～0.09MPa之间以防止有外来气体夹杂在粉体中而被残留在材料中。连续挤压成型工艺: 挤压轮的直径选用300mm、转速为22.5m/rpm、挤压温度控制在420～480度之间。在其他实施例中，也可选用设有直径为350mm或400mm或500mm或650mm挤压轮的连续挤压设备来制作铝基石墨烯线棒材。

同样上述的制作方法，可制成铜基石墨烯线棒材，这种挤出成型材料可用于各种储能电池用高导电低阻铜电极基材。

上述石墨烯铝基还可选用含纳米钛的铝石墨烯超轻高强度合金待替代或者选用含纳米陶瓷的耐磨石墨烯铝基材来替代，其可以作为制作耐高温或屏蔽用材料。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：

（1）选取设定粒径的金属粉体材料和添加剂粉体材料并将二者搅拌混料成复合粉体，在真空条件下将所述的复合粉体送入一连续挤压机中；其中，所述的添加剂粉体选自铁、不锈钢、石墨烯、碳纳米管、合金材料、氮化铝、碳化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化硅、磁性粉体、稀土材料中的一种或多种；所述的连续挤压机具有靴座和挤压轮，所述的靴座内固定设置有导流混合模腔，所述挤压轮的外周表面设置有沟槽，所述靴座的一端部覆盖围绕部分所述挤压轮上的沟槽以使得所述的沟槽与所述的导流混合模腔相连通，所述靴座的另一端部设置有挤出模具；

（2）在真空条件下，旋转所述的挤压轮使得所述的复合粉体能够从所述挤压轮的沟槽中被挤出，所述的挤压轮在旋转以及挤出所述复合粉体的过程中连续摩擦生热，所述复合粉体吸热后熔融成流动体并流入到所述靴座的导流混合模腔内，而后在挤压力的作用下将所述导流混合模腔内的流动体经所述的挤出模具连续挤压成型。

2.根据权利要求1所述的一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：所述的连续挤压机具有一螺旋进料仓；在上述步骤（1）中，首先将所述的金属粉体材料和纳米添加剂粉体材料在一粉料搅拌混合进料仓中搅拌混料，而后将所述的复合粉体通过一真空螺杆送料机送入到所述连续挤压机的螺旋进料仓中。

3.根据权利要求2所述的一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：所述的连续挤压机具有一粉料仓和一真空过渡料仓，所述的真空螺杆送料机位于所述的真空过渡料仓与所述的螺旋金料仓之间；在将所述的金属粉体材料和添加剂粉体材料搅拌混料之前，首先将所述金属粉体材料和添加剂粉体材料送入所述的粉料仓内，而后由一真空加料系统将所述的金属粉体材料和添加剂粉体从所述的粉料仓输送至所述的真空过渡料仓中。

4.根据权利要求1所述的一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：所述的金属粉体材料为铜粉、镍粉、银粉、铝粉、锌粉、锡粉中的一种或多种任意配比的组合物。

5.根据权利要求1或4所述的一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：所述金属粉体材料的粒径为0.2μm～2.0mm。

6.根据权利要求1所述的一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：所述纳米添加剂粉体材料在所述复合粉体中的质量百分含量为0.1%～10%。

7.根据权利要求1所述的一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：所述添加剂粉体的粒径为1nm～100μm。

8.根据权利要求1所述的一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：在上述步骤（1）和步骤（2）中，在真空条件下时的真空度为0.05MPa～0.09MPa。

9.根据权利要求1所述的一种金属复合微粉连续挤出成型的方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述挤压轮的挤压温度为380～850℃。