一种颗粒增强型铝合金浆料制备及其增材成型工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种颗粒增强型铝合金浆料制备及其增材成型工艺，涉及增材成型技术领域，包括底板，所述底板的顶部固定连接有支撑板，所述底板的顶部且位于支撑板的一侧固定连接有氩气筒，所述氩气筒的一端固定连接有出气管，所述氩气筒一端的外侧设置有气压开关，所述出气管的一端固定连接有进气管，所述出气管的另一端固定连接有连通管，该颗粒增强型铝合金浆料制备及其增材成型工艺，通过设置有球化剂筒、电机与石墨搅拌杆，在制备过程中，球化剂筒内部的AlO球化粉经过与石墨搅拌杆相通的中空吸管被吸入金属熔体中下部，从而使得纳米颗粒加入整体，提高了零件的耐磨性、抗氧化性及强度，从而使得制造出的零件性能较好。

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒增强型铝合金浆料制备及其增材成型工艺
本专利技术涉及增材成型
，具体为一种颗粒增强型铝合金浆料制备及其增材成型工艺。
技术介绍
随着航空航天、高铁、汽车等领域的急速发展，轻量化结构特别是大型结构的轻量化是这些领域重要需求之一。铝合金轻质结构件被广泛使用替换钢质件。如何在满足轻量化的同时保证零件性能不变甚至还有所提高的科学问题提上日程。变形铝合金变形铝合金强度高、塑性好，是通常实现轻量化的常规材料，通常采用铸造和锻造成形。铸造成形因其凝固温度范围宽，变形成形会产生较严重的缩松、缩孔和热裂缺陷，一般采用熔融法制坯后进行压力加工，得到致密组织，再经过热处理来进一步提高性能，但受制于成形设备与工艺，锻造成形又难以成形复杂零件，且工序复杂生产成本较高，限制了其应用潜力的发挥。当前半固态浆料常采用流变成形属于铸造成形的一种铸锻工艺，利用金属在固液两相区的特殊性质，结合传统的凝固成形和塑性成形的优点，打破了传统的枝晶凝固模式，半固态状态的合金有一定的液相存在，较固态金属变形抗力小，充型能力强，实现强制均匀凝固获得均匀细晶组织，可成形出复杂零件，生产出的零件耐磨性、抗氧化性以及强度较差。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种颗粒增强型铝合金浆料制备及其增材成型工艺，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种颗粒增强型铝合金浆料制备，包括底板，所述底板的顶部固定连接有支撑板，所述底板的顶部且位于支撑板的一侧固定连接有氩气筒，所述氩气筒的一端固定连接有出气管，所述氩气筒一端的外侧设置有气压开关，所述出气管的一端固定连接有进气管，所述出气管的另一端固定连接有连通管，所述支撑板的一侧且位于进气管的一侧固定连接有球化剂筒，所述进气管的一端延伸至球化剂筒内部，所述球化剂筒的一侧固定连接有导气管，所述支撑板的一侧且位于氩气筒的一侧固定连接有电阻加热炉，所述电阻加热炉的顶部设置有盖板，所述盖板的顶部固定连接有支撑柱，所述支撑柱的一侧固定连接有电机，所述电机的输出端固定连接有石墨搅拌杆，所述石墨搅拌杆的底端延伸至电阻加热炉内部，所述导气管的一端与石墨搅拌杆相连接，所述连通管的一端穿过盖板延伸至电阻加热炉内部，所述盖板的顶部且位于支撑柱的一侧固定连接有热电偶，所述热电偶的底部延伸至电阻加热炉内部，所述盖板的顶部且位于热电偶的一侧固定连接有输气管，所述输气管的底端延伸至电阻加热炉内部，所述电阻加热炉的底部设置有石墨引流套筒，所述石墨引流套筒的底端且位于电阻加热炉的下方设置有连接头，所述连接头的底部设置有气孔单向阀，所述石墨搅拌杆为中空结构。可选的，所述盖板的底部且位于电阻加热炉内部固定连接有温度传感器，所述温度传感器位于热电偶与石墨搅拌杆之间。可选的，所述连通管的底部设置有气控单向阀。可选的，所述进气管与连通管的顶部均设置有气压表。可选的，所述底板的顶部且位于电阻加热炉的下方设置有升降台，所述升降台的顶部设置有基板。可选的，所述支撑板的一侧且位于电阻加热炉的下方设置有四轴运动平台，所述四轴运动平台的下方设置有喷头模块，所述连通管的一端通过管道与喷头模块内部连通。