CN109718682A - 一种用于制备镁基复合材料的搅拌装置及容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制备镁基复合材料的搅拌装置及容器，包括搅拌轴和固定在搅拌轴底端的多个镰刀型桨叶；所述镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置。本发明涉及了多个镰刀型桨叶组合的分体式桨叶，同时具有镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置这一特定结构的柔性搅拌装置。本发明提供的搅拌装置具有搅拌效果好，搅拌过程中可充分接触整个熔体，避免熔体底部形成环状“死区”而降低搅拌效果；搅拌桨易于清理，带出的熔体较少，且采用分体式设计，可充分清理每个桨叶上附着的镁熔体。本发明提供的用于制备镁基复合材料的搅拌装置，制作工艺简单，可大批量生产，适于工业化推广，有望大规模应用于镁基复合材料制备领域。

Description

一种用于制备镁基复合材料的搅拌装置及容器

技术领域

本发明涉及镁基复合材料制备技术领域，涉及一种用于制备镁基复合材料搅拌装置及容器，尤其涉及一种搅拌铸造法制备镁基复合材料的搅拌装置及容器。

背景技术

搅拌作为工业最常用的混合方式，是通过搅拌器发生某种循环，使得溶液中的气体、液体甚至悬浮的颗粒混合均匀，而为了达到这一目的，需要通过强制对流、均匀混合的器件来实现，即搅拌装置，而搅拌装置的结构与被搅拌物料的物态、体积、密度、粘度、混合要求或反应机理等等有着密切的关系。

镁合金是目前可实际应用的最轻的金属结构材料，在结构材料减重方面意义重大。但是，镁合金又存在着显著的性能短板，如弹性模量较低、力学性能较低等，限制了其在某些领域内的应用。向镁合金中加入增强体，制备成镁基复合材料，可显著提高镁合金的弹性模量和力学性能，是一种强化效果很好的手段。目前，制备金属基复合材料的方法主要是以下几种：(1)液态金属浸渗法；(2)搅拌铸造法；(3)流变铸造法；(4)粉末冶金法；(5)喷射法；(6)片层冶金法等。

其中，搅拌铸造法是将基体加入到高温炉中融化，在常态、保护气体或真空环境下将颗粒直接加入熔体中，通过搅拌桨的搅拌作用使添加在基体熔液中的增强体材料均匀的分散在金属熔体中并与处于熔融状态的基体合金复合，然后浇注成铸件或锭坯等。搅拌铸造法不仅工艺简单、生产效率高、成本低，而且由于可有效控制增强体的体积分数，增强体分布均匀，增强体与基体的界面结合力好，复合材料尺寸受模具限制小，制备的金属基复合材料可进行后续的热变形加工等一系列优点，吸引了研究者的目光，目前正逐渐成为人们制备金属基复合材料的研究热点和主流方法。

然而，搅拌铸造法也存在着几方面的限制因素，其中主要的一个方面就是增强体与金属熔体直接的润湿性一般比较差，不能很轻易的进入到处于熔融状态的基体合金中。因而，尽可能的提高均匀搅拌的效果，是保证搅拌铸造效果的基础条件之一，但是要想获得增强体分布均匀的金属基复合材料，搅拌桨的设计是极其重要的。然而目前行业内较普遍应用的搅拌桨主要是叶片式的刚性搅拌桨，搅拌效果不是特别理想。

因此，如何设计一种更为适宜的搅拌装置，用于镁基复合材料的制备，解决现有叶片式刚性搅拌桨存在的缺陷，已成为业内诸多研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于制备镁基复合材料搅拌装置及容器，特别是一种搅拌铸造法制备镁基复合材料的搅拌装置。本发明提供的搅拌装置，能够充分接触整个熔体，大大提升了均匀搅拌的效果，而且易于清理，更换成本低，制作工艺简单，可大批量生产，有望大规模应用于镁基复合材料制备领域。

