一种利用电感线圈横向磁通加热进行预制体铸渗制作陶瓷增强体金属基复合材料的方法技术

一种利用电感线圈横向磁通加热进行预制体铸渗制作陶瓷增强体金属基复合材料的方法。本发明专利技术提供了一种用开放式电感线圈加热方法，用于制作陶瓷增强体金属基复合材料的铸渗过程。线圈不缠绕被加热体，可把放有陶瓷预制体的铸型放置在电磁感应线圈磁场内浇注、加热、保温，完成铸渗过程，铸型可以用砂型。本发明专利技术不但适用于中大件有色合金基陶瓷增强体复合件的铸渗，更适用于大、中、小件各种尺寸的高温金属液，如钢铁合金基陶瓷增强体复合材料的铸渗过程。

A method for fabricating ceramic reinforced metal matrix composites by casting and infiltrating preform by transverse flux heating of inductance coil

A method for fabricating ceramic reinforced metal matrix composites by casting and infiltrating preform by transverse flux heating of inductance coil is presented. The invention provides a heating method with an open inductance coil for the casting and infiltration process of ceramic reinforced metal matrix composites. The coil is not winding the heated body. The casting mould with ceramic preform can be placed in the magnetic field of electromagnetic induction coil to pour, heat and heat preservation. The casting process can be completed. The casting mould can be made of sand mould. The present invention is not only suitable for casting infiltration of medium and large non-ferrous alloy based ceramic reinforced composite parts, but also suitable for casting infiltration process of large, medium and small pieces of high temperature liquid metal of various sizes, such as steel alloy based ceramic reinforced composite materials.