一种颗粒增强型铝合金增材成型工艺，包括以下步骤：S1、首先利用线切割机在变形铝合金材料上切割出规定薄片样品，然后对样品进行超声波清洗除去表面的污垢等，采用Ar气保护，单程控制加热，对样品差示扫描热分析(DSC)确定材料的半固态温度区间；S2、然后利用线切割机将变形铝合金材料切割成小方块状，然后对原料进行超声波清洗除去表面的污垢等，然后将其放入至电阻加热炉(3)内部，热电偶加热时，通过输气管将电阻加热炉内部抽真空，然后气压开关打开，使得氩气通过连通管进入电阻加热炉内部，使得浆料处于氩气(0.1MPa)气氛下，然后将合金均匀加热到温度达到660℃合金全熔化，并进行密闭保温10-20分钟；S3、然后开启球化剂筒，使得球化剂筒内部的Al2O3球化粉(直径小于60nm)经过与石墨搅拌杆相通的中空吸管被吸入金属熔体中下部，最后将合金液温度降至630℃±5℃，同时启动电机，此时电机的输出端带动石墨搅拌杆边吸粉边对过热合金液产生低功速度搅拌(600～900r/min)，得到以Al2O3为晶核的球状初生晶的“海-岛”结构的低热半固态浆料；进一步调控温度和吸粉时间(吸入量为合金液总重量的0.5％～1％)，使铝合金浆料温度恒定在(590±5℃)，固相分数控制在(40～50％)不影响熔体流动范围内，在动态低频搅拌过程中，该合金浆料中的“海-岛”结构和比例得到充分圆整优化，每静置6-10min搅拌10min，等待增材成形工艺进行；S4、然后外设控制模块将建立的零件三维模型并导入到自制半固态增材制造成形设备中，调整喷头模块内的喷嘴口针阀开度和基板与喷嘴口的高度，通过调整气压开关，使电阻加热炉内增压，压力大小以合金熔体流动的速度灵活，并能开启气控单向阀阀口开启压力为准(0.101～0.115MPa)，合金熔体进入喷头模块内设的柱塞内部，然后浆料送到喷嘴腔达到一定量时，浆料温度通过柱塞温度调控系统使得固相率得到调控，当浆料通过喷嘴口到达基板后，信号反馈给外设控制模块，外设控制模块四轴运动平台带动喷头模块沿零件轮廓路径运动一层挤出浆料，工作平台按照自适应层高下降一个层高，增材成形零件前，先将基板固定到升降台上，在自适应三维软件分层软件驱动下，自动调整基板与喷头模块的高度，浆料在一定气压下经浆料室底部直径可变的喷嘴，沿着零件CAD分层路径挤出浆料，升降台按照零件CAD模型的自适应层高下降一层，喷嘴沿着零件分层路径挤出第二层浆料，层层叠加沉积，这一过程中电阻加热炉内的压力保持不变直到零件最后一层沉积完成，然后抽回惰性气体，浆料随设备输送管道内气压减小，合金熔体回流至电阻加热炉内，设备复位待机。将零件从基板上分离，再将零件进行退火、固溶强化和时效处理。可选的，所述S2中电阻加热炉内的铸造铝合金熔体温度应控制在合金液相线以上30～80℃的范围内，且在一定保护性氩气环境下熔炼。可选的，所述S4中增材成形零件前先确定样件打印，为了匹配挤出速度和喷头模块运动速度(10-70mm/s)，进出料控制通过调控气压实现，喷头模块液滴的温度以确保熔体顺畅流动为准，挤出速度控制(1-9mm/s)以确保层间良好结合的状态为准，并经测试样件力学性能达到要求，零件的增材成形工艺参数最终以合格样件为准。可选的，所述S4中在基板上进行铝合金的增材成形时，所述基板的温度控制在100-200℃；成形结束后采用线切割工艺将成形的零件从基板上分离，退火后进行固溶强化和时效处理，退火温度设160-180℃，退火时间为1-6h，固溶强化处理的温度为420-480℃，时间为1.5-2h，时效处理的温度为150-180℃，时间为8-30h。以提高铝合金的力学性能和抗疲劳性能，所述S3中的球化剂粉末还可以是其他纳米颗粒如ALN，BeO，WC，TiC，ZrC或稀土元素等增强剂，加入球化剂总量，且保持99％的纯度，粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颗粒增强型铝合金浆料制备，包括底板(1)，其特征在于：所述底板(1)的顶部固定连接有支撑板(2)，所述底板(1)的顶部且位于支撑板(2)的一侧固定连接有氩气筒(16)，所述氩气筒(16)的一端固定连接有出气管(18)，所述氩气筒(16)一端的外侧设置有气压开关(17)，所述出气管(18)的一端固定连接有进气管(19)，所述出气管(18)的另一端固定连接有连通管(12)，所述支撑板(2)的一侧且位于进气管(19)的一侧固定连接有球化剂筒(20)，所述进气管(19)的一端延伸至球化剂筒(20)内部，所述球化剂筒(20)的一侧固定连接有导气管(8)，所述支撑板(2)的一侧且位于氩气筒(16)的一侧固定连接有电阻加热炉(3)，所述电阻加热炉(3)的顶部设置有盖板(4)，所述盖板(4)的顶部固定连接有支撑柱(5)，所述支撑柱(5)的一侧固定连接有电机(6)，所述电机(6)的输出端固定连接有石墨搅拌杆(7)，所述石墨搅拌杆(7)的底端延伸至电阻加热炉(3)内部，所述导气管(8)的一端与石墨搅拌杆(7)相连接，所述连通管(12)的一端穿过盖板(4)延伸至电阻加热炉(3)内部，所述盖板(4)的顶部且位于支撑柱(5)的一侧固定连接有热电偶(14)，所述热电偶(14)的底部延伸至电阻加热炉(3)内部，所述盖板(4)的顶部且位于热电偶(14)的一侧固定连接有输气管(13)，所述输气管(13)的底端延伸至电阻加热炉(3)内部，所述电阻加热炉(3)的底部设置有石墨引流套筒(9)，所述石墨引流套筒(9)的底端且位于电阻加热炉(3)的下方设置有连接头(10)，所述连接头(10)的底部设置有气孔单向阀(11)，所述石墨搅拌杆(7)为中空结构。/n...

