DE202021100532U1 - Graphitrotor für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial - Google Patents

Graphitrotor für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial Download PDF

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Abstract

Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon während des Herstellungsprozesses von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphitrotor eine Drehstange und einen Sprühkopf aufweist, wobei die Drehstange ein Innenrohr und ein Außenrohr umfasst, wobei das Außenrohr über einen Drehanschluss mit dem Argonspritzen-Rohr verbunden ist, wobei das Innenrohr mit einem Pulverförderbehälter verbunden ist, wobei der Pulverförderbehälter mit einem Pulverförderrohr verbunden ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial auf Aluminiumbasis, insbesondere einen Graphitrotor für die Herstellung eines in-situ-autogenen aluminiumbasierten Verbundmaterials.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial verwendet eine chemische Reaktion zwischen verschiedenen Elementen oder Chemikalien unter bestimmten Bedingungen, um ein oder mehrere Partikel mit keramischer Phase in einer Aluminiummatrix zu erzeugen, um den Zweck der Verbesserung der Eigenschaften einer einzelnen Metalllegierung zu erreichen. Durch in-situ-autogen hergestelltes Verbundmaterial ist die Oberfläche des Verstärkers frei von Verunreinigungen, und die Kompatibilität zwischen der Matrix und dem Verstärker ist gut. Durch die Wahl der Art der Reaktion und die Steuerung der Reaktionsparameter können unterschiedliche Arten von in-situ-verstärkten Partikeln erhalten werden.
  • Das in-situ-autogene aluminiumbasierte Verbundmaterial stellt jedoch höhere Anforderungen an Bedingungen wie Entgasung und Entfernung von Verunreinigungen während des Herstellungsprozesses, andernfalls ist es leicht, eine ungleichmäßige Größe und Verteilung und einen geringen Massenanteil der Partikel mit Verstärkungsphase in dem hergestellten Verbundmaterial zu verursachen, oder die Materialstruktur wird verschlechtert, die Gießeigenschaft wird sich verschlimmem und die mechanische Eigenschaft des Materials wird reduziert.
  • Die Entgasung der Aluminiumschmelze erfolgt im Stand der Technik durch Drehspritzen von Inertgas. Die Kernkomponente dieser Technik ist eine hohle Drehstange, d.h. ein Rotor, der an einem Ende einen rotierenden Sprühkopf aufweist, im Gebrauch wird die hohle Drehstange in die Aluminiumschmelze eingefügt, und das Inertgas wird durch einen mittleren Durchgang der Drehstange eingeblasen und durch den rotierenden Sprühkopf ausgestoßen, die sich bildenden Blasen werden durch die hohe Drehzahl des Sprühkopfes in eine große Anzahl kleiner Blasen aufgelöst, Wasserstoff in der Aluminiumschmelze wird an diesen kleinen Blasen anhaften und als Wasserstoffgas ausfallen, während Fremdpartikel in der Aluminiumschmelze adsorbiert und auf den Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen werden, um den Zweck der Entgasung und Entfernung von Verunreinigungen zu erreichen.
  • Heutzutage wird ein Rotor zur Entgasung einer Aluminiumschmelze häufig aus einem Graphitmaterial hergestellt, weil das Graphitmaterial eine ausgezeichnete Wärmeschockbeständigkeit aufweist, maschinell bearbeitet werden kann und die Aluminiumflüssigkeit das Graphit nicht benetzt, die Schwächen vom Graphitmaterial sind jedoch weniger beständig gegen Oxidation bei hohen Temperaturen, so dass ein Austausch nur für 14 bis 20 Tage (Lebensdauer) erforderlich ist.
  • Daher ist es eine Aufgabe, die vom Fachmann auf dem Gebiet zu lösen ist, wie die Reaktions- und Herstellungsbedingungen wirksam verbessert werden können, um die Größe, Verteilung sowie Ablagerung und Segregation der Verstärkungsphase zu steuern und die Lebensdauer des Graphitrotors mit dem Argonspritzen zu erhöhen.
  • INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Angesichts der oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik besteht das durch die vorliegende Erfindung zu lösende technische Problem darin, die Reaktions- und Herstellungsbedingungen wirksam zu verbessern, um die Größe, Verteilung sowie Ablagerung und Segregation der Verstärkungsphase zu steuern und die Lebensdauer des Graphitrotors mit dem Argonspritzen zu erhöhen.
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon während des Herstellungsprozesses von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial bereit, wobei der Graphitrotor eine Drehstange und einen Sprühkopf aufweist, wobei die Drehstange ein Innenrohr und ein Außenrohr umfasst, wobei das Außenrohr über einen Drehanschluss mit dem Argonspritzen-Rohr verbunden ist, wobei das Innenrohr mit einem Pulverförderbehälter verbunden ist, wobei der Pulverförderbehälter mit einem Pulverförderrohr verbunden ist.
  • Ferner ist das Innenrohr aus einem metallischen Material gefertigt, das Außenrohr ist aus einem Graphitmaterial hergestellt.
  • Ferner befindet das Legierungspulver sich im Pulverförderbehälter.
  • Ferner benutzen das Pulverförderrohr und das Argonspritzen-Rohr gemeinsam dieselbe Argongasquelle.
  • Ferner ist das Pulverförderrohr mit einer Stickstoffgasquelle verbunden, und das Argonspritzen-Rohr ist mit einer Argongasquelle verbunden. Ferner ist die Innenwand des Innenrohrs des Graphitrotors mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung bildet die Aluminiumschmelze selbst eine Abdichtung durch die Vakuumkammer und das Tauchrohr, und die Vakuumumgebung wird durch Absaugung von Luft erzeugt, wobei die Vakuumumgebung den Partialdruck von Sauerstoff und Wasserstoff verringert und die Entgasungsbedingung verbessert. Gleichzeitig tritt die Drehstange aus Graphit durch die Vakuumkammer hindurch in den Aluminium-Schmelzofen ein, ohne während des gesamten Prozesses mit Sauerstoff in Kontakt zu kommen, wodurch die Oxidation des Graphitrotors verhindert wird und die Lebensdauer des Graphitrotors wesentlich erhöht wird.
  • Erfindungsgemäß wird eine geeignete Menge an metallischem Magnesium zu dem Verbundmaterial hinzugefügt, so dass die Partikel nach deren Bildung die Oberflächenenergie zunächst durch Absorption des Magnesiums in der Aluminiumlösung verringern und dann eine bessere Kombination mit Aluminium bilden, auf diese Weise verlangsamt die Verwendung von Magnesium als Mittel zur Verringerung der Oberflächenenergie von Partikeln und zur Verhinderung von Agglomeration das Phänomen der Partikelablagerung wirksam. Gleichzeitig steigt durch den Zusatz von Magnesium die Viskosität der Aluminiumlösung an, und gemäß der Stocks-Formel nimmt die Viskosität des Verbundmaterials zu, die Bewegungsgeschwindigkeit der Partikel nimmt ab, ohne sich während einer längeren Zeit durch Kontakt miteinander zu agglomerieren, und es ist auch leicht, dass die Partikel während der Erstarrung von kristallinischem Korn aus α-Al eingefangen werden, wodurch eine gleichmäßig stabile Verstärker gebildet wird.
