一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置及其使用方法
【專利摘要】一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置及其使用方法，涉及一種制備復(fù)合材料或漿料的裝置及其使用方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有利用攪拌鑄造法制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的過程中存在的攪拌棒在攪拌過程中產(chǎn)生熱腐蝕，導(dǎo)致攪拌棒的使用壽命短，材料中引入雜質(zhì)元素，對材料的純度造成影響，且攪拌棒對制備大體積的復(fù)合材料困難的技術(shù)問題。本發(fā)明的裝置由容器端蓋、加熱元件、熔煉容器、超聲裝置、熱電偶、閥門開關(guān)、出料通道、旋轉(zhuǎn)裝置、裝置支撐結(jié)構(gòu)、材料收集容器、傳動(dòng)裝置、裝置外殼、側(cè)壁筋、底部筋、馬達(dá)和減速裝置組成。本發(fā)明的裝置應(yīng)用于復(fù)合材料或漿料的制備領(lǐng)域。
【專利說明】一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備復(fù)合材料或漿料的裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬基復(fù)合材料是以金屬或合金為基體，以纖維、晶須、顆粒等為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。通過合理的設(shè)計(jì)和復(fù)合工藝，使之兼有金屬良好的塑韌性和加工性能以及增強(qiáng)體的高比強(qiáng)、比剛，更好的導(dǎo)熱性、耐磨性以及尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。在早期的金屬基復(fù)合材料研究發(fā)展中，航空、航天、武器等軍事技術(shù)的需求起到了巨大的推動(dòng)作用，而在可預(yù)期的將來，汽車、電子等民用工業(yè)的迅速發(fā)展必為金屬基復(fù)合材料提供更加廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]依據(jù)增強(qiáng)體的加入方式，金屬基復(fù)合材料的制備方法可分為外加法和原位反應(yīng)法。外加法是以粉體混合、熔融金屬中添加陶瓷顆粒等物理方式達(dá)到基體和增強(qiáng)相相容，再通過燒結(jié)、鑄造、壓力加工等后續(xù)工藝制備成品，常用的外加法主要有粉末冶金法、噴射沉積法、攪拌鑄造法、擠壓鑄造法等。攪拌鑄造法也叫摻和鑄造，是利用機(jī)械猛烈攪拌使液態(tài)的合金形成渦流，同時(shí)將增強(qiáng)體顆粒加入，并使顆粒均勻分布在基體中，然后使其快速凝固即可制得顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。根據(jù)鑄造時(shí)加熱溫度可以分為全液態(tài)攪拌鑄造、半固態(tài)攪拌鑄造和攪熔鑄造。攪拌鑄造法工藝簡單、成本低，對產(chǎn)品的尺寸、形狀限制較低，可以生產(chǎn)大體積的復(fù)合材料，但加入的增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)一般不超過20%，且易造成增強(qiáng)顆粒分布的不均勻。
[0004]上述利用攪拌鑄造法制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料是依靠傳統(tǒng)的攪拌棒的機(jī)械攪拌達(dá)到混合的目的，若采用金屬材質(zhì)的攪拌棒在攪拌過程中由于高溫非常容易產(chǎn)生熱腐蝕以及復(fù)合材料的增強(qiáng)相對攪拌葉的沖蝕，這樣一方面就造成了攪拌棒使用壽命一般都比較短，另一方面也是最重要的方面就是攪拌棒的腐蝕容易使材料中引入雜質(zhì)元素，對材料的純度造成影響；如果采用陶瓷材料的攪拌棒，最主要的就是陶瓷攪拌棒的價(jià)格非常昂貴，且攪拌棒一般都比較小，對于制備大體積的復(fù)合材料而言，存在一定的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有利用攪拌鑄造法制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的過程中存在的攪拌棒在攪拌過程中產(chǎn)生熱腐蝕，導(dǎo)致攪拌棒的使用壽命短，材料中引入雜質(zhì)元素，對材料的純度造成影響，且攪拌棒對制備大體積的復(fù)合材料困難的技術(shù)問題，從而提供了一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置及其使用方法。
[0006]一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置，是由容器端蓋、加熱元件、熔煉容器、超聲裝置、熱電偶、閥門開關(guān)、出料通道、旋轉(zhuǎn)裝置、裝置支撐結(jié)構(gòu)、材料收集容器、傳動(dòng)裝置、裝置外殼、側(cè)壁筋、底部筋、馬達(dá)和減速裝置組成；所述容器端蓋、熔煉容器、閥門開關(guān)和出料通道組成材料制備室，所述側(cè)壁筋和底部筋在熔煉容器中，所述超聲裝置和熱電偶從容器端蓋部位引入熔煉容器中，所述出料通道的下方放置材料收集容器，且材料收集容器放置在傳動(dòng)裝置上方，所述馬達(dá)通過減速裝置與傳動(dòng)裝置相連接。
