[發明專利]一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410705911.4
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104357702A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 姜巨福;王迎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C21/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種制備半固態漿料的裝置及方法。

背景技術

顆粒增強鋁基復合材料是由鋁合金作為基體合金，發揮其密度小、塑性好、變形能力強的優勢，以陶瓷顆粒為增強體，發揮其彈性模量好、熱膨脹系數小、耐磨性好的優勢，從而組成一個新的材料體系。這種新的材料體系既具有好的強度、剛度和耐磨性，又具有高熱導率和低膨脹系數等一系列優勢，從而使這種復合材料在在航空、航天、交通運輸、核工業及兵器工業等領域得到廣泛應用。顆粒增強鋁基復合材料中的增強相往往是微米級的陶瓷顆粒。研究發現，隨著微米級陶瓷顆粒的加入量增加，雖然其強度、彈性模量、耐磨性有顯著提高，但是其塑性指標卻隨著微米級陶瓷顆粒的加入量的增加而下降。這使得其塑性變形能力明顯下降。隨著科學技術的發展，研究人員發現，將原來的微米級陶瓷顆粒替換成納米級陶瓷顆粒，不僅可以獲得良好的強度、彈性模量和耐磨性，還可以減緩復合材料塑性指標的下降，甚至有的學者研究發現，適當加入納米陶瓷顆粒增強顆粒，還可以不使延伸率下降。所以，目前對納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的研究已經成為顆粒增強鋁基復合材料研究的一個新的研究熱點。但是，隨著研究人員對納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的研究進行，人們發現如何制備高質量的納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料是首先必須要面對的難題。因為納米陶瓷顆粒隨著顆粒尺寸的減小，其分子間作用力明顯增加，納米顆粒常常團簇聚集在一起，很難將其在鋁合金集體中均勻分開。為此，研究人員采用很多方法嘗試將納米陶瓷顆粒如何均勻在鋁基體中均勻分散，例如超生分散和液態機械攪拌等等。

半固態攪拌在近些年來也在制備納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料方面顯示著一定前景。半固態攪拌是半固態加工技術中半固態漿料制備的典型技術之一。其主要技術原理為，利用機械攪拌裝置產生的剪切力打碎液態鋁合金在降溫過程中產生的初始枝晶，然后通過等溫過程使其演變為近球狀晶。正是這種由近球狀晶和液相組成的半固態漿料是半固態加工技術較傳統的鑄造技術和鍛造技術有很多明顯優勢。即與傳統的液態壓鑄相比，半固態觸變成形技術具有成形溫度低(液-固相溫區)、模具壽命長、組織均勻及其力學性能高等優點；與固態鍛造相比，它的顯著優點是用較小的力、較低的成本一次成形形狀復雜、力學性能接近于鍛件水平的結構件。半固態加工技術一般分為半固態漿料制備然后直接成形的流變成形工藝和制備半固態坯料重熔后觸變成形兩種典型工藝。無論哪種工藝都必須制備高質量的半固態漿料，這影響著后續的成形過程和成形件的質量。半固態攪拌技術作為典型的半固態漿料制備技術之一，起典型技術特點為將液態鋁合金攪拌降溫至半固態溫度再恒溫攪拌，獲得由出生球狀晶的固相和液相組成的半固態漿料。該工藝對于陶瓷顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的制備具有一定技術優勢。這主要因為由于初生球狀晶的固相的支撐和襯托作用，能夠使陶瓷顆粒得到一定的分散。該技術已經在微米級陶瓷顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的制備方面得到嘗試，并證明是有效的。將其應用于納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的制備也是非常有技術前景的。

發明內容

本發明是要解決現有納米陶瓷顆粒很難在鋁基體中均勻分散的問題，而提供了一種制備納米Al₂O₃顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置及方法。

一種制備納米Al₂O₃顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置由底座、第一框架、第二框架、加熱水冷裝置、攪拌坩堝、第一攪拌器、第三攪拌器、第二攪拌器、第一攪拌器連接裝置、第二攪拌器連接裝置、第三攪拌器連接裝置、第一升降橫梁控制裝置、第二升降橫梁控制裝置、攪拌齒輪箱、第一攪拌齒輪、第二攪拌齒輪和第三攪拌齒輪、升降橫梁、第一導套、第二導套、第一軸承、第二軸承、第一升降齒條、第二升降齒條、第一升降齒輪、第二升降齒輪、第一升降電機、第二升降電機、大皮帶輪、傳動皮帶、小皮帶輪(14)、攪拌電機、測溫元件和坩堝蓋板組成；

在底座兩側分別設置第一框架及第二框架，升降橫梁兩側分別設置第一導套及第二導套，升降橫梁中心設置第一軸承及第二軸承，所述的第一軸承設置在第二軸承下端；升降橫梁通過第一導套及第二導套與第一框架及第二框架相配合，在第一框架上設置第一升降橫梁控制裝置，在第二框架上設置第二升降橫梁控制裝置；所述的第一升降橫梁控制裝置及第二升降橫梁控制裝置置于升降橫梁下端；