專利名稱：一種鐵15銅-3.5氮化硼半固態(tài)漿料的機(jī)械均勻分散方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的機(jī)械均勻分散方法。
背景技術(shù)：
公開(kāi)號(hào)CN1888801A，發(fā)明名稱“一種QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料機(jī)械攪拌制備方法”上，闡述了 QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料的機(jī)械制備方法，即，利用機(jī)械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng)和向下運(yùn)動(dòng)，來(lái)打碎QTi3. 5鈦青銅熔體凝固過(guò)程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的石墨顆粒分散到下部的QTi3. 5鈦青銅熔體中，當(dāng)QTi3. 5鈦青銅熔體的周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接近雙面弧形直葉片周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而導(dǎo)致石墨顆粒的分散效果變差時(shí)，機(jī)械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面弧形直葉片另一側(cè)的弧形來(lái)將雙面弧形直葉片上部的石墨顆粒分散到下部的QTi3. 5鈦青銅熔體中；借助于機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)控制裝置，來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械攪拌器進(jìn)行連續(xù)上下運(yùn)動(dòng)，從而在整個(gè)坩堝范圍內(nèi)， 將漂浮在石墨坩堝上部的石墨顆粒分散到QTi3. 5鈦青銅熔體中，得到石墨顆粒分布均勻的QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料。在這種機(jī)械制備方法中，機(jī)械攪拌器為單葉片層機(jī)械攪拌器，采用單層葉片，在葉片與半固態(tài)漿料的有效接觸范圍內(nèi)，借助葉片對(duì)石墨顆粒施加分散作用力，不斷地將石墨顆粒分散到半固態(tài)漿料中，在專利CN1888801A中公開(kāi)的機(jī)械攪拌器單層雙面弧形直葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，單葉片層機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置運(yùn)行即均勻分散10 15min后，可得到石墨顆粒均勻分布的QTi3. 5_10石墨半固態(tài)漿料。鐵15銅是含銅量為15wt%的鐵合金，鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料是含有 3. 5wt%氮化硼顆粒和96. 5wt%初生固相顆粒與液相的半固態(tài)漿料，采用CN1888801A專利方法、在公開(kāi)的機(jī)械攪拌器單層雙面弧形直葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，需要均勻分散10 13分鐘后，才能得到氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料。對(duì)于鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的制備，在實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的前提下，機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置的運(yùn)行時(shí)間即均勻分散時(shí)間越短，能耗越小，成本越低，而且鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料受到的污染也越少，其質(zhì)量越高，因此可實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間越短越好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有機(jī)械制備方法“均勻分散時(shí)間長(zhǎng)”的不足，提供一種能夠快速實(shí)現(xiàn)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒均勻分散的方法， 進(jìn)一步縮短實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時(shí)間。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是采用機(jī)械制備方法，利用雙葉片層機(jī)械攪拌器，在上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為43 45°和33 35°的條件下，對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散。本發(fā)明的有益效果是對(duì)于熔體中的顆粒，要想盡快完成其在熔體中的分散，必須加強(qiáng)分散強(qiáng)度。在半固態(tài)漿料機(jī)械制備方法中，如果在單層葉片對(duì)半固態(tài)漿料中的顆粒實(shí)施分散后，緊接著再利用另一層葉片實(shí)施第二次分散，那么，半固態(tài)漿料中顆粒的分散效果將會(huì)明顯好轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)顆粒均勻分布的均勻分散時(shí)間將進(jìn)一步縮短，本發(fā)明就是利用上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度優(yōu)化組合后的雙層葉片的連續(xù)二次分散，進(jìn)一步促進(jìn)了氮化硼顆粒在半固態(tài)漿料中的均勻分布，從而達(dá)到了縮短均勻分散時(shí)間的目的。利用本發(fā)明，對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時(shí)間可縮短到8分20秒，比采用CN1888801A專利方法的最短均勻分散時(shí)間10分鐘至少縮短了 16%。


圖1為本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散裝置的主視圖。圖中，圓形攪拌桿1，雙面弧形直葉片2，陶瓷坩堝3，加熱管4，冷卻管5，鐵15 銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料6，堵塞7，上蓋8，Ar氣管9，底架11，軸瓦12，止推軸承13，電機(jī) 14，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15，導(dǎo)向板16，導(dǎo)向槽17，齒條18，電機(jī)19，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20，上行程開(kāi)關(guān)21， 下行程開(kāi)關(guān)22，支架23。圖2為本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散裝置的A-A視圖。圖中，熱電偶10。圖3為本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散裝置的B-B局部視圖。圖4為采用本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散后得到的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的微觀組織。