[0007]本發(fā)明包括以下有益效果:
[0008]1、本發(fā)明的裝置避免了傳統(tǒng)攪拌鑄造中攪拌棒熱腐蝕，導(dǎo)致攪拌棒的使用壽命短，材料中引入雜質(zhì)元素，對材料的純度造成影響的一系列問題；
[0009]2、本發(fā)明的裝置可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料制備和成形一體化，通過閥門結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)將已經(jīng)制備出的復(fù)合材料直接澆注到模腔進(jìn)行模鍛成形或者注射成形，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化
生產(chǎn)；
[0010]3、本發(fā)明的裝置通過上端蓋部件，可以實(shí)現(xiàn)容器的密封或者惰性氣體保護(hù)，因此可以實(shí)現(xiàn)鎂合金、鈦合金等復(fù)合材料或半固態(tài)漿料的制備；
[0011]4、本發(fā)明的裝置不但可以制備低體分率增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)高體分率增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料的制備；
[0012]5、本發(fā)明裝置與傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌相比可以避免攪拌桿的腐蝕給材料帶來污染，而且還因?yàn)樵跈C(jī)械攪拌中攪拌桿頂端與攪拌容器底部不能接觸，所以對此區(qū)域的攪拌效果必然受到影響，而此裝置由于沒有此區(qū)域的存在因而攪拌更加均勻；
[0013]6、與電磁攪拌相比，電磁攪拌由于是材料是通過電磁力的作用而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，所以設(shè)備的大小和所制備的復(fù)合材料的多少都有限制，且設(shè)備相對而言較為昂貴。而本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，一次可以制備較多的復(fù)合材料，效率較高。
[0014]上述一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0015]一、將原材料金屬置于熔煉容器中，在加熱部件的作用下進(jìn)行熔化，并保溫至金屬材料熔化完全，然后對熔煉容器進(jìn)行降溫處理，至溫度達(dá)到金屬材料的半固態(tài)溫度后，將增強(qiáng)材料放入容器中；
[0016]二、啟動(dòng)超聲裝置，開動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)裝置，通過無級變速控制整個(gè)材料制備室沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)10?30分鐘，然后停止馬達(dá)，開啟閥門開關(guān)，沿著出料通道流出的產(chǎn)物通過容器進(jìn)行接收，所得物質(zhì)即為金屬基復(fù)合材料。
[0017]本發(fā)明制備的金屬基復(fù)合材料有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、本發(fā)明所制備的金屬基復(fù)合材料不但可以用來制備鋁基金屬基復(fù)合材料，而且可以通過端蓋I的密封作用，可以實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下或者惰性氣體下金屬基復(fù)合材料的制備，因此可以制備那些容易發(fā)生氧化的金屬基復(fù)合材料，如鎂基復(fù)合材料和鈦基復(fù)合材料等;
[0019]2、本發(fā)明所提出的金屬基復(fù)合材料制備裝置的原理是通過設(shè)備的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)材料的均勻混合，因此對復(fù)合材料中金屬含量的沒有很嚴(yán)格的限制，其不但可以實(shí)現(xiàn)低體分率增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備，而且也可以實(shí)現(xiàn)高體分率增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備；
[0020]3、本發(fā)明裝置中由于側(cè)壁和底部筋以及超聲裝置的強(qiáng)烈的分散效果，因此對于納米材料增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備提出了一種新的方法。
[0021]上述一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0022]一、將原材料金屬置于熔煉容器中，在加熱部件的作用下進(jìn)行熔化，并保溫至金屬材料熔化完全，然后對熔煉容器進(jìn)行降溫處理，至溫度達(dá)到金屬材料的半固態(tài)溫度；[0023]二、啟動(dòng)超聲裝置，開動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)裝置，通過無級變速控制整個(gè)材料制備室沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)10?30分鐘，然后停止馬達(dá)，開啟閥門開關(guān)，沿著出料通道流出的產(chǎn)物通過容器進(jìn)行接收，所得物質(zhì)即為半固態(tài)漿料。
