[發明專利]高均質金屬錠坯的立式半連續增材壓制裝備及制備方法

在審

• 申請號: 202211528814.3
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115815628A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 李元元;李寧;孫明翰;趙超;王寶
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F10/10;B22F10/64;B22F12/13;B33Y30/00;B33Y40/20;B33Y10/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜

本發明屬于粉末冶金技術領域，并具體公開了一種高均質金屬錠坯的立式半連續增材壓制裝備及制備方法，其包括機架、模具、送粉組件、上壓頭、下壓頭和加熱裝置；模具安裝在機架中部，模具呈環形，中部為通孔；送粉組件用于將金屬粉末推送至模具的通孔中；上壓頭、下壓頭分別活動安裝在機架上下兩側，上壓頭及下壓頭用于對模具中的金屬粉末提供壓力，將金屬粉末壓制成粉坯；加熱裝置設置在模具下方，加熱裝置呈環形布局，其回轉中心與模具一致；加熱裝置用于對壓制形成的粉坯進行加熱。本發明可實現填粉?壓制?燒結等工序在一臺裝備上的半連續作業，在大幅提升生產效率和占地面積的同時，避免不同工序轉運時的材料氧化，提升錠坯質量。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，更具體地，涉及一種高均質金屬錠坯的立式半連續增材壓制裝備及制備方法。

背景技術

超大重量合金錠在長時、緩慢凝固過程中因溶質富集而導致的成分偏析，是熔煉鑄造領域亟待解決但又極難突破的世界性難題。同時，針對鈦合金等高化學反應的金屬材料，其熔煉制備則更為困難，一般通過真空自耗電弧熔煉法(VAR)制錠。該方法不僅在電極制備過程中極易引入高密度夾雜，同時為了保證所制備合金錠坯成分的均勻性，往往需要進行多次反復自耗熔煉。不僅生產周期長，能耗高，同時也伴隨著大量的材料損耗，致使生產成本居高不下。

粉末冶金方法雖然基于“離散-堆積”原理，通過金屬(或合金)粉末燒結過程進行短程元素擴散實現錠坯制備，有效避免了熔鑄制錠的偏析問題，也在一定程度上降低了鈦合金這類高化學反應活性金屬材料的制備成本。但是，現有傳統粉末冶金生產流程，需要經歷填粉、壓制、燒結等諸多工序，難以實現工藝的連續化，不僅極大地制約了生產效率及產品尺寸規格，同時金屬(或合金)成粉后由于比表面積的急劇增加，活性顯著增強，工序間轉運過程中不可避免地存在破空氧化的問題，顯著的影響了產品質量。

因此，迫切的需要開發一種新裝備與新工藝，在一臺裝備上集成化地實現粉末冶金的現有工序，在避免坯料轉運，降低材料氧化風險的同時，提升生產效率，將粉末冶金技術更廣泛地應用于工業生產，充分發揮其高均質、高純凈的優勢。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種高均質金屬錠坯的立式半連續增材壓制裝備及制備方法，其目的在于，實現填粉-壓制-燒結等多道工序在一臺裝備上的半連續作業，在大幅提升生產效率、降低設備占地面積的同時，有效避免不同工序轉運過程中的材料氧化問題，同步提升錠坯質量。

為實現上述目的，按照本發明的一方面，提出了一種高均質金屬錠坯的立式半連續增材壓制裝備，包括機架、模具、送粉組件、上壓頭、下壓頭和加熱裝置，其中：

所述模具安裝在所述機架中部，模具呈環形，中部為通孔，通過該通孔將金屬粉末保持在模具中；所述送粉組件用于將金屬粉末推送至模具的通孔中；

所述上壓頭、下壓頭分別活動安裝在所述機架上下兩側，所述上壓頭及下壓頭用于對所述模具中的金屬粉末提供壓力，將金屬粉末壓制成粉坯；

所述加熱裝置設置在所述模具下方，該加熱裝置呈環形布局，且其回轉中心與所述模具一致；所述加熱裝置用于對壓制形成的粉坯進行加熱，使其燒結為金屬錠坯。

作為進一步優選的，所述送粉組件包括依次連接的儲粉罐、密封閥、粉料推送裝置，所述粉料推送裝置出口對準所述模具的通孔，用于將金屬粉末自所述儲粉罐推送通孔中。

作為進一步優選的，所述粉料推送裝置為一套或多套，沿所述模具周向環形布局；粉料推送裝置的送粉形式為傳送帶鋪送、螺旋推送、重力傳送或正負壓輸送，送粉速度可調節。

作為進一步優選的，所述儲粉罐上加裝有加熱器，加熱器用于提前預熱粉末，預熱溫度可調節；加熱器的預熱方式為射頻等離子加熱、等離子電弧噴槍加熱、高中頻感應加熱、鉬帶熱場加熱、電阻絲加熱、硅鉬棒加熱或硅碳棒加熱。