增强颗粒梯度分布的铝基复合材料原位合成装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种增强颗粒梯度分布的铝基复合材料原位合成装置和方法，包括浇铸模具、原位合成复合材料用电阻炉和梯度材料制备电阻炉，制备时先于梯度材料制备电阻炉中加热并保温浇铸模具，再于原位合成电阻炉中进行铝合金和增强相颗粒的原位合成反应，取出反应后的熔体倒入梯度材料制备电阻炉中保温的浇注模具里，使熔体内增强颗粒有时间充分进行沉降行为，沉淀结束后再出炉进行冷却凝固，即可得到颗粒梯度分布的铝基复合材料，具有广泛的工业实用性，且该制备方法具有结构简单、操作便捷、成本较低的优点。成本较低的优点。成本较低的优点。

【技术实现步骤摘要】
增强颗粒梯度分布的铝基复合材料原位合成装置和方法


[0001]本专利技术涉及金属基复合材料的制备
，尤其涉及一种增强颗粒梯度分布的铝基复合材料原位合成装置和方法。

技术介绍

[0002]颗粒增强铝基复合材料因其优越的性能成为金属基复合材料的研究热点之一，目前颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要包括液相法、固液两相法以及固相法。液相法制备时熔体基体和增强体界面容易发生反应；如果熔体基体和增强体的润湿性不好，增强体很难加入，且易带入污染物。原位合成法为现今常用的一种制备铝基复合材料方法，原位反应过程可消除外加颗粒附带的污染物，得到材料颗粒表面无污染，并解决了上述基体与增强颗粒间的润湿问题。原位合成工艺是：首先加热铝合金基体至熔融态，按合适比例混匀增强颗粒并干燥，置入反应熔池机械搅拌后进行精炼、扒渣，待反应结束，最后倒入模具浇注成型获得复合材料成品。
[0003]相较于普通铝基复合材料而言，增强相颗粒梯度分布的铝基复合材料具有比强度及比刚度高、密度低、耐磨性能优异和材料内部热应力过渡平稳等优点，且在结构上可实现梯度分层，增强颗粒由外壁到内层逐级减小，内层没有或是存在少量增强颗粒，因而材料外层具备更高的拉伸强度等良好的机械性能，较内层富含更多增强颗粒，具备高硬度、良好的热传导性、热稳定性以及优良的耐磨性能，在核能、电子、光学、化学、电磁学、建筑幕墙等对铝合金表面有高性能要求的领域具备应用前景。
[0004]当然，梯度复合材料因其对增强颗粒连续梯度分布的要求，需通过连续控制内部组成和微细结构的变化，消除层间界面，缓和热应力，制备难度较大。如采用传统原位合成法制备表面高体积分数铝基复合材料，由于增强相无梯度分散效果，需添加大量反应物进而合成增强相，才可使材料表面获得设计要求的增强相含量，由于大量微观颗粒在铝合金基体内合成，将难以避免发生颗粒团聚现象，该现象对于整体复合材料的力学性能将产生负面影响。因此，目前常用颗粒梯度分布复合材料的制备方法有离心铸造法、外加梯度强磁场以及粉末冶金等特殊烧结法。其中离心铸造法不适宜浇注，容易产生比重偏析的铝镁等合金，外加磁场法增强相分布梯度水平不高，粉末冶金法制备出材料致密度较低，基体结合差，易产生孔隙。并且与外加梯度强磁场制备一样，粉末冶金等特殊烧结方法制备成本高，不宜大量生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种原位合成颗粒梯度分布的铝基复合材料的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种增强颗粒梯度分布的铝基复合材料原位合成装置，包括原位合成复合材料用电阻炉和梯度材料制备电阻炉，所述梯度材料制备电阻炉包括炉体和电阻丝，所述电阻丝呈盘绕状嵌于炉体内壁之上，所述炉体上设
置有炉门，所述炉门上表面一侧两端设有带圆孔移动座，另一侧两端对应位置设有带圆孔连接件，配置圆柱棒水平插入所述带圆孔连接件的圆孔，所述炉体内设置有支架，所述支架上设置有浇铸模具，所述浇铸模具包括模具本体、吊耳螺钉和夹持装置，所述模具本体上设置有凸缘，所述凸缘下端两窄边中心位置设置有凹槽，所述凸缘上端四角位置上设置有与所述吊耳螺钉相配合的沉头螺纹孔，所述夹持装置上还设置有与所述吊耳螺钉相契合的钩子
[0007]优选的，所述浇铸模具内壁长200mm，宽150mm，壁厚5mm，深50mm，所述凸缘长240mm，宽190mm，高度15mm；所述凸缘以下部位向内倒模10
°
，沉头螺纹孔与吊耳螺钉啮合区公称直径M16，圆角尺寸R＝5mm，整体浇铸模具由45号钢轧制而成。
[0008]本专利技术还公开了一种增强颗粒梯度分布的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]a.在梯度材料制备电阻炉中加热并保温浇铸模具；
[0010]b.在原位合成复合材料用电阻炉中进行铝合金和增强相颗粒的原位合成反应；
[0011]c.取出反应后的熔体倒入浇铸模具里保温，使熔体内增强颗粒充分进行沉降行为；
[0012]d.出炉进行冷却、凝固。
[0013]优选的，所述步骤c中的保温温度为700
‑
720℃，保温时间为6分钟。