[0024]本發(fā)明制備的半固態(tài)漿料為球狀晶均勻分布的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的剖面圖；
[0026]圖2為圖1中拆去1、4和5后的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1和圖2說明本【具體實(shí)施方式】，本實(shí)施方式的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置，是由容器端蓋1、加熱元件2、熔煉容器3、超聲裝置
4、熱電偶5、閥門開關(guān)6、出料通道7、旋轉(zhuǎn)裝置8、裝置支撐結(jié)構(gòu)9、材料收集容器10、傳動(dòng)裝置U、裝置外殼12、側(cè)壁筋13、底部筋14、馬達(dá)15和減速裝置16組成；所述容器端蓋1、熔煉容器3、閥門開關(guān)6和出料通道7組成材料制備室，所述側(cè)壁筋13和底部筋14在熔煉容器3中，所述超聲裝置4和熱電偶5從容器端蓋I部位引入熔煉容器3中，所述出料通道7的下方放置材料收集容器10，且材料收集容器10放置在傳動(dòng)裝置11上方，所述馬達(dá)15通過減速裝置16與旋轉(zhuǎn)裝置8相連接。
[0028]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0029]一、將原材料金屬置于熔煉容器3中，在加熱部件2的作用下進(jìn)行熔化，并保溫至金屬材料熔化完全，然后對熔煉容器3進(jìn)行降溫處理，至溫度達(dá)到金屬材料的半固態(tài)溫度后，將增強(qiáng)材料放入容器3中；
[0030]二、啟動(dòng)超聲裝置4，開動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)裝置8，通過無級變速控制整個(gè)材料制備室沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)10?30分鐘，然后停止馬達(dá)，開啟閥門開關(guān)6，沿著出料通道7流出的產(chǎn)物通過容器10進(jìn)行接收，所得物質(zhì)即為金屬基復(fù)合材料。
[0031]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方二不同的是:步驟一中增強(qiáng)材料為SiC顆粒。其它與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方二或三不同的是:步驟二中沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)20分鐘。其它與【具體實(shí)施方式】二或三相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0034]一、將原材料金屬置于熔煉容器3中，在加熱部件2的作用下進(jìn)行熔化，并保溫至金屬材料熔化完全，然后對熔煉容器3進(jìn)行降溫處理，至溫度達(dá)到金屬材料的半固態(tài)溫度；
[0035]二、啟動(dòng)超聲裝置4，開動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)裝置8，通過無級變速控制整個(gè)材料制備室沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)10?30分鐘，然后停止馬達(dá)，開啟閥門開關(guān)6，沿著出料通道7流出的產(chǎn)物通過容器10進(jìn)行接收，所得物質(zhì)即為半固態(tài)漿料。
[0036]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方五不同的是:步驟二中沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)20分鐘。其它與【具體實(shí)施方式】五相同。[0037]通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0038]試驗(yàn)一:本試驗(yàn)的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0039]一、將原材料金屬置于熔煉容器3中，在加熱部件2的作用下進(jìn)行熔化，并保溫至金屬材料熔化完全，然后對熔煉容器3進(jìn)行降溫處理，至溫度達(dá)到金屬材料的半固態(tài)溫度后，將增強(qiáng)材料SiC顆粒放入容器3中；
[0040]二、啟動(dòng)超聲裝置4，開動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)裝置8，通過無級變速控制整個(gè)材料制備室沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)20分鐘，然后停止馬達(dá)，開啟閥門開關(guān)6，沿著出料通道7流出的產(chǎn)物通過容器10進(jìn)行接收，所得物質(zhì)即為金屬基復(fù)合材料。
[0041]本發(fā)明制備的金屬基復(fù)合材料通過制備裝置設(shè)備的側(cè)壁和底部筋以及超聲裝置的強(qiáng)烈的分散效果，實(shí)現(xiàn)材料的均勻混合。
