[發(fā)明專利]一種超聲輔助旋噴攪拌制備準晶增強鋁基復合材料的方法

有效

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• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107881373B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 趙宇宏;閆鋒;陳利文;梁建權;張婷;李沐奚;侯華
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

1.一種超聲輔助旋噴攪拌制備準晶增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：

使用的化學物質(zhì)材料為：鋁合金、鋁銅鐵準晶、無水乙醇、氬氣、氧化鋅脫模劑，其準備用量如下：以克、毫升、厘米³為計量單位

制備方法如下：

(1)制備成型模具

成型模具用熱作模具鋼制造，模具型腔為圓筒形，型腔表面粗糙度均為：Ra0.08-0.16μm，型腔斜度角為5°；

(2)預處理鋁銅鐵準晶

球磨，將鋁銅鐵準晶750g±1g置于球磨機的球磨罐內(nèi)，進行球磨，磨球與粉體的體積比為3:1，球磨時間3.5h，球磨后成鋁銅鐵準晶細粉；

篩選，將鋁銅鐵準晶細粉用400目篩網(wǎng)過篩，球磨、過篩反復進行，成鋁銅鐵準晶粉末；

(3)鋁合金切塊

將鋁合金15000g±1g置于鋼質(zhì)平板上，用機械切塊，塊體尺寸≤10mm×20mm×20mm；

(4)熔煉鋁合金液

鋁合金液的熔煉是在熔煉爐內(nèi)進行的，是在預熱、熔煉、保溫過程中完成的；

①清理熔煉坩堝，用金屬鏟、金屬刷清理熔煉坩堝內(nèi)部，使表面清潔，用無水乙醇清洗熔煉坩堝內(nèi)表面，使其潔凈；

②預熱鋁合金塊，將切制的鋁合金塊置于預熱爐內(nèi)，進行預熱，預熱溫度為200℃，備用；

③預熱熔煉坩堝，開啟熔煉爐加熱器，預熱熔煉坩堝，預熱溫度250℃；

④將預熱的鋁合金塊置于預熱的熔煉坩堝內(nèi)，密閉熔煉爐，開始熔煉，熔煉溫度750℃±1℃，恒溫保溫15min；

⑤降溫至720℃±1℃，恒溫保溫10min，成鋁合金液；

(5)超聲輔助旋噴攪拌半固態(tài)合金熔體

①開啟熔煉爐電磁泵，將鋁合金液通過輸料管輸送到旋噴攪拌坩堝內(nèi)；

②開啟旋噴攪拌爐加熱器，溫度為585℃±1℃，恒溫保溫時間為5min，開啟旋噴攪拌裝置，調(diào)節(jié)旋噴攪拌裝置控制器，攪拌轉速為200r/min，恒溫攪拌10min，成半固態(tài)合金熔體；

③開啟超聲波振動裝置，超聲波頻率為80kHz，調(diào)節(jié)旋噴攪拌裝置控制器，攪拌轉速為300r/min；

④將鋁銅鐵準晶粉末放入氬氣與準晶混合裝置，開啟氬氣與準晶混合輸入管，將混有準晶顆粒的氬氣，通過旋噴攪拌裝置加入到半固態(tài)合金熔體中，通過旋噴攪拌爐出氣閥控制旋噴攪拌爐內(nèi)壓強，保持爐內(nèi)壓強為1個大氣壓；

⑤在超聲波振動裝置輔助下繼續(xù)攪拌10min；

(6)澆鑄成型

①將成型模具置于預熱爐內(nèi)進行預熱，預熱溫度200℃；

②將150mL±5mL氧化鋅脫模劑均勻的噴涂在成型模具表面，厚度為0.15mm；

③關閉旋噴攪拌裝置，開啟電磁密閉傳輸裝置，將半固態(tài)合金熔體通過出料管澆鑄到成型模具中，澆注后冷卻至25℃；

(7)清理、清洗

①開模，取出鑄件；

②將鑄件置于鋼質(zhì)平板上，用機械清理各部及周邊；

③用砂紙打磨鑄件表面，然后用無水乙醇清洗，清洗后晾干，成準晶增強鋁基復合材料；

(8)檢測、分析、表征

對制備的準晶增強鋁基復合材料的形貌、色澤、金相組織結構、力學性能進行檢測、分析、表征；

用金相顯微鏡進行金相組織分析；

用透射電子顯微鏡進行微觀組織分析；

用X射線衍射儀進行XRD分析；

用電子萬能試驗機進行抗拉強度及延伸率分析；

用維氏硬度計進行硬度分析；

結論：準晶增強鋁基復合材料為圓棒狀，金相組織中初生α-Al晶粒呈現(xiàn)球狀或近球狀，樹枝狀的α-Al基本消失，初生α-Al晶粒分布均勻，晶粒尺寸明顯細化，抗拉強度達265Mpa，延伸率達9.5％，硬度達89HV。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種超聲輔助旋噴攪拌制備準晶增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：

初生α-Al晶粒呈現(xiàn)球狀或近球狀，樹枝狀的α-Al基本消失，且初生α-Al晶粒分布均勻，晶粒尺寸明顯細化。