一种多金属熔体耦合制备金属基复合材料铸件的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种多金属熔体耦合制备金属基复合材料铸件的装置，属于金属复合材料加工领域。该装置主要由上模具、下模具、浇包和模具加热器构成；上模具设置有凸头，下模具设置有凹槽，上模具与下模具闭合后形成模具的型腔；模具加热器设置于上、下模具的外周，或镶嵌在模具中。采用该装置进行多金属熔体耦合低成本制备金属基复合材料铸件时，熔体之间的耦合层属冶金结合，界面结合良好，组织致密，缺陷少，制备的复合材料铸件综合性能好。采用本实用新型专利技术装置的铸造工艺简单，流程少，成本低。

A Multi-metal Melt Coupling Device for Preparing Metal Matrix Composite Castings

【技术实现步骤摘要】
一种多金属熔体耦合制备金属基复合材料铸件的装置
本技术涉及一种多金属熔体耦合低成本制备金属基复合材料铸件的装置，属于金属复合材料加工领域。
技术介绍
随着科技迅猛发展，传统金属材料已渐渐不能满足实际需求，而金属基复合材料由于具有比强度、比模量高，耐磨性、耐疲劳性、高导热性和低热膨胀系数的特点，受到国内外的广泛关注，成为了国内外高新
的重要研究方向之一。但是随着宇航、航空、先进动力、汽车等高
的飞速发展，单一均质的金属基复合材料部件也难以满足这些领域对材料提出的越来越苛刻的要求，兼具各种功能的金属基复合材料及其部件的需求尤为迫切，其非均质的特性在特定环境下相比均质复合材料具有非常优异的性能，可以发挥不同金属或金属基复合材料的优点，又能克服各自的弱点，越来越展现出良好的应用前景和发展潜力。但是目前兼具各种功能的金属基复合材料及其部件的制备方法还远未达到实用化，其制备方法也往往是通过大量均质材料进行复合而成，功能层之间的界面结合差、缺陷多仍然是一个难以克服的问题，造成金属基复合材料部件未达到应有的性能，而且制备流程很长，生产成本高也直接制约着其推广应用，因此如何高效低成本制备兼具各种功能的金属基复合材料部件成为研究重点。
技术实现思路
为了克服上述技术存在的缺点和问题，本技术提供一种多金属熔体耦合低成本制备金属基复合材料铸件的装置。一种多金属熔体耦合低成本制备金属基复合材料铸件的装置，该装置主要由上模具、下模具、浇包和模具加热器构成；上模具设置有凸头，下模具设置有凹槽，上模具与下模具闭合后形成模具的型腔；模具加热器设置于上、下模具的外周，或镶嵌在模具中，对模具进行加热。该装置中，所述的浇包个数为2个(含2个)以上，用于盛装不同的熔体；浇包为可移动式，使用时位于下模具凹槽的上方两侧，使用后移开。上模具的凸头与下模具的凹槽之间形成间隙配合，间隙很小，大约2-10微米，上模具的凸头可以移动进入下模具的凹槽中，对模具中的合金熔体进行加压；加压的压力为5-200MPa。采用上述装置进行多金属熔体耦合低成本制备金属基复合材料铸件的方法，该方法包括以下步骤：(1)铸造前，开启模具加热器，将上、下模具预热到预定温度；同时对两个以上浇包中的不同熔体进行精炼和熔体处理，等待浇铸；(2)铸造时，根据铸件不同部位的功能需求，确定浇入熔体的先后顺序；依次浇入熔体，待前一种熔体浇入后冷却到半固态温度区间时，再浇入后一种熔体，依次类推；待最后一种熔体浇注完毕后，将上、下模具合模，通过上模具对模具中的熔体进行加压和保压，使熔体在压力下进行充分充填并凝固，获得形状完整组织致密的具有多种功能的复合材料铸件；(3)铸造结束时，打开模具，将铸件从型腔中脱出，然后清理模具，喷涂脱模剂，重复上述流程，进入下一次铸造。该方法步骤(1)中，浇包中的熔体为具有不同功能的熔体；浇包中的熔体可为金属熔体，也可为金属基复合材料熔体；浇包中的熔体状态可为液态熔体，也可为半固态熔体。所述的半固态熔体为采用半固态加工技术制备的半固态金属熔体或半固态金属基复合材料熔体。该方法步骤(2)中，只有待前一种熔体浇入后冷却到半固态温度区间时，才能浇入后一种熔体。该方法步骤(2)中，熔体的半固态温度区间是指金属或金属基复合材料的固相线温度和液相线温度之间。该方法步骤(2)中，待最后一种熔体浇入充填后，将上、下模具合模，通过上模具对模具中的熔体进行加压和保压，加压和保压压力为5-200MPa，保压时间为5-20秒。本方法中，可根据铸件不同功能(如高强高韧、高耐磨、高导热、高导电、高屏蔽、高导磁)的需要，先后浇入具有不同功能(如高强高韧、高耐磨、高导热、高导电、高屏蔽、高导磁)的金属熔体或金属基复合材料熔体，制备出具有高强高韧、高耐磨、高导热、高导电、高屏蔽和/或高导磁一种或多种的不同功能的复合材料铸件。