[發(fā)明專利]一種形變驅(qū)動固相擠壓裝置及用該裝置一步法制備合金棒材的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010067163.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111151760B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃永憲;謝聿銘;王非凡;孟祥晨;李峻臣;萬龍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22F3/20
• 分類號: B22F3/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

一種形變驅(qū)動固相擠壓裝置及用該裝置一步法制備合金棒材的方法。本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決粉末冶金法制備合金結(jié)構(gòu)材料過程中需要外加熱源，耗時耗能，所得合金材料組織不夠細化粗化，且孔隙率大、不夠致密的技術(shù)問題。裝置包括攪拌頭、擠壓容器和頂桿，攪拌頭是由上安裝體和下工作體構(gòu)成的具有中空通道的一體結(jié)構(gòu)，下工作體外表面設(shè)置有減阻槽，下工作體置于擠壓容器的凹槽內(nèi)，頂桿置于攪拌頭的中空通道內(nèi)。方法：將合金粉末置于擠壓容器中，用攪拌頭施加壓力并高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)大塑性變形及摩擦形變熱輸入，燒結(jié)合金粉末并使其沿攪拌頭中空通道擠出，一步制得超細晶合金棒材。本發(fā)明的方法，成本低、效率高、性能優(yōu)異、節(jié)能環(huán)保。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種形變驅(qū)動固相擠壓裝置及用該裝置一步法制備合金棒材的方法。

背景技術(shù)

金屬結(jié)構(gòu)材料在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，為滿足社會發(fā)展和國家安全對結(jié)構(gòu)材料的更高要求，新型材料制備方法已成為突破傳統(tǒng)材料局限性的重要途徑。粉末冶金法，包括熱壓燒結(jié)、熱等靜壓、等離子體放電燒結(jié)等，廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運輸、電力電子等行業(yè)。粉末冶金法作為一種經(jīng)典的固相材料制備方式，相較于液相制備方式，具有性能優(yōu)越、環(huán)保節(jié)能、成本低廉等優(yōu)點。

然而，目前的粉末冶金技術(shù)由于其工藝固有特性，在物理性能、力學(xué)性能和工藝等方面還存在著一定的缺陷：（1）晶粒組織不夠細化。粉末制備所得的晶粒尺寸比鑄造即液相方法要細小，但仍不能滿足使用需求。因此，針對粉末冶金所制備的合金結(jié)構(gòu)材料，往往后續(xù)需要冷變形或熱變形加工的辦法進一步細化其晶粒，提高材料的強度、硬度和塑性等力學(xué)性能；（2）存在孔隙率，組織不夠致密。因為粉末冶金是將粉末直接燒結(jié)成為塊體結(jié)構(gòu)材料，在沒有外加作用的輔助下，粉末間本身的間隙難以徹底消除，從而在一定程度上影響材料的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和力學(xué)性能；（3）制備效率偏低。由于粉末燒結(jié)需要在一定的溫度條件下進行，其升溫和降溫過程需要較長的時間，這使得粉末冶金技術(shù)的制備效率下降。

針對以上三點，如能開發(fā)一種無需外加熱源，且在制備過程中可實現(xiàn)組織超細晶化和致密化的技術(shù)，克服粉末冶金制備合金結(jié)構(gòu)材料的固有局限性，提高粉末冶金材料的強度和耐磨性，將大大拓展粉末冶金的應(yīng)用廣度和深度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決粉末冶金法制備合金結(jié)構(gòu)材料過程中需要外加熱源，耗時耗能，所得合金材料組織不夠細化粗化，且孔隙率大、不夠致密的技術(shù)問題，而提出了一種在燒結(jié)過程中引入大塑性變形與形變產(chǎn)熱，實現(xiàn)形變驅(qū)動固相擠壓粉末一步法制備合金棒材的裝置與方法。

本發(fā)明的形變驅(qū)動固相擠壓裝置包括攪拌頭、擠壓容器和頂桿，攪拌頭是由上安裝體和下工作體構(gòu)成的具有中空通道的一體結(jié)構(gòu)，下工作體外表面設(shè)置有減阻槽，下工作體置于擠壓容器的凹槽內(nèi)，頂桿置于攪拌頭的中空通道內(nèi)。

進一步限定，所述上安裝體和下工作體均為圓柱體。

進一步限定，所述上安裝體直徑略小于下工作體直徑。

進一步限定，所述下工作體直徑與中空通道直徑之比為24：5。

進一步限定，在所述上安裝體外表面加工出安裝面。

進一步限定，所述下工作體底部的摩擦工作面為內(nèi)凹圓環(huán)面。

進一步限定，所述內(nèi)凹圓環(huán)面內(nèi)凹5°。

進一步限定，所述下工作體直徑與擠壓容器內(nèi)壁直徑相等。

進一步限定，所述攪拌頭材料為工具鋼、硬質(zhì)合金、鎢錸合金或陶瓷，且硬度不低于合金粉末的硬度。

進一步限定，所述擠壓容器材料為鎂合金、鋁合金、鋅合金、銅合金、鈦合金、鋼或硬質(zhì)合金，且材料主元素與合金粉末一致。

進一步限定，所述頂桿材料為工具鋼、硬質(zhì)合金、鎢錸合金或陶瓷，且硬度不低于合金粉末的硬度。