[0014]优选的，所述步骤d中的冷却方式选择空冷或者水冷，使用水冷时，需要预先结合制备的材料熔体量控制水位到刚好漫过模具本体内熔体位置。
[0015]本专利技术有益效果：
[0016](1)本专利技术利用颗粒的沉降行为，通过新型装置使原位反应生成的增强相颗粒大量沉淀集中于浇铸模具底部，即成型材料表面，有效提升材料表面的耐磨性能。此外，避免了原位合成时因大量反应物加入并合成增强颗粒而导致的颗粒团聚现象，确保材料内侧的力学性能不受到负面影响。
[0017](2)本专利技术通过改善原位反应工艺从而制备出梯度复合材料，制备成本较常用的粉末冶金法等制备方法更低，且制备流程简便，适宜工业化生产。
[0018](3)本专利技术采用新型浇铸模具代替传统模具，将模具本体事先置入梯度材料制备电阻炉加热并保温，待反应结束后将熔体倒入浇铸模具，保温状态下反应熔体延缓凝固，增强颗粒因密度大进行沉降行为实现梯度分层，待沉降一定时间后出炉冷却，制备出的材料由外层至内层颗粒连续分层分布，表现性能优异。
[0019](4)本专利技术通过原位合成制备设备的优化，使得操作更加便捷，新型浇铸模具上端能够实现快速冷却达到预期颗粒下沉效果；与此同时，对模具取用方式进行了改善，于新型浇铸模具凸缘上端四角安装夹持吊耳螺钉，采用与之契合的特殊夹持装置，并于凸缘下端设有凹槽，方便了模具的移动过程，而且本专利技术的设备及工艺对工件适应能力强，能够用于多种材料制备场合。
附图说明
[0020]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1为本专利技术优选实施例梯度材料制备电阻炉的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术优选实施了浇铸模具及其夹持装置的结构示意图；
[0023]图3为本专利技术优选实施例增强颗粒梯度分布的铝基复合材料原位合成装置的结构示意图和方法流程示意图。
[0024]附图标注：
[0025]1‑
坩埚2
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原位合成复合材料用电阻炉3
‑
模具本体4
‑
凸缘5
‑
沉头螺纹孔6
‑
吊耳螺钉7
‑
凹槽8
‑
夹持装置9
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炉体10
‑
炉门11
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带圆孔移动座12
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圆柱棒13
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带圆孔连接件14
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支架15
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电阻丝16
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梯度材料制备电阻炉17
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浇铸模具。
具体实施方式
[0026]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强颗粒梯度分布的铝基复合材料原位合成装置，其特征在于：包括原位合成复合材料用电阻炉(2)和梯度材料制备电阻炉(16)，所述梯度材料制备电阻炉(16)包括炉体(9)和电阻丝(15)，所述电阻丝(15)呈盘绕状嵌于炉体(9)内壁之上，所述炉体(9)上设置有炉门(10)，所述炉门(10)上表面一侧两端设有带圆孔移动座(11)，另一侧两端对应位置设有带圆孔连接件(13)，配置圆柱棒(12)水平插入所述带圆孔连接件(13)的圆孔，所述炉体(9)内设置有支架(14)，所述支架(14)上设置有浇铸模具(17)，所述浇铸模具(17)包括模具本体(3)、吊耳螺钉(6)和夹持装置(8)，所述模具本体(3)上设置有凸缘(4)，所述凸缘(4)下端两窄边中心位置设置有凹槽(7)，所述凸缘(4)上端四角位置上设置有与所述吊耳螺钉(6)相配合的沉头螺纹孔(5)，所述夹持装置(8)上还设置有与所述吊耳螺钉(6)相契合的钩子。2.根据权利要求1所述的一种增强颗粒梯度分布的铝基复合材料原位合成装置，其特征在于：所述浇铸模具(17)内壁长200mm，宽150mm，壁厚5mm，深50m...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾一达，卢冯恺，郭正华，陈玉华，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：