[發明專利]一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備裝置和方法

有效

• 申請號: 201910342032.2
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110144478B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 怯喜周;武林;黃爍銘;彭艷杰;陳剛;趙玉濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C22C21/00;C22C32/00;B01F13/10;B01F7/24
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1.一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，制備方法采用的裝置包括螺旋循環攪拌復合裝置、螺旋擠壓裝置和模具，螺旋循環攪拌復合裝置、螺旋擠壓裝置和模具依次連通；電機通過傳動裝置分別與螺旋循環攪拌復合裝置和螺旋擠壓裝置的齒輪連接；螺旋循環攪拌復合裝置和螺旋擠壓裝置的坩堝周圍設有感應加熱線圈；圓錐臺狀坩堝截面呈倒梯形；與齒輪連接的螺旋攪拌槳伸入螺旋循環攪拌復合裝置的圓錐臺狀坩堝型腔內，與齒輪連接的螺旋擠壓桿伸入螺旋擠壓裝置的圓錐臺狀坩堝型腔內；螺旋循環攪拌復合裝置的型腔最下方設有滑塊，實現復合熔體的螺旋循環攪拌或進入螺旋擠壓裝置的調節；循環管道位于螺旋循環攪拌復合裝置坩堝的外部，螺旋循環攪拌復合裝置的型腔的底部通過循環管道與型腔的頂部連通；螺旋擠壓裝置的擠出端與模具相連；其特征在于，制備方法具體制備步驟如下：

（1）首先將鋁基體合金放入螺旋循環攪拌復合裝置中加熱至750℃~900℃并熔化后，放入原位反應物，借助螺旋攪拌槳螺旋循環攪拌的作用實現原位納米復合，生成納米增強體顆粒；

（2）然后將原位復合熔體直接通入螺旋擠壓裝置，并在螺旋擠壓裝置中冷卻至300~550℃，利用螺旋擠壓裝置中螺旋擠壓桿運動產生的大變形剪切作用，實現原位合成的納米顆粒增強鋁基復合材料中納米顆粒“團簇”的破碎和基體晶粒的細化；

（3）最后通過擠出端模具成形獲得所需形狀的高強韌原位納米顆粒增強鋁基復合材料型材。

2.如權利要求1所述的一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述的螺旋循環攪拌復合裝置的坩堝為石墨坩堝；所述的螺旋擠壓裝置的坩堝為耐熱模具鋼坩堝；所述擠出端模具材料為耐熱模具鋼。

3.如權利要求1所述的一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述螺旋循環攪拌復合裝置的坩堝、感應加熱線圈、循環管道和滑塊均位于承重保溫外壁的內部；所述螺旋擠壓裝置的坩堝和感應加熱線圈位于承重保溫外壁的內部。

4.如權利要求1所述的一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述的螺旋循環攪拌復合裝置的螺旋攪拌槳和坩堝采用石墨制成，其中攪拌槳螺旋節距20~30mm、槳葉厚為5~8mm、轉速為10~50r/min；圓錐臺狀坩堝內腔頂端直徑為300~1500mm底端直徑為20~100mm。

5.如權利要求1所述的一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述的螺旋擠壓裝置的螺旋擠壓桿采用耐熱模具鋼，其中螺旋擠壓桿的螺距30~50mm、螺紋厚度為10~20mm、轉速為20~100r/min；圓錐臺狀坩堝內腔頂端直徑為100~500mm底端直徑為10~25mm。

6.如權利要求1所述的一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述的鋁基體合金根據具體用途不同，選擇純鋁、2系、5系、6系或7系鋁合金。

7.如權利要求1所述的一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，納米增強體顆粒是由引入的不同反應物在熔體中原位反應生成的Al₂O₃，ZrB₂，TiB₂中的一至多種，增強體顆粒尺寸為2~100nm，增強體占鋁基復合材料的體積分數的0.2~25vol％。

8.如權利要求1所述的一種高強韌納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，反應時間為25~30min，反應過程中應伴有攪拌，最終在熔體中原位合成納米陶瓷增強體；所述納米增強體顆粒形成元素化合物為Co₃O₄，K₂ZrF₆，K₂TiF₆，KBF₄，Na₂B₄O₇，ZrO₂，B₂O₃，Al₂(SO₄)₃和K₂ZrF₆ 中的一至多種。