本发明提供了一种用于制备镁基复合材料的搅拌装置，包括搅拌轴和固定在搅拌轴底端的多个镰刀型桨叶；

所述镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置。

优选的，所述桨叶尖端的宽度为所述桨叶根部的宽度30％～70％；

所述桨叶根部的宽度与所述桨叶的厚度的比值为(3～5)：1。

优选的，所述多个的个数为2～8个；

所述镰刀型桨叶的一端为桨叶尖端，另一端为桨叶根部，所述桨叶根部与所述搅拌轴底端相连接。

优选的，以所述桨叶根部为起点，所述镰刀型桨叶的初始段为弧形，后续段为直线形；

所述初始段长度占所述镰刀型桨叶总长度的30％～50％；

所述弧在所述桨叶根部与搅拌轴底端连接处的曲率为0.8～2；

所述后续段的长度方向与所述搅拌轴的长度方向的夹角为0°～45°。

优选的，所述镰刀型桨叶的总长度为15～40cm；

所述镰刀型桨叶具有J型曲线的形貌；

所述多个镰刀型桨叶之间，除桨叶根部以外，其余位置相互不连接；

所述镰刀型桨叶的初始段的上边缘和/或下边缘呈锯齿状；

所述镰刀型桨叶的后续段的上边缘和/或下边缘呈锯齿状。

优选的，所述初始段的上边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为(0.01～0.5)：1；

所述初始段的下边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为(0.01～0.5)：1；

所述后续段的上边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为(0.01～0.5)：1；

所述后续段的下边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为(0.01～0.5)：1。

优选的，所述多个镰刀型桨叶中，每个镰刀型桨叶均对应有独立搅拌轴，多个独立搅拌轴组合后形成所述搅拌装置的搅拌轴。

优选的，所述搅拌装置的搅拌轴的横截面包括圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、菱形和梯形中的一种或多种；

所述搅拌装置的搅拌轴的长度与所述镰刀型桨叶的长度的比值为(0.8～2)：1。

本发明还提供了一种容器，包括上述技术方案任意一项所述的搅拌装置；

所述容器包括釜、罐、桶、箱或锅。

优选的，所述搅拌装置的搅拌速度为300～1000r/min；

所述镰刀型桨叶的轴向高度为容器内熔体高度的50％～90％。

本发明提供了一种用于制备镁基复合材料的搅拌装置，包括搅拌轴和固定在搅拌轴底端的多个镰刀型桨叶；所述镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置。与现有技术相比，本发明针对现有的搅拌铸造法制备镁基复合材料，较普遍应用的搅拌桨主要是叶片式的刚性搅拌桨，存在搅拌效果不是特别理想的问题。本发明研究发现，这种刚性搅拌桨在流场中易形成混沌混合区与混合隔离区，且混沌混合区与混合隔离区之间存在着较为稳定的流场结构界面，流场结构之间没有充分混合，导致搅拌反应器内的流体混合效率较低。

本发明基于此，特别采用了柔性桨，利用其在流体中可产生明显不同于刚性桨的涡流结构，可破坏流场中混合隔离区内外的结构界面，强化流体混沌混合行为，提高流体混合效果，更创造性的设计了多个镰刀型桨叶组合的分体式桨叶，同时具有镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置这一特定结构的柔性搅拌装置。本发明提供的搅拌装置，在搅拌铸造法制备镁基复合材料时，具有搅拌效果好，搅拌过程中，搅拌桨可充分接触整个熔体，避免熔体底部形成环状“死区”而降低搅拌效果；搅拌桨易于清理，相比于原搅拌桨，本发明搅拌桨在搅拌结束后退出熔体表面时，带出的熔体较少，且采用分体式设计，可充分清理每个桨叶上附着的镁熔体；而且生产成本较低，原搅拌桨，如发生破损则整个搅拌桨报废，本发明提供搅拌桨采用分体式设计，如出现破损，可单独更换破损桨片，相比之下，具有更好的经济性。本发明提供的用于制备镁基复合材料的搅拌装置，设计思路新颖，制作工艺简单，可大批量生产，适于工业化推广，有望大规模应用于镁基复合材料制备领域。

实验结果表明，利用本发明所述搅拌桨制备镁基复合材料，具有更高的搅拌效率，更有效的使熔体中的增强体分散，减少增强体团聚，同时减少搅拌时间，降低了复合材料中的空隙率和氧化夹渣；另外由于减少了搅拌“死区”的范围，防止了铸造过程中“死区”内团聚增强体的混入，可显著提高增强体在熔体内的均匀性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于制备镁基复合材料的搅拌装置的结构示意简图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明所用材料和反应原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所用材料，对其规格没有特别限制，采用本领域的常规规格即可，本发明优选为符合金属制造行业的相关要求或镁基合金行业的相关要求。

