一种带有粉料喷吹的原位自生铝基复合材料的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带有粉末喷吹的原位自生铝基复合材料的系统，包括盛有铝熔体的铝熔炉；真空包，真空包具有浸入管和抽气口，浸入管被设置为可浸入至铝熔炉中的铝熔体中；用于氩气旋转喷吹的石墨转子，石墨转子具有转杆和喷头，转杆被设置为通过设置在真空包顶部的密封轴承，穿过真空包的真空室，将喷头插入至铝熔体的底部；转杆包括内管和外管，外管通过旋转接头与氩气喷吹管相连，内管与粉料输送仓相连，粉料输送仓与粉料输送气管相连。粉料输送仓与粉料输送气管相连。粉料输送仓与粉料输送气管相连。

【技术实现步骤摘要】
一种带有粉料喷吹的原位自生铝基复合材料的系统


[0001]本专利技术涉及铝基复合材料，尤其涉及原位自生铝基复合材料的制备。

技术介绍

[0002]原位自生铝基复合材料是利用不同元素或化学物之间在一定条件下发生化学反应，而在铝基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的目的。通过原位自生制备的复合材料，增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好。通过选择反应类型及控制反应参数,可获得不同种类、不同数量的原位增强颗粒。
[0003]然而，原位自生铝基复合材料对于制备过程中对包括除气去杂等的条件要求较高，否则容易造成所制备的复合材料中增强相颗粒尺寸和分布不均匀且质量分数不高，或组织结构恶化，铸造性能变差，材料的力学性能降低。
[0004]现有技术中采用惰性气体旋转吹喷的技术进行铝熔体除气处理。该技术的核心部件为一端带有旋转喷头的中空转杆，即转子，使用时插入铝熔体中，惰性气体通过其转杆中间孔道吹入，由旋转喷头喷出，形成的气泡由于喷头高速旋转被打散成大量的小气泡，铝熔体中的氢将依附在这些小气泡上析出成氢气，同时吸附铝熔体中的杂质颗粒一起上浮至液面，从而达到除气去杂净化之目的。
[0005]目前，铝熔体除气转子大多采用石墨材料制作，因为石墨材料的抗热冲击性能优秀，可机加工，且铝液对石墨不浸润，但石墨材料的弱点在于不耐高温氧化，造成使用寿命仅为14～20天就需更换。
[0006]因此如何有效尽量改善反应和制备的条件以控制增强相的尺寸、分布以及沉降偏聚，并且提高氩气喷吹石墨转子的寿命是本领域的技术人员致力于解决的问题。
[0007]同时，如何高效均匀的在处理过程中向铝熔体内加入合金粉料也是本领域的技术人员致力于解决的问题。

