[发明专利]制备颗粒增强金属基复合材料的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备金属基复合材料的装置，尤其涉及一种真空气氛制备颗粒增强金属基复合材料的装置。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料(PRMMCs)具有重量轻、高比强度、高比刚度和比模量、低热膨胀系数、热稳定性、耐腐蚀耐磨性能等特点，是近年来发展最迅速的高技术新材料之一，逐渐成为航空、航天、汽车、电子工业等领域的理想材料，应用前景广阔。PRMMCs的制备方法中，搅拌铸造法具有工艺简单、设备投入少、技术经济效果好的特点，是颗粒增强金属基复合材料大规模生产的最有效的方法之一。

液态搅拌铸造法的原理是将增强颗粒直接加入到熔融的金属基体合金中，通过一定方式的搅拌使颗粒进入并均匀分布在熔体中，然后浇注成型，或浇铸成锭坯、铸件。机械搅拌法制备PRMMCS存在的主要问题是：①颗粒与熔体之间润湿差，导致颗粒团聚，难以均匀分布，影响复合材料的综合性能；②复合材料熔体的粘度大，表面张力高，颗粒难以进入并均匀分散在熔体内；③搅拌制备过程中，易卷气，制备的复合材料孔隙率高。目前改善界面润湿性的方法主要有基体合金化、颗粒表面处理及超声处理等方法，但工艺过程复杂，周期长，成本高，难度大。为使增强颗粒顺利进入并均匀分散在基体中，可通过增加搅拌器的转速对熔体进行强力搅拌，但过高的搅拌速度将使熔体上部的颗粒飞扬或被真空系统抽走，且颗粒在搅拌离心力的作用下，逐渐堆积在坩埚壁上，致使复合材料中颗粒含量不准。另外，过高的搅拌速度也导致熔体发生裹气等现象，影响材料的致密度，造成夹渣和气孔等组织缺陷。

专利号为200510038706.8的中国专利公开了一种工业规模制备内生颗粒增强铝基复合材料的制备方法，即熔体反应法+电磁搅拌处理+半连铸成型集成技术，该方法满足工业化规模制备内生颗粒增强铝基复合材料的要求，但由于是熔体反应法+电磁搅拌技术，使工业过程控制复杂化，成本较高，难度较大。

专利号为200510011160.7的中国专利公开了制备颗粒增强铝基复合材料的真空双搅拌装置，专利号为200510011526.0的中国专利公开了一种制备颗粒增强铝基复合材料的真空机械双搅拌铸造法，均通过内外两个搅拌器实现对熔体的不同搅拌效果。但存在的主要问题有：①基体熔炼和除气、碳化硅和变质剂细化剂的加入等均须在反复抽、放掉真空过程后才能得以实施，不仅增加工序周期，工作效率低，并使熔体带来二次吸气的机会；②增强颗粒须一次性加入到熔体表面，碳化硅颗粒随后在抽真空的过程中易被抽吸到真空泵系统中，且难于短时间内复合到熔体中；③增强颗粒的预处理不能彻底，在预处理过程中颗粒易发生烧结，使其在随后的复合过程中增加分散难度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种真空气氛环境下制备颗粒增强金属基复合材料的装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

制备颗粒增强金属基复合材料的装置，包括基体合金熔炼系统和颗粒预处理系统，颗粒预处理系统通过粉料输送装置与下方的基体合金熔炼系统相衔接，颗粒预处理系统包括坩埚及次级搅拌器，次级搅拌器插入坩埚中；基体合金熔炼系统安装在熔炼炉倾翻转轴上，基体合金熔炼系统的炉体为坩埚熔化炉，在基体合金熔炼系统的炉盖上设有搅拌器升降支架，主级搅拌器安装在搅拌器升降支架上并插入坩埚熔化炉中；所述基体合金熔炼系统还接有抽真空系统和气体保护系统，其特征在于：在基体合金熔炼系统的坩埚熔化炉内壁周缘面设置有分流板，所述分流板沿内壁周缘面上下布置；所述主级搅拌器包含主级搅拌轴、搅拌叶片和搅拌翅，主级搅拌轴的上端与主级电机的转轴传动连接，主级搅拌轴的下端通过键槽与搅拌叶片联接，搅拌叶片上通过联接键联接有搅拌翅；所述次级搅拌器包含次级搅拌轴和次级搅拌桨叶，次级搅拌轴的上端与次级电机的转轴传动连接，次级搅拌轴的下端设置有次级搅拌桨叶。

进一步地，上述的制备颗粒增强金属基复合材料的装置，所述抽真空系统包括机械泵、一级罗茨泵、二级罗茨泵及气体净化器，所述机械泵、一级罗茨泵、二级罗茨泵、气体净化器通过真空联接管依次连接并接入基体合金熔炼系统。

更进一步地，上述的制备颗粒增强金属基复合材料的装置，在粉料输送装置的出料口设一可调节加料通道，可调节加料通道插入基体合金熔炼系统的坩埚熔化炉中，并控制其在坩埚熔化炉中的位置高度，在可调节加料通道上还设有中间合金储料箱。

更进一步地，上述的制备颗粒增强金属基复合材料的装置，所述粉料输送装置为可控调速的步进输送机，输送机的进料口通过一转向阀接在颗粒预处理系统的底部，输送机的出料口连接可调节加料通道。