制造金属基复合材料的方法和装置制造方法及图纸

制造复合材料的方法，包括把磨成粉粒的添加剂颗粒夹带在电离的惰性气体流中，电离惰性气体、用电离气体产生的热把固体颗粒加热到低于由于熔化、升华或分解使固体颗粒成为非固态的温度。然后，把所述的气体流和所夹带的加热了的固体颗粒喷射到金属液中，形成细散固体颗粒与金属液的混合物，然后在金属液和固体颗粒的混合物中造成物理搅动使固体颗粒均匀分布在金属液中，这种物理搅动要持续到固体颗粒金属液的混合物完全凝固为止。（*该技术在2011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】
本专利技术涉及冶金领域，更具体地是涉及制造分布着很细颗粒的铸造基体金属材料的方法，这些颗粒可以是陶瓷、金属、合金、金属间化合物、碳化物、氮化物、硼化物和其它可以提高基体金属性能的物质。飞机、船舶、汽车制造工业和一些其它工业的发展需要具有更好的加工性能及使用性能的新材料。现有技术是通过把基体金属与添加的组分熔化成液态，在能够保证各种组分完全熔化及相互溶解的整个系统的温度下进行熔炼来生产金属结构材料(合金)(图2a)。在合金液冷却与凝固时，随着温度的降低，合金组分的溶解度极大地降低。对某一合金系统及组分，在特定温度下，从均匀的合金液中沉淀出固相并长大，这些固相是以合金组分的晶体形式，或者，更经常地以合金组分的化合物(金属间化合物相)的晶体的形式沉淀的固相(图2b、c)。在进一步冷却时，其余的合金液以合金组分在基体金属中以固溶体的形式结晶(图2d)。具有与本体合金(基体)的晶格和性能不同的金属间化合物相强烈地影响着整个合金系统的性能。在合金结晶的过程中沉淀出的金属间化合物相的尺寸不应超过1微米，否则由于降低了延性和强度极大地损害了合金的质量。在固态下，金属和非金属在金属基体中的溶解是极其有限的，这一因素说明了商用合金的选择面很窄，通过改变成分来提高商用结构合金的性能实际已达到了极限。已经发展了一种新型的结构材料，在其中含有能使整个合金系统达到要求的性能的人为加入的氧化物、碳化物和其它化合物的颗粒或纤维。由于这些金属系统的组分并不像普通的合金那样从基体金属中沉淀出来，而是人工地加进合金系统中的，所以这种材料称为复合材料。虽然在熔炼合金时有时也会自然生成这种材料，但是所有已知的带有加入颗粒并且其性能与基体明显不同的合金基本上都是复合材料。人工合成或自生的复合材料所代表的金属材料性能如下-材料的延性取决于基体的塑性流动的能力(通常是在基体合金中组分的固溶体的塑性流动的能力)以及在基体中的金属间化合物和其它夹杂物的尺寸和晶系(晶体结构);-强度、耐热性、疲劳强度和抗裂纹扩展的能力取决于夹杂物与基体的相互作用以及在夹杂物作用下的基体晶格畸变。-材料的硬度、耐磨性、摩擦特性取决于夹杂物的性质;-材料的弹性模量、线膨胀系数、比重(密度)取决于基体和夹杂物的一系列性能;因此，为了发展具有预定的兼有工艺性能及使用性能的新型金属材料，在理论上可以通过选择每一金属系统的最佳组分，也就是选择其性质和相互作用可决定整个复合材料系统的性能的基体和夹杂物来达到。金属系统的基体的选择取决于材料所要求的使用性能以及基体(钢、铝、铜、镁、镍等)的性能水平。实施制造结构金属材料的技术的主要困难是如何把能在基体中热力学稳定及热稳定的、只有几毫微米到几微米的化合物的超细颗粒的组分喷射到合金结构中。在自生的复合金属材料(也就是复杂合金)的生产中，上述问题通过快速冷却均质的合金液来使颗粒(金属间化合物)从基体金属中的合金组分的饱和固溶体中沉淀出来加以解决。所需的冷速实际上只有在比较少量的合金液的情况下才能达到。在实贱中，通过首先用物理方法使合金液分散然后在冷却介质中冷却细小合金液滴来提供这种快速冷却。这就要求采用昂贵的干燥、除气和压实颗粒(细粒)的操作来制成粉粒。因此在工业上采用制粒技术来生产新型合金的工艺还没有广泛地使用。把超细颗粒引入金属液中的困难在于两方面。首先，由于超细颗粒(千分之几微米或更小的尺寸)缺乏流动性，当把它们喷射到金属液中时很难计量，有时甚至不可能计量。第二，由于在同金属液接触时，颗粒表面吸附氧，而在颗粒表面的基体金属的氧化物阻碍颗粒与金属液的润湿。这个问题在把颗粒喷射到与氧有高的亲和力的金属(铝、镁等)液时特别突出。