技术实现思路

[0008]为实现上述目的，本专利技术在第一方面提供了一种带有粉末喷吹的原位自生铝基复合材料的系统，包括盛有铝熔体的铝熔炉；真空包，真空包具有浸入管和抽气口，浸入管被设置为可浸入至铝熔炉中的铝熔体中；用于氩气旋转喷吹的石墨转子，石墨转子具有转杆和喷头，转杆被设置为通过设置在真空包顶部的密封轴承，穿过真空包的真空室，将喷头插入至铝熔体的底部；转杆包括内管和外管，外管通过旋转接头与氩气喷吹管相连，内管与粉料输送仓相连，粉料输送仓与粉料输送气管相连。
[0009]进一步地，还包括液压升降台，铝熔炉被置于液压升降台上，工作状态时抬升铝熔炉，使得真空包的浸入管浸入铝熔炉中的铝熔体中。
[0010]进一步地，内管由金属材料制成，外管由石墨材料制成。
[0011]进一步地，粉料输送仓内为合金粉料。
[0012]进一步地，粉料输送气管和氩气喷吹气管共享同一氩气气源。
[0013]进一步地，粉料输送气管与氮气气源相连，氩气喷吹气管与氩气气源相连。
[0014]本专利技术在第二方面提供了一种带有粉末喷吹的原位自生铝基复合材料的方法，包括如下步骤：
[0015](1)提供包括抽气口和浸入管的真空包，浸入管被设置为可浸入至铝熔炉中的铝熔体中；提供用于氩气旋转喷吹的石墨转子，石墨转子具有转杆和喷头，转杆被设置为通过设置在真空包顶部的密封轴承，穿过真空包的真空室，将喷头插入铝熔体的底部；提供液压升降台；转杆包括内管和外管，外管通过旋转接头与氩气喷吹管相连，内管与粉料输送仓相连，粉料输送仓与粉料输送气管相连；
[0016](2)将铝熔炉中的纯铝或铝合金基体熔化后，加入反应盐和反应助剂进行反应，将铝熔炉置于液压升降台上；
[0017](3)抬升液压升降台，使得真空包的浸入管浸入铝熔体中，通过抽气口对真空室内抽真空；
[0018](4)降下石墨转子，使得转杆通过设置在真空包顶部的密封轴承，穿过真空包的真空室，将喷头插入铝熔体的底部；
[0019](5)通过氩气喷吹管通过外管进行氩气喷吹；通过粉料输送管通过内管，将粉料输送仓内的粉料喷吹入铝熔体中。
[0020]进一步地，内管由金属材料制成，外管由石墨材料制成。
[0021]进一步地，粉料输送仓内为合金粉料。
[0022]进一步地，粉料输送气管和氩气喷吹气管共享同一氩气气源。
[0023]本专利技术通过真空包和浸入管，用铝熔体自身形成密封，抽气产生真空环境，真空环境降低氧、氢分压，增强脱气条件。同时石墨转杆经真空室进入铝熔炉，全程不接触氧气，防了石墨转子的氧化，大幅提高石墨转子的寿命。
[0024]本专利技术将传统的石墨转子分为了套设的内管和外管，外管通氩气进行旋转喷吹，而内管用，氩气和氮气进行输送合金粉料或其他原料，在旋转喷吹的同时用高压气体将合金料粉末以喷射入铝熔体底部，同时在氩气喷吹气泡的作用下，使得合金粉末迅速和铝熔体混合反应，使得合金粉末在铝熔体内的反应条件和分布均匀程度同时得到大幅提高。另外内外管可分别采用不同材料制作，外管采用耐高温和铝熔体侵蚀的石墨材料，而内管采用耐磨损的金属材料如铜管或钢管。
[0025]本专利技术在复合材料中加入适量的金属镁，使颗粒生成后首先通过吸附铝液中的镁来降低表面能，然后再与铝形成较好的结合，这样利用镁作为降低颗粒表面能，阻止团聚的手段，有效地减缓了颗粒沉降的现象。同时由于镁的加入，使铝液的粘度增加，而根据Stocks公式，复合材料粘度增加，颗粒的移动速度减小，在较长时间内不会因相互接触而团聚，在凝固过程中也容易被α
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Al的晶粒所捕获，形成均一稳定的增强体。
[0026]通常原位生成的TiB2粒子是直径为1微米左右的颗粒，这种尺寸的颗粒在铝液中不会有沉降的出现。但由于颗粒往往是在某一局部区域(熔盐与铝液的交界面上)生成，很容易因局部浓度偏高而发生团聚。并且一旦团聚产生，再使其分开细化就非常的困难了，于是就有了沉降和凝固过程中的偏聚发生。采用施加脉冲磁场和高能超声场，利用反应熔化盐自身的保护作用，将脉冲磁场强度控制在2
‑
4T，高能超声场强度控制在200
‑
1800W/m2。一方面可以增加熔盐与铝液的接触机会，加速反应，使原位生成的TiB2颗粒均匀细小；另一方
NaBF4和Na2TiF6。
[0041]在根据本专利技术的一个较佳实施例中，上述反应助剂包括质量比为2.2:1:1～3.8:1:1 的Na3AlF6、LiF3、LiCl3。
[0042]在根据本专利技术的一个较佳实施例中，上述反应助剂的加入量为反应盐的8
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12wt％。
[0043]在根据本专利技术的一个较佳实施例中，在反应过程中，施加2
‑
4T的脉冲磁场强度。
[0044]在根据本专利技术的一个较佳实施例中，在反应过程中，施加200
‑
1800W/m2的高能超声场强度。
[0045]在根据本专利技术的一个较佳实施例中，反应时间为10min～30min。
[0046]实施例二
[0047]如图2所示，在700～760℃将纯铝或铝合金基体熔化，将铝熔体2置于铝熔炉1 中，并加入反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有粉末喷吹的原位自生铝基复合材料的系统，其特征在于，包括盛有铝熔体的铝熔炉；真空包，所述的真空包具有浸入管和抽气口，所述浸入管被设置为可浸入至所述的铝熔炉中的铝熔体中；用于氩气旋转喷吹的石墨转子，所述石墨转子具有转杆和喷头，所述转杆被设置为通过设置在所述真空包顶部的密封轴承，穿过所述真空包的真空室，将所述喷头插入至所述铝熔体的底部；所述的转杆包括内管和外管，所述的外管通过旋转接头与氩气喷吹管相连，所述的内管与粉料输送仓相连，所述的粉料输送仓与粉料输送气管相连。2.如权利要求1所述的带有粉末喷吹的熔体控制原位自生铝基复合材料的系统，其中，还包括液压升降台，所述的铝熔炉被置于所述液压升降台上，工...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩伟，王建中，李爱平，
申请(专利权)人：安徽相邦复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：