本发明提供了一种用于制备镁基复合材料的搅拌装置，包括搅拌轴和固定在搅拌轴底端的多个镰刀型桨叶；

所述镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置。

本发明对所述制备镁基复合材料的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的镁基复合材料的制备过程即可，本领域技术人员可以根据生产情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明所述制备镁基复合材料优选为搅拌铸造法制备镁基复合材料。本发明对所述搅拌轴的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于搅拌装置的搅拌轴即可；本发明对所述桨叶的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的搅拌桨桨叶的定义即可。

在本发明中，所述多个镰刀型桨叶固定在搅拌轴的底端，且每个镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置。

本发明原则上对所述镰刀型桨叶尖端的宽度没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述桨叶尖端的宽度优选为所述桨叶根部的宽度30％～70％，更优选为35％～65％，更优选为40％～60％，更优选为45％～55％。

本发明原则上对所述镰刀型桨叶的厚度没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述桨叶根部的宽度与所述桨叶的厚度的比值为(3～5)：1，更优选为(3.2～4.8)：1，更优选为(3.5～4.5)：1，更优选为(3.7～4.3)：1。

本发明原则上对所述多个镰刀型桨叶的具体个数没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述多个的个数优选为2～8个，更优选为3～7个，更优选为4～6个，具体可以为2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个。

在本发明实施例中，镰刀型桨叶的一端为桨叶尖端，另一端为桨叶根部，所述桨叶根部优选与所述搅拌轴底端相连接，其作用在于保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”。在其他实施例中，所述桨叶根部优选与所述搅拌轴的其他部位相连接，以更好的保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”为优选方案。

本发明原则上对所述镰刀型桨叶的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述镰刀型桨叶的总长度优选依据所应用的容器的高度和/或所应用的容器内熔体的高度进行适配，具体可以为15～40cm，也可以为20～35cm，也可以为25～30cm。在本发明中，所述多个镰刀型桨叶之间，除桨叶根部以外，其余位置相互不连接。

本发明原则上对所述镰刀型桨叶的整体形状没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述镰刀型桨叶的初始段优选为弧形，后续段优选为直线形，也可以认为所述镰刀型桨叶具有J型曲线的形貌。本发明所述弧在所述桨叶根部与搅拌轴底端连接处的曲率优选为0.8～2，更优选为1.0～1.8，更优选为1.2～1.6。

本发明原则上对所述镰刀型桨叶的初始段长度的具体比例没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述初始段长度优选占所述镰刀型桨叶总长度的30％～50％，更优选为32％～48％，更优选为35％～45％，更优选为38％～42％。

在本发明中，所述镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置，即镰刀型桨叶的长度方向与所述搅拌装置的轴向平行或呈一定的夹角，或者说，本发明镰刀型桨叶的长度方向为纵向设置，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述镰刀型桨叶的后续段的长度方向与所述搅拌轴的长度方向的夹角优选为0°～45°，更优选为10°～35°，更优选为20°～25°。

本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，完整和细化设计方案，所述镰刀型桨叶的初始段的上边缘和/或下边缘呈锯齿状，更优选为上边缘和下边缘呈锯齿状。本发明所述镰刀型桨叶的后续段的上边缘和/或下边缘呈锯齿状，更优选为上边缘和下边缘呈锯齿状。

本发明原则上对所述镰刀型桨叶的初始段的上边缘或下边缘的锯齿的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述初始段的上边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值优选为(0.01～0.5)：1，更优选为(0.05～0.4)：1，更优选为(0.1～0.3)：1，更优选为(0.15～0.25)：1。本发明所述初始段的下边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值优选为(0.01～0.5)：1，更优选为(0.05～0.4)：1，更优选为(0.1～0.3)：1，更优选为(0.15～0.25)：1。

本发明原则上对所述镰刀型桨叶的后续段的上边缘或下边缘的锯齿的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述后续段的上边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值优选为(0.01～0.5)：1，更优选为(0.05～0.4)：1，更优选为(0.1～0.3)：1，更优选为(0.15～0.25)：1。本发明所述后续段的下边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值优选为(0.01～0.5)：1，更优选为(0.05～0.4)：1，更优选为(0.1～0.3)：1，更优选为(0.15～0.25)：1。

