[發明專利]一種無卷氣鋁-氮化硅熔體的高效攪拌方法及裝置

在審

• 申請號: 201810012552.2
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108187557A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 張偉一;杜云慧;張鵬;王玉潔
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B01F13/06
• 分類號: B01F13/06;B01F15/06;B01F13/08
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 謝建玲;郝亮

本發明公開了一種無卷氣鋁?氮化硅熔體的高效攪拌方法及裝置，屬于冶金、鑄造等材料加工研究領域，本發明采用內壁布有直葉片的變體積石墨坩堝與高速電磁攪拌相結合方式對鋁?氮化硅熔體進行攪拌；利用變體積石墨坩堝，排空熔體上部的全部氣體，進而在與外界氣體完全隔絕的條件下，利用高速電磁攪拌，產生周向高速攪拌運動，利用石墨坩堝內壁上的直葉片，阻止氮化硅顆粒的向下沉淀和離心偏聚運動，從而高效率地得到無卷氣的氮化硅顆粒均勻分布的鋁?氮化硅熔體，攪拌時間可縮短到2分鐘，解決了鋁?氮化硅熔體攪拌中存在的卷氣和攪拌效率低技術問題。

技術領域

本發明屬于冶金、鑄造等材料加工研究領域，特別涉及一種無卷氣鋁-氮化硅熔體的高效攪拌方法及裝置。

背景技術

在冶金、鑄造等材料加工研究領域中，常常需要對各種熔體進行攪拌，比如金屬半固態漿料、添加顆粒熔體的攪拌等等，目的是使熔體的溫度、成分、組織等均勻化。攪拌效率通常取決于攪拌強度，攪拌強度越大，形成的剪切和紊流越強，熔體實現溫度、成分、組織等均勻化的攪拌時間就越短，攪拌效率越高。然而，強烈的攪拌會導致熔體的卷氣問題，極易造成高溫熔體氧化、形成夾雜組織等，即便采用保護性氣氛，卷氣也會使熔體中散布氣孔，導致材料性能惡化，可見，卷氣問題束縛了熔體的攪拌強度，降低了攪拌效率。鋁-氮化硅復合材料含有1.8wt％左右的硅和15wt％左右的氮化硅顆粒，兼有鋁基體的高比強度、高比剛度、導熱快和氮化硅顆粒的硬度高、熱穩定性好、耐磨損等優點，廣泛應用于航空航天、汽車、軍工等領域。由于氮化硅的熔點1900℃高于鋁的熔點660℃，因此氮化硅在鋁液體中是以固態顆粒的形式存在的，另外，由于氮化硅的密度3.2～3.5g/cm³大于鋁的密度2.6～2.8g/cm³，所以氮化硅顆粒在鋁-氮化硅熔體中容易發生沉淀，因此，要想高效率地制備氮化硅顆粒均勻分布的鋁-氮化硅熔體進而得到高性能的鋁-氮化硅復合材料，就必須加大對熔體的攪拌強度，這樣卷氣問題就更加突出了。授權公告號CN105436436B、授權公告號CN103307900B等發明專利通過“收窄攪拌腔內的熔體液面”、“設置熔體擾動隔離器”等方法來阻隔攪動向熔體液面傳遞、避免熔體卷氣。本發明從熔體與氣體完全隔絕的角度出發，進行熔體攪拌方面的創造發明，擺脫了卷氣對攪拌強度和攪拌效率的束縛，可高效率地制備無卷氣的氮化硅顆粒均勻分布的鋁-氮化硅熔體。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，鋁-氮化硅熔體攪拌中存在的卷氣和攪拌效率低問題，提供一種無卷氣鋁-氮化硅熔體的高效攪拌方法及裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

采用內壁布有直葉片的變體積石墨坩堝與高速電磁攪拌相結合方式對鋁-氮化硅熔體進行攪拌；利用變體積石墨坩堝，通過減小石墨坩堝的體積，排空石墨坩堝中熔體上部的全部氣體，并且在熔體與外界氣體完全隔絕的條件下，即沒有氣體源的條件下，進行熔體的攪拌，進而從根源上避免熔體卷氣；利用高速電磁攪拌，在無卷氣束縛的情況下，使鋁-氮化硅熔體產生周向高速攪拌運動，利用石墨坩堝內壁上的直葉片，不斷地將周圍的鋁-氮化硅熔體移到內部、將下部的鋁-氮化硅熔體移到上部，進而阻止氮化硅顆粒的向下沉淀和離心偏聚運動，從而高效率地得到無卷氣的氮化硅顆粒均勻分布的鋁-氮化硅熔體。

本發明的有益效果是：利用本發明，對鋁-氮化硅熔體進行攪拌，可以直接制備出無卷氣、氮化硅顆粒分布均勻的鋁-氮化硅熔體，攪拌時間可縮短到2分鐘，攪拌效率比文獻“Pardeep Sharma,Satpal Sharma,Dinesh Khanduja.Production and some propertiesof Si₃N₄reinforced aluminium alloy composites.Journal of Asian CeramicSocieties 3(2015)352–359”報道的10分鐘提高了400％，解決了鋁-氮化硅熔體攪拌中存在的卷氣和攪拌效率低技術問題。

附圖說明