  • Im Allgemeinen ein in situ erzeugtes TiB2-Teilchen ein Partikel mit einem Durchmesser von etwa 1 Mikrometer und ein Partikel dieser Größe setzt sich nicht in der Aluminiumlösung ab. Da die Partikel jedoch häufig in einem bestimmten lokalen Bereich (an der Grenzfläche des geschmolzenen Salzes mit der Aluminiumlösung) erzeugt werden, ist es leicht, aufgrund von einer hohen lokalen Konzentration eine Agglomeration zu verursachen. Sobald die Agglomeration auftritt, ist es außerdem sehr schwierig, sie zu trennen und zu verfeinern, so dass während des Absetz- und Verfestigungsprozesses eine Segregation auftritt. Durch Anwenden eines gepulsten Magnetfelds und eines hochenergetischen Ultraschallfelds wird die Stärke des gepulsten Magnetfelds mittels einer Schutzwirkung durch das Reaktionsschmelzesalz selbst auf 2-4T gesteuert, und die Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds wird auf 200-1800W/m2 gesteuert. Einerseits kann die Möglichkeit des Kontakts des geschmolzenen Salzes mit der Aluminiumlösung erhöht werden, was die Reaktion beschleunigt, so dass die in situ erzeugten TiB2-Partikel gleichmäßig und fein werden; Andererseits wird die Diffusion der Partikel von dem reaktionsfähigen Bereich mit hoher Konzentration in den Bereich mit niedriger Konzentration gefördert, so dass die TiB2-Partikel gleichmäßig und dispergiert sind und folglich auch das Ablagerungsphänomen des Verbundmaterials in gewisser Weise gelindert ist.
  • Durch den speziell entwickelten Graphitrotor realisiert die vorliegende Erfindung das Drehspritzen von Argon und das synchrone Fördern der Legierungsrohstoffe mit hoher Effizienz, kompakter Struktur, wobei ein gleichmäßigeres Rühren und Verteilen bei der Zufuhr der Rohstoffe erreicht wird.
  • Das Konzept, die spezifische Struktur und die technischen Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, um den Zweck, die Merkmale und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung vollständig zu verstehen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Steuerung der Schmelze durch eine Vakuumkammer gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Steuerung der Schmelze durch elektromagnetisches Rühren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit einer kontinuierlichen Behandlung der Schmelze gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Pulverspritzen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 5 ist eine schematische Darstellung des Graphitrotors von 4;
    • 6 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit permanentmagnetischem Rühren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ist eine schematische Darstellung des Graphitrotors von 6.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend wird eine Anzahl bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eingeführt, um den technischen Inhalt der vorliegenden Erfindung klarer und verständlicher zu machen. Die vorliegende Erfindung kann in vielen verschiedenen Formen von Ausführungsbeispielen ausgeführt werden und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die im Text erwähnten Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Wie in 1 gezeigt, wird ein Matrix aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bei 700 bis 760 □ geschmolzen, ein Aluminium-Schmelzofen 1, der eine Aluminiumschmelze 2 enthält, wird auf einem hydraulischen Hebetisch 10 angeordnet und ein Reaktionssalz wird zusammen mit einem Reaktionshilfsmittel zur Reaktion zugegeben. Der hydraulische Hebetisch 10 wird angehoben, so dass das Tauchrohr 5 der oberhalb des Aluminium-Schmelzofens 1 angeordneten Vakuumkammer 3 in die Aluminiumschmelze 2 eingetaucht wird. Der Vakuumraum 8 der Vakuumkammer 3 wird über die Luftabsaugöffnung 4 evakuiert, so dass die Aluminiumschmelze 2 unter Atmosphärendruck in die Vakuumkammer 3 eingeführt wird.
  • Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange 6 des Graphitrotors durch ein abgedichtetes Lager 7, das an der Oberseite der Vakuumkammer 3 angeordnet ist, durch die Vakuumkammer 8 hindurch geführt wird und den Sprühkopf 9 in den Boden der Aluminiumschmelze 2 einsetzt, wobei Argon durch einen mittleren Durchgang der Drehstange 6 eingeblasen und durch den rotierenden Sprühkopf 9 ausgestoßen wird, wobei die sich bildenden Blasen durch die hohe Drehzahl des Sprühkopfes 9 in eine große Anzahl kleiner Blasen aufgelöst werden, wobei der Wasserstoff in der Aluminiumschmelze 2 an diesen kleinen Blasen anhaften und als Wasserstoffgas ausfallen wird, während Fremdpartikel in der Aluminiumschmelze adsorbiert und auf den Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen werden, und wobei der größte Teil der Blasen in die Vakuumkammer 8 gelangen und dann durch die Luftabsaugöffnung 4 abgeführt werden. Durch die Vakuumkammer 3 und das Tauchrohr 5 wird mit der Aluminiumschmelze 2 selbst eine Abdichtung gebildet, und die Vakuumumgebung wird durch Absaugung von Luft erzeugt, wobei die Vakuumumgebung den Partialdruck von Sauerstoff und Wasserstoff verringert und die Entgasungsbedingung verbessert. Gleichzeitig tritt die Drehstange 6 aus Graphit durch die Vakuumkammer 8 hindurch in den Aluminium-Schmelzofen 1 ein, ohne während des gesamten Prozesses mit Sauerstoff in Kontakt zu kommen, wodurch die Oxidation des Graphitrotors verhindert wird und die Lebensdauer des Graphitrotors wesentlich erhöht wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit 270 bis 320 r/min beträgt.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Wie in 2 gezeigt, wird ein Matrix aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bei 700 bis 760 □ geschmolzen, die Aluminiumschmelze 2 wird in dem Aluminium-Schmelzofen 1 platziert und ein Reaktionssalz wird zusammen mit einem Reaktionshilfsmittel zur Reaktion zugegeben. Dadurch wird das Tauchrohr 5 der oberhalb des Aluminium-Schmelzofens 1 angeordneten Vakuumkammer 3 in die Aluminiumschmelze 2 eingetaucht. Der Vakuumraum 8 der Vakuumkammer 3 wird über die Luftabsaugöffnung 4 evakuiert, so dass die Aluminiumschmelze 2 unter Atmosphärendruck in die Vakuumkammer 3 eingeführt wird.
  • Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange 6 des Graphitrotors durch ein abgedichtetes Lager 7, das an der Oberseite der Vakuumkammer 3 angeordnet ist, durch die Vakuumkammer 8 hindurch geführt wird und den Sprühkopf 9 in den Boden der Aluminiumschmelze 2 einsetzt, wobei Argon durch einen mittleren Durchgang der Drehstange 6 eingeblasen und durch den rotierenden Sprühkopf 9 ausgestoßen wird, wobei die sich bildenden Blasen durch die hohe Drehzahl des Sprühkopfes 9 in eine große Anzahl kleiner Blasen aufgelöst werden, wobei der Wasserstoff in der Aluminiumschmelze 2 an diesen kleinen Blasen anhaften und als Wasserstoffgas ausfallen wird, während Fremdpartikel in der Aluminiumschmelze adsorbiert und auf den Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen werden, und wobei der größte Teil der Blasen in die Vakuumkammer 8 gelangen und dann durch die Luftabsaugöffnung 4 abgeführt werden. Durch die Vakuumkammer 3 und das Tauchrohr 5 wird mit der Aluminiumschmelze 2 selbst eine Abdichtung gebildet, und die Vakuumumgebung wird durch Absaugung von Luft erzeugt, wobei die Vakuumumgebung den Partialdruck von Sauerstoff und Wasserstoff verringert und die Entgasungsbedingung verbessert. Gleichzeitig tritt die Drehstange 6 aus Graphit durch die Vakuumkammer 8 hindurch in den Aluminium-Schmelzofen 1 ein, ohne während des gesamten Prozesses mit Sauerstoff in Kontakt zu kommen, wodurch die Oxidation des Graphitrotors verhindert wird und die Lebensdauer des Graphitrotors wesentlich erhöht wird.
  • Eine elektromagnetische Rührvorrichtung ist unterhalb des Aluminium-Schmelzofens angeordnet und umfasst einen Induktor 12 und einen Frequenzumrichter 11, um eine Rührbewegung der Aluminiumschmelze unter Einwirkung einer elektromagnetischen Kraft zu bewirken.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit 270 bis 320 r/min beträgt.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel NasAlFö, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Wie in 3 gezeigt, wird ein Matrix aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bei 700 bis 760 □ geschmolzen, die Aluminiumschmelze 2 wird in dem Aluminium-Schmelzofen 1 platziert und ein Reaktionssalz wird zusammen mit einem Reaktionshilfsmittel zur Reaktion zugegeben. Dadurch wird das Tauchrohr 5 der oberhalb des Aluminium-Schmelzofens 1 angeordneten Vakuumkammer 3 in die Aluminiumschmelze 2 eingetaucht. Der Vakuumraum 8 der Vakuumkammer 3 wird über die Luftabsaugöffnung 4 evakuiert, so dass die Aluminiumschmelze 2 unter Atmosphärendruck in die Vakuumkammer 3 eingeführt wird.
  • Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange 6 des Graphitrotors durch ein abgedichtetes Lager 7, das an der Oberseite der Vakuumkammer 3 angeordnet ist, durch die Vakuumkammer 8 hindurch geführt wird und den Sprühkopf 9 in den Boden der Aluminiumschmelze 2 einsetzt, wobei Argon durch einen mittleren Durchgang der Drehstange 6 eingeblasen und durch den rotierenden Sprühkopf 9 ausgestoßen wird, wobei die sich bildenden Blasen durch die hohe Drehzahl des Sprühkopfes 9 in eine große Anzahl kleiner Blasen aufgelöst werden, wobei der Wasserstoff in der Aluminiumschmelze 2 an diesen kleinen Blasen anhaften und als Wasserstoffgas ausfallen wird, während Fremdpartikel in der Aluminiumschmelze adsorbiert und auf den Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen werden, und wobei der größte Teil der Blasen in die Vakuumkammer 8 gelangen und dann durch die Luftabsaugöffnung 4 abgeführt werden. Durch die Vakuumkammer 3 und das Tauchrohr 5 wird mit der Aluminiumschmelze 2 selbst eine Abdichtung gebildet, und die Vakuumumgebung wird durch Absaugung von Luft erzeugt, wobei die Vakuumumgebung den Partialdruck von Sauerstoff und Wasserstoff verringert und die Entgasungsbedingung verbessert. Gleichzeitig tritt die Drehstange 6 aus Graphit durch die Vakuumkammer 8 hindurch in den Aluminium-Schmelzofen 1 ein, ohne während des gesamten Prozesses mit Sauerstoff in Kontakt zu kommen, wodurch die Oxidation des Graphitrotors verhindert wird und die Lebensdauer des Graphitrotors wesentlich erhöht wird.
  • Eine elektromagnetische Rührvorrichtung ist unterhalb des Aluminium-Schmelzofens angeordnet und umfasst einen Induktor 12 und einen Frequenzumrichter 11, um eine Rührbewegung der Aluminiumschmelze unter Einwirkung einer elektromagnetischen Kraft zu bewirken.
  • Ein Auslassströmungskanal 13 ist an einer oberen Seitenwand des Aluminium-Schmelzofens 1 vorgesehen, wobei eine Absperrschieberplatte 131 am Auslassströmungskanal 13 vorgesehen ist; auf der unteren Seitenplatte des Aluminium-Schmelzofens 1 ist ein Einlassströmungskanal 14 vorgesehen, wobei am Einlassströmungskanal 14 eine Absperrschieberplatte 141 vorgesehen ist. Die Absperrschieberplatten 131, 141 am Auslassströmungskanal 13 und am Einlassströmungskanal 14 für die Aluminiumschmelze werden geöffnet, wenn die Aluminiumschmelze bei einem Durchlauf des Ofens vollständig verarbeitet ist, um neue zu behandelnde Aluminiumschmelze vom Einlassströmungskanal 14 an der Unterseite des Schmelzofens einzuströmen, so dass die im Aluminium-Schmelzofen behandelte Aluminiumschmelze aus dem Auslassströmungskanal 13 abfließt, wobei, nachdem eine Aluminiumschmelze mit einer eingestellten Menge in den Aluminium-Schmelzofen 1 eingeströmt ist, die Absperrschieberplatten 131 und 141 geschlossen werden, um die oben beschriebene Operation erneut auszuführen, wodurch eine kontinuierliche Behandlung der Aluminiumschmelze unter Vakuumbedingungen erfolgen kann, ohne dass eine Evakuierung bei jedem Durchlauf des Ofens erforderlich ist, sodass Prozessvorbereitungszeit und Energieverbrauch erheblich eingespart werden.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit 270 bis 320 r/min beträgt.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Wie in 4 gezeigt, wird ein Matrix aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bei 700 bis 760 □ geschmolzen, ein Aluminium-Schmelzofen 1, der eine Aluminiumschmelze 2 enthält, wird auf einem hydraulischen Hebetisch 10 angeordnet und ein Reaktionssalz wird zusammen mit einem Reaktionshilfsmittel zur Reaktion zugegeben. Der hydraulische Hebetisch 10 wird angehoben, so dass das Tauchrohr 5 der oberhalb des Aluminium-Schmelzofens 1 angeordneten Vakuumkammer 3 in die Aluminiumschmelze 2 eingetaucht wird. Der Vakuumraum 8 der Vakuumkammer 3 wird über die Luftabsaugöffnung 4 evakuiert, so dass die Aluminiumschmelze 2 unter Atmosphärendruck in die Vakuumkammer 3 eingeführt wird.
  • Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange 6 des Graphitrotors durch ein abgedichtetes Lager 7, das an der Oberseite der Vakuumkammer 3 angeordnet ist, durch die Vakuumkammer 8 hindurch geführt wird und den Sprühkopf 9 in den Boden der Aluminiumschmelze 2 einsetzt, wobei Argon durch einen mittleren Durchgang der Drehstange 6 eingeblasen und durch den rotierenden Sprühkopf 9 ausgestoßen wird, wobei die sich bildenden Blasen durch die hohe Drehzahl des Sprühkopfes 9 in eine große Anzahl kleiner Blasen aufgelöst werden, wobei der Wasserstoff in der Aluminiumschmelze 2 an diesen kleinen Blasen anhaften und als Wasserstoffgas ausfallen wird, während Fremdpartikel in der Aluminiumschmelze adsorbiert und auf den Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen werden, und wobei der größte Teil der Blasen in die Vakuumkammer 8 gelangen und dann durch die Luftabsaugöffnung 4 abgeführt werden. Durch die Vakuumkammer 3 und das Tauchrohr 5 wird mit der Aluminiumschmelze 2 selbst eine Abdichtung gebildet, und die Vakuumumgebung wird durch Absaugung von Luft erzeugt, wobei die Vakuumumgebung den Partialdruck von Sauerstoff und Wasserstoff verringert und die Entgasungsbedingung verbessert. Gleichzeitig tritt die Drehstange 6 aus Graphit durch die Vakuumkammer 8 hindurch in den Aluminium-Schmelzofen 1 ein, ohne während des gesamten Prozesses mit Sauerstoff in Kontakt zu kommen, wodurch die Oxidation des Graphitrotors verhindert wird und die Lebensdauer des Graphitrotors wesentlich erhöht wird.
  • Wie in 5 gezeigt, umfasst die Drehstange 6 aus Graphit ein Innenrohr 65 und ein Außenrohr 63, wobei im Innenrohr 65und im Außenrohr 63 eine Leitung 64 für Argonspritzen ist. Das Außenrohr 63 ist über einen Drehanschluss 62 mit dem Argonspritzen-Rohr 631 verbunden, wobei das Innenrohr 65 mit einem Pulverförderbehälter 61 verbunden ist, wobei der Pulverförderbehälter 61 mit einem Pulverförderrohr 611 verbunden ist, wobei eine Pulverförderleitung 66 sich in dem Innenrohr 65 befindet.
  • Das Argonspritzen erfolgt durch das Argonspritzen-Rohr 631 durch das Außenrohr 63; das Legierungspulver 9 im Pulverförderbehälter 61 wird durch das Pulverförderrohr 611 durch das Innenrohr 65 in die Aluminiumschmelze 2 gesprüht.
  • Das Innenrohr 63 ist vorzugsweise aus einem metallischen Material wie Kupfer oder Stahl gefertigt, das Außenrohr 63 ist aus einem Graphitmaterial hergestellt. Dies dient dazu, die Verschleißfestigkeit des Innenrohrs 63 zu erhöhen, um der Spülung von Hochdruckgas und Pulver zu begegnen.