[0042]試驗(yàn)二:本試驗(yàn)的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0043]一、將原材料金屬置于熔煉容器3中，在加熱部件2的作用下進(jìn)行熔化，并保溫至金屬材料熔化完全，然后對熔煉容器3進(jìn)行降溫處理，至溫度達(dá)到金屬材料的半固態(tài)溫度；
[0044]二、啟動(dòng)超聲裝置4，開動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)裝置8，通過無級變速控制整個(gè)材料制備室沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)20分鐘，然后停止馬達(dá)，開啟閥門開關(guān)6，沿著出料通道7流出的產(chǎn)物通過容器IO進(jìn)行接收，所得物質(zhì)即為半固態(tài)漿料。
[0045]本發(fā)明制備的半固態(tài)漿料為球狀晶均勻分布的。
【權(quán)利要求】
1.一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置，其特征在于制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置，是由容器端蓋(I)、加熱元件(2)、熔煉容器(3)、超聲裝置(4)、熱電偶(5)、閥門開關(guān)(6)、出料通道(7)、旋轉(zhuǎn)裝置(8)、裝置支撐結(jié)構(gòu)(9)、材料收集容器(10)、傳動(dòng)裝置(11)、裝置外殼(12)、側(cè)壁筋(13)、底部筋(14)、馬達(dá)(15)和減速裝置(16)組成；所述容器端蓋(I)、熔煉容器(3 )、閥門開關(guān)(6 )和出料通道(7 )組成材料制備室，所述側(cè)壁筋(13 )和底部筋(14 )在熔煉容器(3 )中，所述超聲裝置(4 )和熱電偶(5 )從容器端蓋(I)部位引入熔煉容器(3)中，所述出料通道(7)的下方放置材料收集容器(10)，且材料收集容器(10)放置在傳動(dòng)裝置(11)上方，所述馬達(dá)15通過減速裝置(16)與旋轉(zhuǎn)裝置(8)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，其特征在于一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，具體是按以下步驟完成的: 一、將原材料金屬置于熔煉容器(3)中，在加熱部件(2)的作用下進(jìn)行熔化，并保溫至金屬材料熔化完全，然后對熔煉容器(3)進(jìn)行降溫處理，至溫度達(dá)到金屬材料的半固態(tài)溫度后，將增強(qiáng)材料放入容器(3)中； 二、啟動(dòng)超聲裝置(4)，開動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)裝置(8)，通過無級變速控制整個(gè)材料制備室沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)10?30分鐘，然后停止馬達(dá)，開啟閥門開關(guān)(6)，沿著出料通道7流出的產(chǎn)物通過容器10進(jìn)行接收，所得物質(zhì)即為金屬基復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，其特征在于步驟一中增強(qiáng)材料為SiC顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，其特征在于步驟二中沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)20分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，其特征在于制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，具體是按以下步驟完成的: 一、將原材料金屬置于熔煉容器(3)中，在加熱部件(2)的作用下進(jìn)行熔化，并保溫至金屬材料熔化完全，然后對熔煉容器(3)進(jìn)行降溫處理，至溫度達(dá)到金屬材料的半固態(tài)溫度； 二、啟動(dòng)超聲裝置(4)，開動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)裝置(8)，通過無級變速控制整個(gè)材料制備室沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)10?30分鐘，然后停止馬達(dá)，開啟閥門開關(guān)(6)，沿著出料通道(7)流出的產(chǎn)物通過容器(10)進(jìn)行接收，所得物質(zhì)即為半固態(tài)漿料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備金屬基復(fù)合材料或者半固態(tài)漿料的裝置的使用方法，其特征在于步驟二中沿順時(shí)針和逆時(shí)針依次交替轉(zhuǎn)動(dòng)20分鐘。
【文檔編號】C22C32/00GK103862005SQ201410138524
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】程遠(yuǎn)勝, 馬卓識 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)