[发明专利]一种采用熔体层铺制备金属基材料的装置及方法

说明书

本发明公开了一种采用熔体层铺制备金属基材料的装置及方法，包括物料添加系统，位于物料添加系统下方的三维移动平台以及设于三维移动平台上的冷却台，其中物料添加系统可为至少2套储料系统或者由储料系统和增强相加料装置组合而成的系统，储料系统和增强相加料装置的下端设有出料口；物料添加系统对物料进行处理后通过出料口流出，调节三维移动平台进行运动，将物料添加系统中的物料层铺于冷却台上，制得金属基材料。该装置不仅能够高效率地生产大小尺寸的板材、管材或方坯等状的金属基材料，且复合材料成分分布均匀、力学性能稳定，适用于工业化应用。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，尤其涉及一种采用熔体层铺制备金属基材料的装置及方法。

背景技术

金属基复合材料是由金属基体和纤维或者颗粒等形式的强化相组成，因其兼具金属和增强相的优点，表现出高强度、高塑性、高模量、高耐磨、低成本以及良好的抗疲劳性等优异性能，在船舶运输、汽车和航天航空等领域可发挥重大作用，已经成为国内外的研究热点，被誉为21世纪的新材料。

目前，比较常用的金属基复合材料的制备工艺有很多种，比如粉末冶金法、热等静压法、轧制法、真空压力浸渗法、挤压铸造法以及喷射沉积法等，这些工艺主要是向金属基体中添加不同尺度的陶瓷颗粒或者纳米碳颗粒制备金属基复合材料。虽然这些方法都有各自的优点，但仍存在一系列的问题。比如，热等静压法虽然生产的材料材质致密，尺寸精度高，但设备投资大，工艺周期长，成本高；挤压铸造法很难生产尺寸较大的金属复合材料。而且，这些工艺在添加陶瓷颗粒或者纳米碳颗粒的过程中，由于制备技术的约束，容易出现陶瓷颗粒分布不均匀，以及纳米碳颗粒严重团聚或者金属不浸润现象，从而导致复合材料的塑性、抗疲劳性等性能明显下降，严重制约了金属基复合材料的发展和应用。

而申请号为201410223932.2，名称为“薄层快速凝固成型装置及方法”发明公开了采用单个的坩埚系统及三维移动冷却台制备大铸锭的装置和方法，通过坩埚底部的喷嘴流出金属熔体薄层，并在往复运动的冷却平面上凝固和堆积成方块状的铸锭。采用该装置只能实现一种金属熔体薄层的往复堆叠，制备出单一材料的大铸锭，但不具备多种材料或者多种材料和增强相的复合制备功能，无法高效、快速地制备复合材料。

因此，研究出一种有效的金属基材料制备方法一直是金属基材料研究中的最重要的问题之一。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够采用熔体层铺制备金属基材料的装置，该装置能够有效实现多种金属材料或者金属材料与增强相复合，此外还能生产不同形状的材料；

本发明的第二目的是提供采用上述装置制备金属基材料的方法。

技术方案：本发明采用熔体层铺制备金属基材料的装置，包括物料添加系统，位于其下方的三维移动平台以及设于三维移动平台上的、用于对物料添加系统内的物料进行铺铸的冷却台；所述物料添加系统为储料系统或者由储料系统和增强相加料装置组合而成的系统，储料系统和增强相加料装置的下端设有出料口。

进一步说，储料系统可为坩埚系统或中间包。其中，坩埚系统包括设于真空室上端的坩埚、设于坩埚内的物料加热装置、设于坩埚上端的坩埚密封装置、进气口、测温器及减压阀。储料系统和增强相加料装置下端出料口的处部分或均设有轧辊，三维移动平台、冷却台、出料口及轧辊位于真空室内。冷却台可为平面状、旋转型盘状、曲面状、环状或柱状。

再进一步说，当物料添加系统由储料系统和增强相加料装置组合而成时，所述储料系统为1套，增强相加料装置至少1套。当物料添加系统由储料系统和增强相加料装置组合而成时，所述储料系统至少2套，增强相加料装置至少1套。当物料添加系统由储料系统和增强相加料装置组合而成时，所述储料系统为1套，其下端设有至少2个出料口，部分或所有出料口的一侧设有增强相加料装置。

更进一步说，该装置包括设于储料系统的出料口下端、对出料口处的出口物料进行加热的加热装置，以及与物料添加系统、三维移动平台、冷却台及真空室相连接的微机控制系统。