  • Vorzugsweise benutzen das Pulverförderrohr 611 und das Argonspritzen-Rohr 631 gemeinsam dieselbe Argongasquelle.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit 270 bis 320 r/min beträgt.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Wie in 6 gezeigt, wird ein Matrix aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bei 700 bis 760 □ geschmolzen, die Aluminiumschmelze 2 wird in dem Aluminium-Schmelzofen 1 platziert und ein Reaktionssalz wird zusammen mit einem Reaktionshilfsmittel zur Reaktion zugegeben. Dadurch wird das Tauchrohr 5 der oberhalb des Aluminium-Schmelzofens 1 angeordneten Vakuumkammer 3 in die Aluminiumschmelze 2 eingetaucht. Der Vakuumraum 8 der Vakuumkammer 3 wird über die Luftabsaugöffnung 4 evakuiert, so dass die Aluminiumschmelze 2 unter Atmosphärendruck in die Vakuumkammer 3 eingeführt wird.
  • Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange 6 des Graphitrotors durch ein abgedichtetes Lager 7, das an der Oberseite der Vakuumkammer 3 angeordnet ist, durch die Vakuumkammer 8 hindurch geführt wird und den Sprühkopf 9 in den Boden der Aluminiumschmelze 2 einsetzt, wobei Argon durch einen mittleren Durchgang der Drehstange 6 eingeblasen und durch den rotierenden Sprühkopf 9 ausgestoßen wird, wobei die sich bildenden Blasen durch die hohe Drehzahl des Sprühkopfes 9 in eine große Anzahl kleiner Blasen aufgelöst werden, wobei der Wasserstoff in der Aluminiumschmelze 2 an diesen kleinen Blasen anhaften und als Wasserstoffgas ausfallen wird, während Fremdpartikel in der Aluminiumschmelze adsorbiert und auf den Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen werden, und wobei der größte Teil der Blasen in die Vakuumkammer 8 gelangen und dann durch die Luftabsaugöffnung 4 abgeführt werden. Durch die Vakuumkammer 3 und das Tauchrohr 5 wird mit der Aluminiumschmelze 2 selbst eine Abdichtung gebildet, und die Vakuumumgebung wird durch Absaugung von Luft erzeugt, wobei die Vakuumumgebung den Partialdruck von Sauerstoff und Wasserstoff verringert und die Entgasungsbedingung verbessert. Gleichzeitig tritt die Drehstange 6 aus Graphit durch die Vakuumkammer 8 hindurch in den Aluminium-Schmelzofen 1 ein, ohne während des gesamten Prozesses mit Sauerstoff in Kontakt zu kommen, wodurch die Oxidation des Graphitrotors verhindert wird und die Lebensdauer des Graphitrotors wesentlich erhöht wird.
  • Wie in 7 gezeigt, umfasst die Drehstange 6 aus Graphit ein Innenrohr 65 und ein Außenrohr 63, wobei im Innenrohr 65und im Außenrohr 63 eine Leitung 64 für Argonspritzen ist. Das Außenrohr 63 ist über einen Drehanschluss 62 mit dem Argonspritzen-Rohr 631 verbunden, wobei das Innenrohr 65 mit einem Pulverförderbehälter 61 verbunden ist, wobei der Pulverförderbehälter 61 mit einem Pulverförderrohr 611 verbunden ist, wobei eine Pulverförderleitung 66 sich in dem Innenrohr 65 befindet.
  • Das Argonspritzen erfolgt durch das Argonspritzen-Rohr 631 durch das Außenrohr 63; das Legierungspulver 9 im Pulverförderbehälter 61 wird durch das Pulverförderrohr 611 durch das Innenrohr 65 in die Aluminiumschmelze 2 gesprüht.
  • Das Innenrohr 63 ist vorzugsweise aus einem metallischen Material wie Kupfer oder Stahl gefertigt, das Außenrohr 63 ist aus einem Graphitmaterial hergestellt. Dies dient dazu, die Verschleißfestigkeit des Innenrohrs 63 zu erhöhen, um der Spülung von Hochdruckgas und Pulver zu begegnen.
  • Vorzugsweise benutzen das Pulverförderrohr 611 und das Argonspritzen-Rohr 631 gemeinsam dieselbe Argongasquelle.