【技术特征摘要】
1.一种颗粒增强型铝合金浆料制备，包括底板(1)，其特征在于：所述底板(1)的顶部固定连接有支撑板(2)，所述底板(1)的顶部且位于支撑板(2)的一侧固定连接有氩气筒(16)，所述氩气筒(16)的一端固定连接有出气管(18)，所述氩气筒(16)一端的外侧设置有气压开关(17)，所述出气管(18)的一端固定连接有进气管(19)，所述出气管(18)的另一端固定连接有连通管(12)，所述支撑板(2)的一侧且位于进气管(19)的一侧固定连接有球化剂筒(20)，所述进气管(19)的一端延伸至球化剂筒(20)内部，所述球化剂筒(20)的一侧固定连接有导气管(8)，所述支撑板(2)的一侧且位于氩气筒(16)的一侧固定连接有电阻加热炉(3)，所述电阻加热炉(3)的顶部设置有盖板(4)，所述盖板(4)的顶部固定连接有支撑柱(5)，所述支撑柱(5)的一侧固定连接有电机(6)，所述电机(6)的输出端固定连接有石墨搅拌杆(7)，所述石墨搅拌杆(7)的底端延伸至电阻加热炉(3)内部，所述导气管(8)的一端与石墨搅拌杆(7)相连接，所述连通管(12)的一端穿过盖板(4)延伸至电阻加热炉(3)内部，所述盖板(4)的顶部且位于支撑柱(5)的一侧固定连接有热电偶(14)，所述热电偶(14)的底部延伸至电阻加热炉(3)内部，所述盖板(4)的顶部且位于热电偶(14)的一侧固定连接有输气管(13)，所述输气管(13)的底端延伸至电阻加热炉(3)内部，所述电阻加热炉(3)的底部设置有石墨引流套筒(9)，所述石墨引流套筒(9)的底端且位于电阻加热炉(3)的下方设置有连接头(10)，所述连接头(10)的底部设置有气孔单向阀(11)，所述石墨搅拌杆(7)为中空结构。


2.根据权利要求1所述的一种颗粒增强型铝合金浆料制备，其特征在于：所述盖板(4)的底部且位于电阻加热炉(3)内部固定连接有温度传感器(27)，所述温度传感器(27)位于热电偶(14)与石墨搅拌杆(7)之间。


3.根据权利要求1所述的一种颗粒增强型铝合金浆料制备，其特征在于：所述连通管(12)的底部设置有气控单向阀(21)。


4.根据权利要求1所述的一种颗粒增强型铝合金浆料制备，其特征在于：所述进气管(19)与连通管(12)的顶部均设置有气压表(22)。


5.根据权利要求1所述的一种颗粒增强型铝合金浆料制备，其特征在于：所述底板(1)的顶部且位于电阻加热炉(3)的下方设置有升降台(24)，所述升降台(24)的顶部设置有基板(25)。


6.根据权利要求1所述的一种颗粒增强型铝合金浆料制备，其特征在于：所述支撑板(2)的一侧且位于电阻加热炉(3)的下方设置有四轴运动平台(28)，所述四轴运动平台(28)的下方设置有喷头模块(26)，所述连通管(12)的一端通过管道与喷头模块(26)内部连通。


7.一种颗粒增强型铝合金增材成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、首先利用线切割机在变形铝合金材料上切割出规定薄片样品，然后对样品进行超声波清洗除去表面的污垢等，采用Ar气保护，单程控制加热，对样品差示扫描热分析(DSC)确定材料的半固态温度区间；
S2、然后利用线切割机将变形铝合金材料切割成小方块状，然后对原料进行超声波清洗除去表面的污垢等，然后将其放入至电阻加热炉(3)内部，热电偶(14)加热时，通过输气管(13)将电阻加热炉(3)内部抽真空，然后气压开关(17)打开，使得氩气通过连通管(12)进入电阻加热炉(3)内部，使得浆料处于氩气(0.1MPa)气氛下，然后将合金均匀加热到温度达到660℃合金全熔化，并进行密闭保温10-20分钟；
S3、然后开启球化剂筒(20)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀芝，丁莉芸，王向杰，蔺绍江，杨春杰，王子涵，
申请(专利权)人：湖北理工学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42