本发明为更好的提高搅拌效果和降低使用成本，在保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”的基础上，更有利于应用，也进一步完整和细化设计方案，所述多个镰刀型桨叶中，每个镰刀型桨叶均对应(设置)有独立搅拌轴，多个独立搅拌轴组合后形成所述搅拌装置的搅拌轴。本发明对所述组合的装置没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，可以采用夹扣、锁具、索具或粘接等任意固定装置，对多个独立的搅拌轴进行组合和固定。

本发明对所述多个独立搅拌轴组合后形成的搅拌装置的搅拌轴的外形没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，以便于组合、固定、拆装和更换为优选技术方案，本发明所述搅拌轴的外形，即搅拌装置的搅拌轴的横截面优选包括圆形、椭圆形和多边形中的一种或多种，更具体优选为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、菱形和梯形中的一种或多种，更优选为圆形、三角形、正方形或长方形。具体的，当多个镰刀型桨叶的个数为4个时，所述单个镰刀型桨叶的各自独立搅拌轴的截面为1/4圆形，半径与搅拌桨叶在连杆处的宽度相同，以便于均匀组合和固定。

本发明原则上对搅拌装置的搅拌轴的具体长度没有特别限制，本领域技术人员可以根据搅拌情况、物料特性和质量以及产品的要求进行选择和调整，本发明为更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”，所述搅拌装置的搅拌轴的长度与所述镰刀型桨叶的长度的比值优选为(0.8～2)：1，更优选为(1～1.8)：1，更优选为(1.2～1.6)：1。

参见图1，图1为本发明实施例提供的用于制备镁基复合材料的搅拌装置的结构示意简图，其中，1为独立搅拌轴(连杆)，2为镰刀型桨叶，3为固定装置，4为螺栓。本发明由独立搅拌轴1和搅拌镰刀型桨叶2构成的单桨片，将四片单桨片组合成一组搅拌桨装置后穿入固定装置3中，并由螺栓4进行固定。

本发明还提供了一种容器，包括上述技术方案任意一项所述的搅拌装置；

所述容器包括釜、罐、桶、箱或锅。

本发明对所述容器没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于混合或反应的需要搅拌的容器即可，本发明优选为具有搅拌功能的容器，更优选为具有搅拌功能的釜、罐、桶、箱或锅，具体可以优选为反应釜、搅拌釜、搅拌罐、搅拌桶、搅拌箱或搅拌锅等，如制备镁基复合材料的铁坩埚。

在本发明实施例中，所述搅拌装置的搅拌速度优选为300～1000r/min，更优选为400～900r/min，更优选为500～800r/min，更优选为600～700r/min。在其他实施例中，所述搅拌装置的搅拌速度也可以为其他转数，以更好的提高搅拌效果，保持均匀和稳定的搅拌能力，避免熔体底部形成环状“死区”为优选方案。

本发明对所述搅拌装置与容器的相对安装位置没有特别限制，以本领域技术人员熟知的搅拌装置与容器的位置即可，在本发明中搅拌装置的搅拌轴大部分是在容器(如坩埚)之外，与转动装置相连接。本发明对所述搅拌装置的桨叶长度与容器内径的比值没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、搅拌物料情况以及产品情况进行选择和调整，本发明所述镰刀型桨叶在其长度方向上是轴向设置，所以镰刀型桨叶的轴向高度与容器(如坩埚)内的熔体高度相适配，具体可以为容器内熔体高度的50％～90％，也可以为55％～85％，也可以为60％～80％，也可以为65％～75％。在本发明中，由于镰刀型桨叶整体为非直线，所述镰刀型桨叶的总长度为从桨叶尖端到桨叶根部的曲线长度，所述镰刀型桨叶的轴向高度则为桨叶尖端到桨叶根部的垂直距离。

本发明对所述容器的其他部件及其参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的制备镁基复合材料的容器的常用部件及其参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、搅拌物料情况以及产品情况进行选择和调整。

本发明为完整使用工艺，细化技术方案，所述镁基复合材料的具体制备过程优选按照以下步骤进行：

1)按照成分配比为Y：2.3％～3.7％；Zn：0.4％～1.6％；余量为Mg，准备原材料，原材料为镁源、Y源、Zn源，并将原材料预热到70℃～130℃；

2)将铁坩埚预热至150℃～300℃后加入镁源，并在坩埚内通入CO₂和SF₆的体积比为100：1的混合气体作为保护气体，防止镁在高温过分氧化；

3)待镁源完全熔化后，加入Zn源；将铁坩埚内熔体升温至720℃～750℃，加入Y源，搅拌20分钟，通氩气精炼；

4)待镁熔体降温至680℃时，向其中加入体积分数为3％～8％的碳纤维增强体，采用本发明搅拌桨搅拌5～10分钟，升温至700～720℃，采用水冷模具浇铸，得到碳纤维强化镁基复合材料。