【技术实现步骤摘要】
一种利用电感线圈横向磁通加热进行预制体铸渗制作陶瓷增强体金属基复合材料的方法
本专利技术属于复合材料领域,具体涉及一种陶瓷增强体金属基复合材料的铸渗方法。
技术介绍
在陶瓷增强体金属基复合材料的制作中,预制体铸渗工艺是有效手段之一，对于微观陶瓷增强体复合材料，特别是低熔点的有色金属基体复合材料，如铝、铜等为基体的陶瓷增强体金属基复合材料的铸渗过程都是将预制体放在铸型中，铸型和基体金属一起放在加热炉内对基体金属加热熔化，保温，并进行铸渗。这种方法因加热炉内空间很小，无法制作中大件陶瓷增强体有色合金基体复合材料。对于陶瓷增强体钢铁基体复合材料，因基体金属熔点很高，用石英、石墨等铸型，成本很高。目前，宏观陶瓷增强体钢铁基体的复合材料研究越来越多，因这种复合材料有独特的耐磨耐热耐冲击性能，在军工、航天、电子及电力、矿山、冶金、建材行业具有广阔的应用前景。一般宏观陶瓷增强体钢铁基体的宏观复合材料研部件外观尺寸比较大，很难把铸型放入加热炉内。如果不能进行有效的铸渗过程，就很难得到高质量，性能稳定一致的陶瓷增强体钢铁基体的复合材料部件。如何使高熔点的钢铁基陶瓷增强体复合材料得到有效铸渗，金属液的温度是关键因素之一，还要使金属液温度保持一定时间，维持铸渗过程，因而有效的升温，保温手段又是关键。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术采用了一种横向磁通电感线圈加热方案。加热线圈不缠绕被加热体，使被加热体放置于两组平行的加热线圈之间，或线圈一侧。给线圈通电使金属液得到升温，保温。保证铸渗过程在需要的温度下稳定进行，从而得到基体金属与陶瓷增强体结合良好，质量稳定可靠，一致性好的陶瓷增强体金属基复合材料,实现工业化规模制备和应用。本专利技术的目的是通过下列手段实现的本专利技术通过在铸型外，设置对面平行放置的两组平行电感线圈，当金属液浇入铸型内时，对电感线圈通入交变电流，在铸型内形成交变磁场，从而在金属液内感应出涡电流，涡电流在金属液中产生热量对金属液进行加热升温，从而保证铸渗过程在需要的温度下进行，并保温一定时间，使铸渗过程完成的充分、彻底。实施本方案主要包括以下步骤：a.扁平线圈安装在铸型两侧，线圈与交变电源相连，线圈由铜方管组制成，方管内通冷却介质对线圈进行冷却。b.把要铸渗的预制块预热到一定温度，放入加热过的铸型内，合型后，把铸型放在两组扁平电磁感应加热线圈之间。c.铸型放置到位后，立即将成分及温度合格的金属液浇入铸型，并给电磁感应线圈送入交变电流，对金属液加热、升温、保温。d.调控电磁感应线圈电流进行升温速度与保温的控制。e.交变电源的频率，在50-2500赫兹之间，根据复合材料的复合部分的厚度尺寸进行调整，一般复合材料越厚频率要求越低，反之复合材料越薄，频率要求越高。f.使金属液在所需温度下保持一定时间，完成铸渗过程。之后电磁感应线圈停止供电，把铸型移出电磁感应线圈之间进行冷却，冷却时要注意复合材料的凝固顺序，整个铸件冷却至室温后，取出复合材料进行清理，得到所需复合材料。g.对于一些曲面，及异型件复合材料，可把电磁感应加热线圈放置在复合材料铸件的一侧，还可把电磁感应线圈做成随形曲面的，以利于在复合铸渗时，对预制块内的金属液均匀加热。h.可通过加入磁轭（铁芯），调节铁芯与加热体之间的间隙来调节磁通密度分布的均匀性，从而调整加热体各区域的温度分布，使被加热体温度均匀。i.通过调节电磁感应线圈与被加热体之间间隙的大小调节磁通的分布，改进加热体内部温度的均匀性。j.电磁感应线圈和复合材料的铸型之间，可进行相对于加热线圈平面方向的移动。一是为了使被加热体加热更均匀。二是为了使线圈加热更大面积。k.要铸渗的陶瓷预制体，最优方案是放在铸型的下部，从上面充入金属液。有些情况下，也可把预制块放在铸型的侧面（立面），由一侧充入金属液，所以电感线圈在预制体两侧或单侧，有时是水平放置，有时是垂直放置。l.由于要求升温速度要快，所以电源功率配置要大些，电流（100A-5000A）。对于复合材料大件可配置多套系统同时工作。本专利技术的特点，优点和效果1、与不实施电感线圈磁场加热铸渗相比，本专利技术利用交变磁场加热、升温、保温。使铸渗过程充分，基体金属和陶瓷增强体结合紧密。2、对于微观铸渗复合材料，在同样铸渗效果前提下，复合材料铸件尺寸不受加热炉限制，可制作中大型复合材料铸件。3、对于高熔点金属基陶瓷增强体微观复合件，由于可采用砂型制作铸型，不再使用金属型，砂型耐热度高，满足铸渗过程需要，方便，经济。可制作小、中，大型各类复合材料铸件。金属基体和陶瓷增强体结合紧密，质量稳定，一致性好，适合于工业化批量生产。、对于宏观陶瓷增强体钢铁基体复合材料（大尺寸陶瓷增强体），普通的铸渗工艺难以保证整体质量。本专利技术铸渗过程在交变磁场加热、保温下进行。铸渗过程温度可控，时间可控，因此保证铸渗效果，使复合材料的陶瓷增强体与金属基体结合牢固，质量高，稳定，一致性能好，非常适合小、中、大件的工业化生产。附图说明图1、辊套镶条铸渗示意图（横剖面）图2、镶条铸渗示意图（纵向半剖图）图3、衬板铸渗复合示意图（剖面图）图中标注：1.金属液；2.预制块；3.砂型（含砂箱）；4电感.磁力线圈；5.磁力线方向.。具体实施方式下面就以几个实例来进一步说明本专利技术的具体实施过程，实施例仅用于说明本专利技术，而不是以任何方式限制本专利技术。实例一、立磨辊套镶条的铸渗辊套镶条是典型的陶瓷颗粒增强金属基复合耐磨材料，经过二次镶铸制成辊套，用于立磨的耐磨部件。目前国内研制单位很多，但由于质量原因，特别是陶瓷颗粒和高铬铸铁之间的结合不够紧密，即复合不够好，质量不稳定，因而到目前为止，还未能在市场中得到应用。使用本专利技术的实施步骤如下：造型：用水玻璃石英砂造型，砂型表面涂镁砂涂料，之后对砂型预热在到300℃至500℃。制作陶瓷增强体的预制体，并预热到500℃到600℃，也可放到砂型内设定位置和铸型一起预热。合型，并把砂型（铸型）需要复合部位移动到电磁感应加热线圈之间，如图1。在砂型中浇入成分和温度符合要求的高铬铸铁金属液。浇注完成的同时，立即给加热线圈通电进行加热升温，在60秒左右，使温度上升到要求温度，约升温100℃-200℃进行保温铸渗。时间在20到30分钟。铸渗过程结束后，停止给线圈通电，并立即把铸型移出，进行冷却，注意砂型冷却顺序和铸件补缩。冷却后进行清理，得到辊套镶条。实施例二立磨磨盘衬板的铸渗造型：用水玻璃石英砂造型，砂型表面涂镁砂涂料，之后对砂型预热在300℃至500℃。制作陶瓷增强体的预制体，并预热到500℃到600℃，也可放到砂型内设定位置和铸型一起预热。合型，并把砂型（铸型）需要复合部位移动到加热线圈一侧，把含有预制块的一侧靠近线圈表面，线圈表面与砂型中复合体部分相吻合的曲面。如图3。砂型中浇注高铬铸铁金属液，并同时给电磁感应线圈通电，在60到90秒内，使金属液升温100到200℃，达到所需铸渗温度，保温20到30分钟，进行铸渗。铸渗结束后停止给线圈通电，移走砂型，进行冷却，之后进行清理，得到陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料衬板复合铸件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用横向磁通加热进行铸渗工艺制备陶瓷增强体金属基复合材料的方法, 其特征在于: 利用电磁感应线圈产生的横向磁通使预制块内及周围的金属液加热、保温, 保证铸渗过程在需要温度下进行，铸渗过程温度可控, 时间可控, 从而使铸渗进行的充分，彻底，得到质量好，质量稳定，一致性好的陶瓷增强体金属基复合材料。