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法均勻分散鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒裝置的具體說(shuō)明如下均勻分散鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒裝置包括機(jī)械攪拌器及其驅(qū)動(dòng)與上下移動(dòng)控制裝置、陶瓷坩堝3、上蓋8、堵塞7、Ar氣管9及熱電偶10。陶瓷坩堝3采用機(jī)械連接方式固定于底架11上，其壁內(nèi)間隔均布加熱管4和冷卻管5，分別與外部電源與冷卻液供給系統(tǒng)連接。機(jī)械攪拌器為雙葉片層機(jī)械攪拌器，由圓形攪拌桿1和上下二個(gè)葉片層構(gòu)成，材質(zhì)為耐熱陶瓷，圓形攪拌桿1的下端為方形，其四面與圓形攪拌桿1相切，上下二個(gè)葉片層位于圓形攪拌桿1的方形下端，間隔a為20mm，在上下二個(gè)葉片層中各有四個(gè)除了凹弧面弧度不同以外其它形狀與對(duì)應(yīng)分布狀態(tài)完全相同的雙面弧形直葉片2，下層的四個(gè)雙面弧形直葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端的下部，其根部與圓形攪拌桿1的方形下端的四個(gè)表面垂直，互成90°，寬度與圓形攪拌桿1的直徑相同，雙面弧形直葉片2左右二側(cè)的凹弧面朝下，對(duì)稱分布，為圓弧形，弧度為33 35°，凹弧面上部與雙面弧形直葉片2上表面相切，凹弧面下部的交線與圓形攪拌桿1方形下端的下端面位于同一水平面內(nèi)，雙面弧形直葉片2外端部與陶瓷坩堝3內(nèi)壁之間的距離為5mm ；上層的四個(gè)雙面弧形直葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端的上部，凹弧面弧度為43 45°，此雙面弧形直葉片2的上表面與圓形攪拌桿1方形下端的上端面位于同一水平面內(nèi)。機(jī)械攪拌器的驅(qū)動(dòng)裝置由電機(jī)14、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15和定位機(jī)構(gòu)構(gòu)成。定位機(jī)構(gòu)位于圓形攪拌桿1上部，由上下二個(gè)軸瓦12進(jìn)行橫向定位，由上下二個(gè)止推軸承13進(jìn)行縱向定位，機(jī)械攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)14、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15和定位機(jī)構(gòu)分別采用機(jī)械連接方式固定于導(dǎo)向板16上，導(dǎo)向板16可在固定于支架23上的導(dǎo)向槽17內(nèi)進(jìn)行上下移動(dòng)。機(jī)械攪拌器上下移動(dòng)控制裝置由電機(jī)19、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20、上行程開(kāi)關(guān)21和下行程開(kāi)關(guān)22構(gòu)成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20由齒條18與齒輪、渦輪與蝸桿傳動(dòng)構(gòu)成，齒條18的下端與機(jī)械攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置的導(dǎo)向板16采用機(jī)械連接方式連接，電機(jī)19的轉(zhuǎn)向由上行程開(kāi)關(guān)21、下行程開(kāi)關(guān)22控制，也就是，當(dāng)機(jī)械攪拌器的上層雙面弧形直葉片2向上移動(dòng)到半固態(tài)漿料6上方時(shí)，齒條18的上部觸動(dòng)下行程開(kāi)關(guān)22，電機(jī)19改變轉(zhuǎn)向，使機(jī)械攪拌器向下移動(dòng)；當(dāng)機(jī)械攪拌器的下層雙面弧形直葉片2向下移動(dòng)到陶瓷坩堝3底部時(shí)，齒條18的上部觸動(dòng)上行程開(kāi)關(guān)21，電機(jī)19改變轉(zhuǎn)向，使機(jī)械攪拌器向上移動(dòng)，機(jī)械攪拌器上下移動(dòng)控制裝置的電機(jī)19、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20、上行程開(kāi)關(guān)21、下行程開(kāi)關(guān)22采用機(jī)械連接方式固定于支架23上。Ar氣管9固定于上蓋8的孔內(nèi)，熱電偶10固定于陶瓷坩堝3的側(cè)壁內(nèi)，其端部與半固態(tài)漿料6接觸，堵塞7位于陶瓷坩堝3底部。機(jī)械攪拌器的功率為5kW，機(jī)械攪拌器每隔1 3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)速為 3 5轉(zhuǎn)/秒，機(jī)械攪拌器的連續(xù)上下移動(dòng)速度控制在5 20mm/s。一種鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的機(jī)械均勻分散方法，利用機(jī)械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng)和向下運(yùn)動(dòng)，來(lái)打碎鐵15銅熔體凝固過(guò)程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的氮化硼顆粒分散到下部的鐵15銅熔體中，當(dāng)鐵15銅熔體的周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接近雙面弧形直葉片周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而導(dǎo)致氮化硼顆粒的分散效果變差時(shí)，機(jī)械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面弧形直葉片另一側(cè)的弧形來(lái)將雙面弧形直葉片上部的氮化硼顆粒分散到下部的鐵15銅熔體中；并且借助于機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)控制裝置，來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械攪拌器進(jìn)行連續(xù)上下運(yùn)動(dòng)，從而在整個(gè)坩堝范圍內(nèi)，將漂浮在坩堝上部的氮化硼顆粒分散到鐵15銅熔體中，得到氮化硼顆粒分布均勻的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料，包括以下步驟步驟1，制備鐵15銅熔體，溫度控制在1500°C ；步驟2，按96. 5%和3. 5%的質(zhì)量百分比將上述鐵15銅熔體與230目的氮化硼顆粒倒入陶瓷坩堝3中，坩堝由其壁內(nèi)的加熱管4預(yù)熱到1270°C，蓋上上蓋8后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動(dòng)機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置，對(duì)鐵15銅熔體與氮化硼顆粒進(jìn)行攪拌，同時(shí)，關(guān)閉加熱管4的電源并向坩堝壁內(nèi)的冷卻管5內(nèi)接通冷卻水進(jìn)行冷卻，將鐵 15銅熔體冷卻至1270 1320°C均勻分散溫度后，關(guān)閉冷卻水，打開(kāi)并調(diào)節(jié)加熱管4的電源，使鐵15銅熔體溫度穩(wěn)定在該均勻分散溫度，均勻分散一定時(shí)間后，得到組織均勻的鐵 15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料6。實(shí)施方式一，在機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速為3轉(zhuǎn)/秒、上下移動(dòng)速度為5mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為1270°C下，在雙葉片層機(jī)械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為43°和33°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分20秒。