本发明上述步骤提供了一种搅拌铸造法制备镁基复合材料的搅拌装置及容器，包括搅拌轴和固定在搅拌轴底端的多个镰刀型桨叶；所述镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置。本发明特别采用了柔性桨，利用其在流体中可产生明显不同于刚性桨的涡流结构，可破坏流场中混合隔离区内外的结构界面，强化流体混沌混合行为，提高流体混合效果，更创造性的设计了多个镰刀型桨叶组合的分体式桨叶，同时具有镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置这一特定结构的柔性搅拌装置。本发明提供的搅拌装置，在搅拌铸造法制备镁基复合材料时，具有搅拌效果好，搅拌过程中，搅拌桨可充分接触整个熔体，避免熔体底部形成环状“死区”而降低搅拌效果；搅拌桨易于清理，相比于原搅拌桨，本发明搅拌桨在搅拌结束后退出熔体表面时，带出的熔体较少，且采用分体式设计，可充分清理每个桨叶上附着的镁熔体；而且，搅拌桨桨叶的前段和后段的一边或两边均可以进一步设置锯齿，增加不规则接触面，更有效地强化流体混沌混合的行为，提高流体混合效果，起到更好的均匀混合的作用。此外，本发明提供搅拌桨进一步采用分体的独立搅拌轴和桨叶的设计方式，如出现破损，可单独更换破损桨片，相比原搅拌桨，如发生破损则整个搅拌桨报废的情况，使用成本更低，具有更好的经济性。本发明提供的用于制备镁基复合材料的搅拌装置，设计思路新颖，制作工艺简单，可大批量生产，适于工业化推广，有望大规模应用于镁基复合材料制备领域。

实验结果表明，利用本发明所述搅拌桨制备镁基复合材料，可使熔体的搅拌时间减少了25％～50％，空隙率由5.0％降低为1.4％，降低了增强体的团聚，显著提高了增强体在熔体内的均匀性。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种用于制备镁基复合材料搅拌装置及容器进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

实施例1

用于制备镁基复合材料的搅拌桨，包括由连杆1和搅拌桨叶2构成的单桨片，将四片单桨片组合成一组搅拌桨后穿入固定装置3中，并由螺栓4进行固定。

搅拌桨叶的外形为镰刀型桨叶，初始段为弧形，后续段为直线形，符合J型曲线的流线形式。

搅拌桨叶的宽度从连杆处向外逐渐变窄，桨叶尖端宽度是桨叶根部的50％。

搅拌桨叶根部的横截面尺寸为宽：厚＝4:1。

搅拌桨叶的轴向高度为坩埚内熔体高度的75％，搅拌轴的长度与所述镰刀型桨叶的长度的比值为1.6:1。初始段长度占所述镰刀型桨叶总长度的40％，桨叶根部与轴底端连接处的曲率为1.2。

搅拌桨后续段的长度方向与搅拌轴的长度方向的夹角为30°。

所述初始段的上边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为0.25，初始段的下边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为0.25，后续段的上边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为0.25，后续段的下边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为0.25。

连杆截面为1/4圆形，半径与搅拌桨叶在连杆处的宽度相同。

参见图1，图1为本发明实施例提供的用于制备镁基复合材料的搅拌装置的结构示意简图，其中，1为独立搅拌轴(连杆)，2为镰刀型桨叶，3为固定装置，4为螺栓。本发明由独立搅拌轴1和搅拌镰刀型桨叶2构成的单桨片，将四片单桨片组合成一组搅拌桨装置后穿入固定装置3中，并由螺栓4进行固定。