上述因素也阻碍着通过把颗粒-晶核注入金属液中作为对合金的直接变质处理的技术的实施，妨碍喷射入粉末状合金组分来使金属液合金化，并阻碍着在合金生产中特别在铝-硅系统的合金生产中合金材料(例如硅)的粉状废料的应用。所提出的技术以及实行这一技术的装置的一个最重要的特点是可以把掺入物(在生产复合材料时)或结构成分(在生产合金时)的细颗粒喷射到金属液中，按照图3的示意图形成合金结构。将所要的掺入物颗粒喷射到没有该组分原子的基体中(图3a)。当结构组分(AxBy)和合金组分B在基体A中的溶解达到系统平衡时，加入基体中的颗粒在合适的温度下分散到饱和状态的浓度，并且尺寸减小，这方法是很好控制的，并且允许生产具有溶解度有限的预定成分的合金。在“铸造的金属-陶瓷颗粒复合材料的凝固、结构和性能”(Rohatgi P.K，Asthana R.，Das S.-Inst.Metal Rev，-1986-vol 31，N3-pp15-139)阐述了生产铸造复合材料的一个方法的主要步骤，包括-生产基体金属液;-把固体颗粒均匀分布在金属液中;-使合成的复合材料结晶。在现有技术中已经用下列的方法把超细颗粒注入到合金液中，如在“铸造铝-石墨颗粒复合材料-一种潜在的工程材料”(Rohatgi P.K.，Das S.Dan T.K.-J.Inst.Eng.，-March，1989-Vol 67，N2-pp77-83)中所说明的方法，包括-机械搅拌金属液及加入的颗粒;-把制成粉末状的基体金属和增强颗粒混合成的粉粒压实，接着把颗粒料插入金属液中并进行机械搅拌;和-用超声幅射法使颗粒分散在金属液中。在生产铸造金属基体复合材料时遇到的问题是增强的掺入料颗粒与基体金属液之间缺乏润湿性或润湿性低，和由于基体和掺入料之间的密度差大而造成铸造材料的不均匀性。在“石墨与液态铝的润湿性和合金化元素对润湿性的影响”(Choh Takao，Kemmel Roland，Oki Takeo-Z.Metallklunde-1987-Vol 78 N4-pp286-290)中论述了提高增强掺入料颗粒与基体金属之间的结合强度的若干工艺方法，这些方法是-把对金属有亲和力的涂层涂复在增强掺入料颗粒的表面上;-把表面活性剂加到基体金属液中;-提高熔化温度。还有一种已知的生产复合材料的方法(日本专利申请号56-141960，申请日1980，4，8和专利号55-4595公开日1981，11，05)建议使用与各种金属材料能充分相容的直径为150微米的天然空心的细球以及石墨粉、TiB2、氮化铝和氧化铝作为掺入料，再加入0.05～5.0%(重量)的薄片状石墨和金属钙到金属液中以保证材料的均匀性。这一方法的缺点是必须把可溶解在液态基体金属中但实际上不可溶在固态基体中，并且会与基体形成一种脆性的共晶组分的元素(钙)加入到金属液中去，这就导致基体及复合材料本身的机械性能的降低。此外，使用上述尺寸(150微米)的空心细球作为掺入料并不改善机械性能的绝对值，而只能对每单位质量的相对值有一些改善。与本专利技术相关的现有技术(Met.Trans，1978，V9，N3，pp383-388)是使用熔融基体金属-Mg、Al、Fe、Ni、Cr、Co中加入尺寸为0.01-10微米的不溶性氧化物颗粒(Al2O3、BeO、CaO、CeO2、TiO2、MgO、ThO2、VO2、ZrO2)和Nb、Ta、Hf、Ti、Zr的碳化物、硼化物和氮化物来制造复合材料。颗粒以粉末或细纤维状加入。为了保证颗粒在金本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造复合材料的方法，包括下面的步骤：把磨成粉粒的添加剂颗粒夹带在电离的惰性气体流中，电离惰性气体、用电离气体产生的热把固体颗粒加热到低于因熔化、升华或分解会使固体颗粒成为非固态的温度，但是高于该熔化、升华或分解温度的一半；把所述的电离的惰性气体流和夹带有加热了的固体颗粒的流喷入到金属液中形成细散固体颗粒与金属液的混合物，然后在金属液和固体颗粒的混合物中造成物理搅动使固体颗粒均匀分布在金属液中，对金属液持续进行物理搅动直到细散颗粒和具体金属的混合物完全凝固为止。

【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：保瑞斯夫，保瑞森考，伊万晨可，卡路司克，保德诺娃，雷泼堡特，彼罗瑟夫，帕维罗夫，彼罗耶夫，武尔克夫，赦斯泰尔夫，
申请(专利权)人：全苏铝镁，电极工业科学研究设计院，
类型：发明
国别省市：SU[苏联]