實(shí)施方式二，在機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒、上下移動(dòng)速度為15mm/s、每隔2分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為1270°C下，在雙葉片層機(jī)械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為43°和35°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分10秒。實(shí)施方式三，在機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒、上下移動(dòng)速度為20mm/s、每隔1分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為1320°C下，在雙葉片層機(jī)械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為45°和33°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分20秒。實(shí)施方式四，在機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒、上下移動(dòng)速度為lOmm/s、每隔2分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為1296°C下，在雙葉片層機(jī)械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為44°和34°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分10秒。實(shí)施方式五，在機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒、上下移動(dòng)速度為15mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為1320°C下，在雙葉片層機(jī)械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為45°和35°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分10秒?？梢?jiàn)，在雙葉片層機(jī)械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為43 45°和33 35°條件下，對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行機(jī)械均勻分散，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時(shí)間可縮短到8分20秒。附圖4為采用本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行機(jī)械均勻分散后得到的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的微觀組織。圖中亮色塊狀區(qū)域?yàn)榈痤w粒，灰色球形或橢球形區(qū)域?yàn)槌跎滔囝w粒，其它區(qū)域?yàn)楹笊滔?，可?jiàn)，氮化硼顆粒分布非常均勻。可見(jiàn)，本發(fā)明可快速實(shí)現(xiàn)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒的均勻分散。
權(quán)利要求
1. 一種鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的機(jī)械均勻分散方法，利用機(jī)械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng)和向下運(yùn)動(dòng)，來(lái)打碎鐵15銅熔體凝固過(guò)程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的氮化硼顆粒分散到下部的鐵15銅熔體中，當(dāng)鐵 15銅熔體的周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接近雙面弧形直葉片周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而導(dǎo)致氮化硼顆粒的分散效果變差時(shí)，機(jī)械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面弧形直葉片另一側(cè)的弧形來(lái)將雙面弧形直葉片上部的氮化硼顆粒分散到下部的鐵15銅熔體中；并且借助于機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)控制裝置，來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械攪拌器進(jìn)行連續(xù)上下運(yùn)動(dòng)，從而在整個(gè)坩堝范圍內(nèi)，將漂浮在坩堝上部的氮化硼顆粒分散到鐵15銅熔體中，得到氮化硼顆粒分布均勻的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料，包括以下步驟步驟1，制備鐵15銅熔體，溫度控制在1500°C ；步驟2，按96. 5%和3. 5%的質(zhì)量百分比將上述鐵15銅熔體與230目的氮化硼顆粒倒入陶瓷坩堝中，坩堝由其壁內(nèi)的加熱管預(yù)熱到1270°C，蓋上上蓋后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動(dòng)機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置，對(duì)鐵15銅熔體與氮化硼顆粒進(jìn)行攪拌，同時(shí)，關(guān)閉加熱管的電源并向坩堝壁內(nèi)的冷卻管內(nèi)接通冷卻水進(jìn)行冷卻，將鐵15銅熔體冷卻至1270 1320°C均勻分散溫度后，關(guān)閉冷卻水，打開(kāi)并調(diào)節(jié)加熱管的電源，使鐵15 銅熔體溫度穩(wěn)定在該均勻分散溫度，均勻分散一定時(shí)間后，得到組織均勻的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料；其特征在于，機(jī)械攪拌器為雙葉片層機(jī)械攪拌器，其上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為43 45°和33 35°。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵15銅-3.5氮化硼半固態(tài)漿料的機(jī)械均勻分散方法，屬于鐵15銅-3.5氮化硼半固態(tài)漿料的機(jī)械均勻分散研究領(lǐng)域，本發(fā)明采用機(jī)械制備方法，利用雙葉片層機(jī)械攪拌器，在上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為43～45°和33～35°條件下，對(duì)鐵15銅-3.5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行機(jī)械均勻分散，可快速實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒的均勻分布，均勻分散時(shí)間可縮短到8分20秒。
文檔編號(hào)C22C33/04GK102181774SQ20111008879
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月10日
發(fā)明者劉漢武, 張鵬, 杜云慧 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)