一种制造复合材料的方法与设备技术

一种制造复合材料的方法与设备，该法是将粒径小至０. ０５微米或更小的强化材制成悬浮液，加热后添加于熔融的金属基材中，通过混合、搅拌、除气，然后铸成铸锭。整个工序在惰性气体覆盖下进行；所用设备有熔解基材用的加热炉、散布强化材悬浮液的加料容器，搅抖装置和除气装置等。利用本发明专利技术的设备及方法，可使强化材均匀分布于金属基材中，达到制得的金属基复合材具有良好机械特性的目的。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造复合材料的方法与设备。习知的金属基复合材料可用加入强化材于金属基材中制得金属基复合材料，以强化其机械性能。根据OROWAN理论，可以导出金属基复合材料强度增加量与散布强化材颗粒半径的关系为τ.τo＝3fGb/4(1-f)r式中τ，τo分别为金属基复合材料与原米金属基材的屈服强度，G为金属基材的剪力系数，b为差排之卜格向量(Burgers Vector)，f为强化材颗粒在基材内的体积比，r为强化材颗粒半径。根据上式可知，当散布强化材颗粒体积比f固定时，金属基复合材料强度之增加量(τ-τo)随散布强化材颗粒半径r之降低而提高，这一结论提供了金属基复合材料开发的一个基本原则，即在金属基复合材料内所添加的强化材，如能分布均匀并且强化材尺寸尽量微细，则可获得最佳的机械性质。然而，当微细的强化材直接饲入金属基材后，受Van der waals吸引力关系，强化材颗粒间易发生聚集现象，无法均匀地分散于金属基材里，遂劣化复合材成品的品质。此外，将微细的强化材如以干燥的颗粒状直接加入金属基材的熔汤中后，干燥的强化材粉粒受高温溶汤上方热对流的影响，容易飞扬散失，操持不易，加料速率难以控制。生产困难。另外，在使用漩涡搅拌方法将强化材与金属基材均匀混合时，因将气体引入金属熔汤内，于浇铸前，未将空气除去，使铸件产生许多气孔，降低材料强度，缩短铸件寿命;即使在高度真空条件下，虽可从熔汤中除去部分气体，但因金属熔汤的粘滞性极高，在粘稠的熔汤中排除其间的气体和气泡，更是困难。本专利技术的目的是要提供一种制造复合材料的方法与设备，使用该方法和设备，可将粒径小至0.05微米或更细小的强化材，均匀分布在金属基材中，并除去因搅拌混入其中的气体，从而获得有优越机械性能的复合材料。本专利技术的目的是这样实现的该法是将粒径小至0.05微米或更小的强化材制成悬浮液，加热后添加于熔融的金属基材中，通过混合、搅拌、除气，然后铸成铸锭。整个工序在惰性气体覆盖下进行;所用设备有熔解基材用的加热炉、散布强化材悬浮液的加料容器，搅拌装置和除气装置等。本专利技术的优点1、保证制得复合材料的质量，确实改进金属合金基材的性能因将强化材用悬浮液与基材混合，并用除气装置将混合时带入的空气除掉，可保证混合均匀，并不使制得复合材料中存有空气，气泡。2、使用设备，大部为通用设备组装而成，结构简单，容易实施。3、制造过程简单，成本低，适用范围广对于一般金属基复合材料均可采用本专利技术方法散布超微细的强化材，故可广泛应用于汽车、航天各种工业零件及工程材料上。本专利技术的具体内容，由以下实施例及其附图给出附图说明图1是本专利技术的加热炉及其附属设备示意图。图2是本专利技术的除气装置示意图。图3是本专利技术实施例1所得产品内部结构图。图4是本专利技术实施例2所得产品内部结构图。图5是本专利技术实施例3所得产品内部结构图。图6是按本专利技术实施例1方法生产但未经除气的产品内部结构图。图7是按本专利技术实施例1方法生产但已经除气的产品内部结构图。以下结合附图，详细说明该制造复合材料的方法，实施步骤如下1)配制悬浮液在密闭状态下，将强化材悬浮于一含有分散剂的蒸馏水中;2)借超音波振荡悬浮液，使其混合均匀;3)预热悬浮液至100～660℃;4)熔融一金属合金基材，达660-700℃，在搅拌下将预热的悬浮液散布或喷洒或采取喷雾方式散布于金属基材的熔汤表面，这时蒸溜水迅速蒸发，强化材分布于熔汤表面，并进行混合;5)在混合后的熔汤中进行除气操作;6)将除气后的金属基复合材料之熔汤铸成铸锭，并使其在400-450℃间恒温40-60小时，使该铸锭均质化，然后冷却至室温，得出金属基复合材料产品。该除气操作，是令一含有除气孔的除气管，作为除气装置，将该除气管插入该金属合金基材与强化材混合的熔汤中，并移动该除气管以增加其与气泡接触机会，抽除熔汤中所含的气体。