  • Wie in 6 gezeigt, ist die Schiene 17 der permanentmagnetischen Rührvorrichtung unter dem Aluminium-Schmelzofen 1 angeordnet, wobei ein auf der Schiene 17 beweglicher Träger 16 sich auf der Schiene 17 befindet, wobei auf dem Träger der Elektromotor 18, der Förderriemen 19 und die Permanentmagnetvorrichtung 15 angeordnet sind, wobei beim Betrieb der permanentmagnetischen Rührvorrichtung der Träger 16 unter den Aluminium-Schmelzofen 1 bewegt wird, wobei der Elektromotor 18 über den Förderriemen die Permanentmagnetvorrichtung 15 zur Rotation antreibt, wobei das magnetische Feld der Permanentmagnetvorrichtung 15 und die Aluminiumschmelze 2 im Zusammenwirken eine magnetische Kraft erzeugen, die die Aluminiumschmelze 2 in eine Rührbewegung treibt.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit 270 bis 320 r/min beträgt.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.
  • In anderen Ausführungsbeispielen kann der Aluminium-Schmelzofen auch auf einem Hebetisch vorgesehen sein, wobei eine rotierende Plattform drehbar auf dem Hebetisch angeordnet ist, wobei die rotierende Plattform relativ zu dem Hebetisch durch dem Antrieb des Elektromotors drehbar ist und der Aluminium-Schmelzofen an der rotierenden Plattform fest angeordnet ist, Während ein Argonspritzen für die Aluminiumlösung in dem Aluminium-Schmelzofen erfolgt, wird der Aluminium-Schmelzofen mit der rotierenden Plattform gedreht, wobei gleichzeitig die darin befindliche Aluminiumlösung, insbesondere die an der Seite der Ofenwand des Aluminium-Schmelzofens befindliche Aluminiumlösung, zur Bewegung mitgenommen wird, sodass der Nachteil, dass dieser Teil der Aluminiumlösung durch das Drehspritzen von Argon schwach beeinflusst wird, beseitigt wird.
  • Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind oben im Detail beschrieben. Es sollte verstanden werden, dass der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet viele Modifikationen und Variationen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung ohne jeglichen kreativen Aufwand vornehmen kann. Daher kann der Fachmann, der auf dem Gedanken der vorliegenden Erfindung im Stand der Technik basiert, die technischen Lösungen durch logische Analyse, Schlussfolgerung oder begrenzte Experimente erhalten, wobei die erhaltenen Lösungen alle innerhalb des durch die Ansprüche definierten Schutzumfangs fallen.

Claims (6)

  1. Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon während des Herstellungsprozesses von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphitrotor eine Drehstange und einen Sprühkopf aufweist, wobei die Drehstange ein Innenrohr und ein Außenrohr umfasst, wobei das Außenrohr über einen Drehanschluss mit dem Argonspritzen-Rohr verbunden ist, wobei das Innenrohr mit einem Pulverförderbehälter verbunden ist, wobei der Pulverförderbehälter mit einem Pulverförderrohr verbunden ist.
  2. Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon während des Herstellungsprozesses von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei das Innenrohr aus einem metallischen Material gefertigt ist, und das Außenrohr aus einem Graphitmaterial hergestellt ist.
  3. Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon während des Herstellungsprozesses von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial nach Anspruch 2, wobei das Legierungspulver sich im Pulverförderbehälter befindet.
  4. Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon während des Herstellungsprozesses von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial nach Anspruch 3, wobei das Pulverförderrohr und das Argonspritzen-Rohr gemeinsam dieselbe Argongasquelle benutzen.
  5. Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon während des Herstellungsprozesses von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial nach Anspruch 4, wobei das Pulverförderrohr mit einer Stickstoffgasquelle verbunden ist, und das Argonspritzen-Rohr mit einer Argongasquelle verbunden ist.
  6. Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon während des Herstellungsprozesses von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial nach Anspruch 5, wobei die Innenwand des Innenrohrs des Graphitrotors mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen ist.
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