需要对每种金属熔体或金属基复合材料熔体量进行精确定量控制。本技术的优点：本技术提供了一种多金属熔体耦合低成本制备兼具多种功能的金属基复合材料铸件的装置，熔体之间的耦合层属冶金结合，界面结合良好，组织致密，缺陷少，制备的复合材料铸件综合性能好。采用本技术装置的铸造工艺简单，流程少，成本低。附图说明图1是本技术的装置结构示意图。图2是铝基复合材料汽车刹车盘铸件示意图。图3是铝基复合材料IGBT针脚基板铸件示意图。主要附图标记说明：1模具加热器2上模具3浇包4浇包5模具型腔6下模具7上摩擦层8支撑体9下摩擦层10支撑盘11散热基板12散热针脚具体实施方式本技术可以根据以下实例实施，但不限于此，这些实施例只是为了举例说明本技术实施过程，而非以任何方式限制本技术的范围，在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。如图1所示，本技术多金属熔体耦合低成本制备金属基复合材料铸件的装置，主要由上模具2、下模具6、浇包3、浇包4和模具加热器1构成；上模具2设置有凸头，下模具6设置有凹槽，上模具2与下模具6闭合后形成模具型腔5；模具加热器1设置于上模具2和下模具6的外周，或镶嵌在上模具2和下模具6中，对模具进行加热。该装置中，浇包个数为2个；浇包为可移动式，使用时位于下模具6凹槽的上方两侧，使用后移开。上模具2的凸头与下模具6的凹槽之间形成间隙配合，间隙约为2-10微米，上模具2的凸头可以移动进入下模具6的凹槽中，对模具中的合金熔体进行加压。采用上述装置，进行多金属熔体耦合低成本制备金属基复合材料铸件的方法，该方法制备流程包括：(1)铸造前，清理模具以及各种用具，做好浇铸前的准备工作。开启模具预热器，将模具预热到预定温度；同时对不同浇包中的熔体进行精炼和熔体处理，获得冶金质量高的熔体，等待浇铸；(2)铸造时，根据铸件不同部位的功能需求，决定浇入熔体的先后顺序。待前一种熔体浇入后冷却到半固态温度区间时，再浇入后一种熔体，依次类推。待最后一种熔体浇注完毕后，立即对模具中的熔体进行加压和保压，使熔体在压力下进行充分充填并凝固，获得形状完整组织致密的具有多种功能的复合材料铸件。(3)铸造结束时，打开模具，将铸件从型腔中脱出，然后清理模具，喷涂脱模剂，重复上述流程，进入下一次铸造。实施例1本实施例制备直径为281mm的复合材料汽车刹车盘铸件，如图2所示，该铸件要求支撑体8和支撑盘10具有高的强韧性，摩擦层需要高的耐磨性。采用本技术装置，摩擦层采用20％(体积含量)SiCp/A357碳化硅颗粒增强铝基复合材料，支撑体8和支撑盘10采用较高强度和韧性的A357铝合金，这样可使刹车盘兼具高耐磨性和高的强度和高的韧性。采用的装备及制备工艺过程如下：(1)铸造前，开启模具加热器1，将上模具2、下模具6预热到300℃。对熔体进行精炼和熔体处理，浇包3中盛放20％SiCp/A357碳化硅颗粒增强铝基复合材料熔体并保温，熔体温度为640℃；浇包4中盛放利用半固态制备技术制备的A357半固态铝合金浆料，浆料温度590℃。(2)铸造时，由于刹车盘的支撑盘需要较强强度和韧性，先浇入浇包4中的A357半固态铝合金浆料，充分充填刹车盘的支撑盘10部位；然后浇入浇包3中的20％SiCp/A357碳化硅颗粒增强铝基复合材料熔体，充分充填刹车盘的下摩擦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多金属熔体耦合制备金属基复合材料铸件的装置，其特征在于：该装置主要由上模具、下模具、浇包和模具加热器构成；上模具设置有凸头，下模具设置有凹槽，上模具与下模具闭合后形成模具的型腔；模具加热器设置于上、下模具的外周，或镶嵌在模具中。

【技术特征摘要】
1.一种多金属熔体耦合制备金属基复合材料铸件的装置，其特征在于：该装置主要由上模具、下模具、浇包和模具加热器构成；上模具设置有凸头，下模具设置有凹槽，上模具与下模具闭合后形成模具的型腔；模具加热器设置于上、下模具的外周，或镶嵌在模具中。2.根据权利要求1所述的多金属熔体耦合制备金属基复合材料铸件的装置，其特征在于：所述的浇包个数为2个以上。3.根据权利要求1所述的多金属熔体耦合制备金属基复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：白月龙，张志峰，樊建中，张少明，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11