应用此搅拌桨制备镁基复合材料的具体工艺如下：

1)按照成分配比为Y：3.5％；Zn：1.2％；余量为Mg，准备原材料，原材料为镁源、Y源、Zn源，并将原材料预热到100℃；

2)将铁坩埚预热至250℃后加入镁源，并在坩埚内通入CO₂和SF₆的体积比为100∶1的混合气体作为保护气体，防止镁在高温过分氧化；

3)待镁源完全熔化后，加入Zn源；将铁坩埚内熔体升温至730℃，加入Y源，搅拌20分钟，通氩气精炼；

4)待镁熔体降温至680℃时，向其中加入体积分数为6％的碳纤维增强体，采用本发明搅拌桨搅拌8分钟，搅拌速度为600r/min，升温至710℃，采用水冷模具浇铸。

通过阿基米德原理测量复合材料的测量密度，萃取法计算获得复合材料的实际密度，计算得到本实施例复合材料的空隙率为1.4％。

实施例2

用于制备镁基复合材料的搅拌桨，包括由连杆1和搅拌桨叶2构成的单桨片，将四片单桨片组合成一组搅拌桨后穿入固定装置3中，并由螺栓4进行固定。

搅拌桨叶的外形为镰刀型桨叶，初始段为弧形，后续段为直线形，符合J型曲线的流线形式。

搅拌桨叶的宽度从连杆处向外逐渐变窄，桨叶尖端宽度是桨叶根部的70％。

搅拌桨叶根部的横截面尺寸为宽：厚＝3:1。

搅拌桨叶的轴向高度为坩埚内熔体高度的90％，搅拌轴的长度与所述镰刀型桨叶的长度的比值为0.8:1。初始段长度占所述镰刀型桨叶总长度的30％，桨叶根部与轴底端连接处的曲率为0.8。

搅拌桨后续段的长度方向与搅拌轴的长度方向的夹角为45°。

所述初始段的上边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为0.5，初始段的下边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为0，后续段的上边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为0.5，后续段的下边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为0。

所述连杆截面为1/4圆形，半径与搅拌桨叶在连杆处的宽度相同。

应用此搅拌桨制备镁基复合材料的具体工艺如下：

1)按照成分配比为Y：2.3％；Zn：0.4％；余量为Mg，准备原材料，原材料为镁源、Y源、Zn源，并将原材料预热到70℃；

2)将铁坩埚预热至150℃后加入镁源，并在坩埚内通入CO₂和SF₆的体积比为100∶1的混合气体作为保护气体，防止镁在高温过分氧化；

3)待镁源完全熔化后，加入Zn源；将铁坩埚内熔体升温至720℃，加入Y源，搅拌20分钟，通氩气精炼；

4)待镁熔体降温至680℃时，向其中加入体积分数为3％的碳纤维增强体，采用本发明搅拌桨搅拌10分钟，搅拌速度为1000r/min，升温至700℃，采用水冷模具浇铸。

通过阿基米德原理测量复合材料的测量密度，萃取法计算获得复合材料的实际密度，计算得到本实施例复合材料的空隙率为2.1％。

实施例3

用于制备镁基复合材料的搅拌桨，包括由连杆1和搅拌桨叶2构成的单桨片，将四片单桨片组合成一组搅拌桨后穿入固定装置3中，并由螺栓4进行固定。

搅拌桨叶的外形为镰刀型桨叶，初始段为弧形，后续段为直线形，符合J型曲线的流线形式。

所述搅拌桨叶的宽度从连杆处向外逐渐变窄，桨叶尖端宽度是桨叶根部的30％。

所述搅拌桨叶根部的横截面尺寸为宽：厚＝5:1。

搅拌桨叶的轴向高度为坩埚内熔体高度的50％，搅拌轴的长度与所述镰刀型桨叶的长度的比值为2:1。初始段长度占所述镰刀型桨叶总长度的50％，桨叶根部与轴底端连接处的曲率为2。

搅拌桨后续段的长度方向与搅拌轴的长度方向的夹角为0°。

所述初始段的上边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为0，初始段的下边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为0.5，后续段的上边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为0，后续段的下边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为0.5。

所述连杆截面为1/4圆形，半径与搅拌桨叶在连杆处的宽度相同。

应用此搅拌桨制备镁基复合材料的具体工艺如下：

1)按照成分配比为Y：3.7％；Zn：1.6％；余量为Mg，准备原材料，原材料为镁源、Y源、Zn源，并将原材料预热到130℃；

2)将铁坩埚预热至300℃后加入镁源，并在坩埚内通入CO₂和SF₆的体积比为100∶1的混合气体作为保护气体，防止镁在高温过分氧化；

3)待镁源完全熔化后，加入Zn源；将铁坩埚内熔体升温至750℃，加入Y源，搅拌20分钟，通氩气精炼；

4)待镁熔体降温至680℃时，向其中加入体积分数为8％的碳纤维增强体，采用本发明搅拌桨搅拌12分钟，搅拌速度为300r/min，升温至720℃，采用水冷模具浇铸。