该金属合金基材系选自铝合金，而该基材的熔融、强化材悬浮液的散布、基材与强化材的混合以及除气操作等工艺过程，均在惰性气体覆盖下进行。所用的强化材，选自氧化铝、氮化矽、碳化矽、碳化钛、氧化锆、碳化硼及碳化钽，并以颗粒、须晶及短纤维方式添加入该金属基材中。本专利技术制造复合材料的设备，包括带有搅拌装置的加热炉和除气装置，以下结合附图详细说明参照图1、2。该加热炉2为一装入铝合金基材1并加热熔解的装置，炉口以陶瓷盖3覆盖;一惰性气体供应装置设于加热炉2的一侧，该装置有一导管4连至加热炉2以引导惰性气体进入炉2内，覆盖炉中的合金熔汤免于氧化;加热炉2上端安装有密闭的加料容器7，加料容器7的顶端设有悬浮液注入阀6，用来灌注强化材的悬浮液5，一惰性气体管10布设于加料容器7内，气体管10上开有小孔9，以喷出惰性气体于该容器7内，惰性气体由一惰性气体源11供应，经气体阀12控制其流量及压力;悬浮液散布阀14设于悬浮液散布管141上，散布管141下端设有喷嘴13，以便将悬浮液5散布、喷洒，或以喷雾方式由加料容器7进入加热炉2中，加热介质8，为加热线圈或加热包，缠绕或包围在加料容器7的器壁上以加热容器中的悬浮液7;搅拌装置18设于加热炉2内，用来充分混合铝合金基材1与来自加料容器7的悬浮液5;加热炉2内设有除气装置，用来除去由铝合金基材1与来自加料容器7的悬浮液5混合熔汤中的气体、气泡，以防烧铸成品带有气孔。加料容器7中的惰性气体管10为一蛇形管，因其工作时不断喷射惰性气体，从而可以代替一个机械搅拌器，再加上悬浮液受热产生的对流作用，使强化材在蒸溜水中分布均匀;搅拌装置18，其中包括表面涂有氧化铝作为保护层，并穿过加料容器7进入加热炉2内的搅拌轴181，安装在加料容器7顶端，带动搅拌轴181旋转的驱动马达15，安装在搅拌轴181上浸入炉内熔汤中以均匀混合基材1和悬浮液5的叶片。安装在搅拌轴181上的叶片，包括有垂直走向的上叶片16，与炉内垂直壁壁面正交，上叶片16上穿有叶片孔161，以便于旋转时，增加其对混合熔汤的剪力，并产生漩涡，将喷有悬浮液的上层熔汤翻滚到熔汤的中、下层;水平走向的下叶片17，平行于炉底，使旋转时混合熔汤产生对流，两种叶片共同作用，达到充分混合基材1与强化材的目的。除气装置20，其中包括一在吸气端有扩大管段201的除气管200，在扩大管段201中充填有耐热陶瓷棉21，管壁并钻有除气小孔23，扩大管段201下方开口以耐水泥22密封，部分除气管及整个扩大管段201均浸泡于熔汤19中，其浸泡于熔汤19中部分可以诸如氧化铝等保护层保护，熔汤19上仍以惰性气体覆盖，除气管200连接一可挠曲软管24，如金属管，再与一置于热交换器25中的盘管241相连接，该热交换器25有冷水26进入，经与盘管241换热后，温水27自交换器25排出，在盘管241的尾管242上，连有真空泵或抽气机28，以抽除扩大管段201所吸入的气体，该处并设有抽气控制阀29，以控制除气系统所需的负压。在除气管200上可套设一陶瓷把手30以便隔热，及安全操作，该除气管200移动时，可用手或机械手操作。通向加料容器的惰性气体管10，在容器7外加装有一支管111，引导高压气体进入喷嘴13，以引导、雾化由散布管141下流的悬浮液，进入炉2中。，以下为具体实施例方式实施例1首先将5083Al合金在700℃重熔于如图1所示之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造复合材料的方法，其实施步骤如下：１）配制悬浮液：在密闭状态下，将强化材悬浮于一含有分散剂的蒸馏水中；２）借超音波振荡悬浮液，使其混合均匀；３）预热悬浮液至１００～６６０℃；４）熔融一金属合金基材，达６６０－７００℃， 在搅拌下将预热的悬浮液散布或喷洒或采取喷雾方式散布于金属基材的熔汤表面，这时蒸馏水迅速蒸发，强化材分布于熔汤表面，并进行混合；５）在混合后的熔汤中进行除气操作；６）将除气后的金属基复合材料之熔汤铸成铸锭，并使其在４００－４５０℃间恒 温４０－６０小时，使该铸锭均质化，然后冷却至室温，得出金属基复合材料产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：林清彬，
申请(专利权)人：其他，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]