[發明專利]一種熔體控制原位自生鋁基復合材料組織調控方法和系統

有效

• 申請號: 202111165211.7
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113878098B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 王浩偉;李險峰;夏存娟;陳東;鄧亞琪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海交通大學安徽（淮北）陶鋁新材料研究院
• 主分類號: B22D11/06
• 分類號: B22D11/06;B22D11/117;B22D11/113;B22D11/108;B22D11/115;B22D11/114;C22C1/06;C22C1/10;C22C32/00;C22C21/00
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

本發明公開了一種熔體控制原位自生鋁基復合材料組織調控系統和方法，可在鋁基材料中原位自生TiBsubgt;2/subgt;顆粒，通過電磁攪拌、超聲處理實現微納顆粒在鋁基體中的均勻分布；通過旋轉噴吹和真空除氣實現熔體凈化；采用復合稀土元素變質實現熔體內固態析出相在微納顆粒干擾下的可控形核；采用單輥和圓弧段水冷導軌壁對鋁熔體進行急冷以實現細晶和超細晶，同時實現上述過程的連續的在線處理和生產。

技術領域

本發明屬于鋁基復合材料領域，涉及熔體控制原位自生鋁基復合材料組織調控。

背景技術

輕質高強是結構材料發展永恒的主題。鋁合金作為應用最廣泛的輕質結構材料，經過百余年發展其性能潛力已近極限，以陶瓷增強鋁合金是實現其性能跨越的有效途徑。如國際上常用的外加SiC顆粒增強鋁基復合材料，能大幅提高材料剛度和硬度，但是，卻又帶來塑性的惡化、加工成形十分困難等一系列問題，嚴重阻礙了其工程應用。以原位自生方法合成微納級增強顆粒，可突破傳統鋁基復合材料塑性低、加工難等性能與應用瓶頸。

國內外長期研究結果表明，原位自生制備鋁基復合材料是通過高溫熔鹽化學反應，在鋁熔體中生長出陶瓷顆粒，其形態和尺寸幾乎無法控制；在熔體凈化過程中，因陶瓷顆粒與夾雜的性質相近而難以分離；自生的微納顆粒極易在熔體中團聚和凝固偏聚；顆粒的存在阻礙了凝固析出相的變質、固態相變的元素擴散和析出相脫溶、塑性變形的流變等。由于這些因素的存在，很難實現有效的組織和結構調控，無法得到具有實際應用價值的原位自生鋁基復合材料。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種熔體控制原位自生鋁基復合材料組織調控系統和方法。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何對熔體控制原位自生鋁基復合材料進行有效的組織和結構調控。

為實現上述目的，本發明在第一方面提供了一種熔體控制原位自生鋁基復合材料組織調控方法，包括步驟：

(1)提供包括抽氣口和浸入管的真空包，浸入管被設置為可浸入至鋁熔爐中的鋁熔體中；提供用于氬氣旋轉噴吹的石墨轉子，石墨轉子具有轉桿和噴頭，轉桿被設置為通過設置在真空包頂部的密封軸承，穿過真空包的真空室，將噴頭插入鋁熔體的底部；轉桿包括內管和外管，外管通過旋轉接頭與氬氣噴吹管相連，內管與粉料輸送倉相連，粉料輸送倉與粉料輸送氣管相連；提供電磁攪拌裝置，電磁攪拌裝置設置在鋁熔爐的下方；

(2)使真空包的浸入管浸入鋁熔體中，通過抽氣口對真空室內抽真空；

(3)降下石墨轉子，使得轉桿通過設置在真空包頂部的密封軸承，穿過真空包的真空室，將噴頭插入鋁熔體的底部；

(4)氬氣噴吹管通過外管進行氬氣噴吹；通過粉料輸送氣管的內管，將粉料輸送倉內的粉料噴吹入鋁熔體中；

(5)啟動電磁攪拌裝置，對鋁熔體進行電磁攪拌；

(6)將經過氬氣噴吹和真空除氣處理后的鋁熔體通過澆嘴送入單輥急冷裝置，單輥急冷裝置包括相互配合的水冷輥和圓弧段水冷導軌壁，圓弧段水冷導軌壁的曲率半徑和水冷輥的半徑相同，且弧度不大于90度；通過控制水冷輥的轉速控制凝固后的鋁基體的晶粒尺寸。

進一步地，粉料包括Na₃AlF₆、LiF₃、LiCl₃的反應助劑和NaBF₄和Na₂TiF₆的反應鹽。

進一步地，粉料中還包含復合鑭鈰稀土中間合金變質劑。

進一步地，在反應過程中，向鋁熔體施加2-4T的脈沖磁場。

進一步地，在反應過程中，向鋁熔體施加200-1800W/m²的高能超聲場。