通过阿基米德原理测量复合材料的测量密度，萃取法计算获得复合材料的实际密度，计算得到本实施例复合材料的空隙率为3.2％。

对比例1

采用传统的打蛋器式搅拌桨制备镁基复合材料。

应用此搅拌桨制备镁基复合材料的具体工艺如下：

1)按照成分配比为Y：3.5％；Zn：1.2％；余量为Mg，准备原材料，原材料为镁源、Y源、Zn源，并将原材料预热到100℃；

2)将铁坩埚预热至250℃后加入镁源，并在坩埚内通入CO₂和SF₆的体积比为100∶1的混合气体作为保护气体，防止镁在高温过分氧化；

3)待镁源完全熔化后，加入Zn源；将铁坩埚内熔体升温至730℃，加入Y源，搅拌20分钟，通氩气精炼；

4)待镁熔体降温至680℃时，向其中加入体积分数为6％的碳纤维增强体，采用本发明搅拌桨搅拌16分钟，搅拌速度为600r/min，升温至710℃，采用水冷模具浇铸。

通过阿基米德原理测量复合材料的测量密度，萃取法计算获得复合材料的实际密度，计算得到本实施例复合材料的空隙率为5.0％。

以上对本发明提供的一种搅拌铸造法制备镁基复合材料的搅拌装置及容器进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于制备镁基复合材料的搅拌装置，其特征在于，包括搅拌轴和固定在搅拌轴底端的多个镰刀型桨叶；

所述镰刀型桨叶的长度方向沿搅拌装置的轴向设置。

2.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述桨叶尖端的宽度为所述桨叶根部的宽度30％～70％；

所述桨叶根部的宽度与所述桨叶的厚度的比值为(3～5)：1。

3.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述多个的个数为2～8个；

所述镰刀型桨叶的一端为桨叶尖端，另一端为桨叶根部，所述桨叶根部与所述搅拌轴底端相连接。

4.根据权利要求3所述的搅拌装置，其特征在于，以所述桨叶根部为起点，所述镰刀型桨叶的初始段为弧形，后续段为直线形；

所述初始段长度占所述镰刀型桨叶总长度的30％～50％；

所述弧在所述桨叶根部与搅拌轴底端连接处的曲率为0.8～2；

所述后续段的长度方向与所述搅拌轴的长度方向的夹角为0°～45°。

5.根据权利要求3所述的搅拌装置，其特征在于，所述镰刀型桨叶的总长度为15～40cm；

所述镰刀型桨叶具有J型曲线的形貌；

所述多个镰刀型桨叶之间，除桨叶根部以外，其余位置相互不连接；

所述镰刀型桨叶的初始段的上边缘和/或下边缘呈锯齿状；

所述镰刀型桨叶的后续段的上边缘和/或下边缘呈锯齿状。

6.根据权利要求5所述的搅拌装置，其特征在于，所述初始段的上边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为(0.01～0.5)：1；

所述初始段的下边缘的锯齿高度与初始段的宽度的比值为(0.01～0.5)：1；

所述后续段的上边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为(0.01～0.5)：1；

所述后续段的下边缘的锯齿高度与后续段的宽度的比值为(0.01～0.5)：1。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的搅拌装置，其特征在于，所述多个镰刀型桨叶中，每个镰刀型桨叶均对应有独立搅拌轴，多个独立搅拌轴组合后形成所述搅拌装置的搅拌轴。

8.根据权利要求7所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌装置的搅拌轴的横截面包括圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、菱形和梯形中的一种或多种；

所述搅拌装置的搅拌轴的长度与所述镰刀型桨叶的长度的比值为(0.8～2)：1。

9.一种容器，其特征在于，包括权利要求1～8任意一项所述的搅拌装置；

所述容器包括釜、罐、桶、箱或锅。

10.根据权利要求9所述的容器，其特征在于，所述搅拌装置的搅拌速度为300～1000r/min；

所述镰刀型桨叶的轴向高度为容器内熔体高度的50％～90％。