【技术特征摘要】
2017.12.01 CN 20171124740021.一种利用横向磁通加热进行铸渗工艺制备陶瓷增强体金属基复合材料的方法,其特征在于:利用电磁感应线圈产生的横向磁通使预制块内及周围的金属液加热、保温,保证铸渗过程在需要温度下进行，铸渗过程温度可控,时间可控,从而使铸渗进行的充分，彻底，得到质量好，质量稳定，一致性好的陶瓷增强体金属基复合材料。2.一种利用横向磁通加热进行铸渗工艺制备陶瓷增强体金属基复合材料的方法,其特征在于:电磁感应线圈不缠绕需加热的预制体及金属液,扁平电磁感应线圈放置在预制块的两侧，因此复合材料的外观尺寸不受线圈的尺寸限制,可制作长条形，二维平板型陶瓷增强体金属基复合材料铸件或中大尺寸的陶瓷增强体金属基复合材料部件。3.一种利用横向磁通加热进行铸渗工艺制备陶瓷增强体金属基复合材料的方法,其特征在于:电磁感应线圈放置在预制块的单侧面，有利于制作表面为曲面的大型复杂复合部件。4.电磁感应加热线圈做成与复合表面结构相似的随形曲面线圈，被加热体受热均匀,有利于制作各种曲面、异形复合面的陶瓷增强体金属基复合材料铸件。5.一种利用横向磁通加热进行铸渗工艺制备陶瓷增强体金属基复合材料的方法,其特征在于:线圈内安装轭铁，可通过轭铁的分布及与被加热体之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志国，
申请(专利权)人：张志国，
类型：发明
国别省市：河北,13