本实用新型专利技术公开了一种气体分散搅拌高熵合金颗粒铝基材料装置包括通气搅拌器，通气搅拌器通过传动结构由电机驱动，通气搅拌器依次通过旋转接头、软管与气瓶连通，气瓶与软管之间连接有颗粒分散室，颗粒分散室的底部与变截面通管的较粗端连通，变截面通管的较细端设于软管内，颗粒分散室的顶部与装有高熵合金颗粒的颗粒料室连接；使用时，通气搅拌器设于装有铝合金基体的坩埚内。本实用新型专利技术通过分散加入熔体内的高熵合金颗粒，增加高熵合金颗粒与铝合金的接触面积与润湿性，避免团聚，宏观与微观分散均匀，改善界面结合性，并在凝固时在整个基体中大幅增加形核质点，细化晶粒、改善组织、强化性能。强化性能。强化性能。
【技术实现步骤摘要】
一种气体分散搅拌高熵合金颗粒铝基材料装置
[0001]本技术涉及一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及其搅拌铸造制备工艺，属于金属基复合材料制备领域。
技术介绍
[0002]用作增强相的复合材料多为陶瓷颗粒、纤维，金属颗粒纤维等，这些复合材料常具有较好的强度和韧性，但仍存在诸多方面的问题，如陶瓷颗粒和纤维增强体与铝基体之间浸润性差、界面结合不良、颗粒分布不均等，严重影响了结构用铝基复合材料的大规模生产与推广应用。
[0003]高熵合金是一种由五种及五种以上元素构成的新型多主元合金，每种元素的摩尔质量相等或接近相等。因此，高熵合金具有许多区别于传统合金的组织和性能，例如高强度、良好热稳定性、耐磨性和耐腐蚀性，高热阻、高电阻等。源于金属与金属之前天然的界面结合特性，高熵合金与铝基体的界面润湿性与界面相容性很好，可以解决陶瓷颗粒增强体与金属基体之间浸润性差、界面结合不良等问题。采用包括粉末冶金、热挤压、热压烧结等制备高熵合金颗粒增强铝基复合材料的报导，但这些工艺成型大尺寸复合材料块体和成型件方面存在较大的难度。采用液态搅拌法在制备成型大尺寸复合材料方面有较大的优势，但采用液态搅拌法将高熵合金颗粒均匀分散混入基体中存在较大的难度，高熵合金颗粒具有大的比表面积，采用常规的搅拌加粉方式，高熵合金颗粒倾向于飘在熔体的表面，并不能与高温下的铝合金基体很好的润湿和分散。专利CN201510988188.X将高熵合金颗粒密封入铝合金管，再将分段的铝合金管添加入熔融基体，之后搅拌分散，该专利采用的是将高熵合金颗粒包住压入铝合金基体内部进行搅拌，防止颗粒飘到材料表面，但其存在一定的问题，原因是铝合金管熔化时高熵合金颗粒仍然是以大量的团聚体的形式与铝合金基体进行接触，单个颗粒与铝合金基体接触并不充分仍然存在分散不好润湿不良的问题，纯机械搅拌也仅仅能对高熵合金颗粒进行宏观分散，其微观分散并不均匀，其凝固组织中仍然会存在大量的颗粒团聚体被包裹凝固的现象存在，这对复合材料的微观均匀性和组织性能的提高造成了阻碍，尤其随着加入高熵合金成分比例增加，单个颗粒与铝合金基体接触的概率和面积进一步减小，纯机械搅拌也仅仅能对高熵合金颗粒进行宏观分散，其局部微观部分分散不好与润湿不良的问题变得严重，其微观分散并不均匀，其凝固组织中会存在大量的颗粒团聚体被包裹凝固的现象存在，在专利CN201510988188.X的图3中出现了大量的黑色片层状颗粒，这些都是高熵合金分散不良形成的团聚物，此外高熵合金颗粒的微观局部如果能够充分的均匀分散非常有利于高温铝合金基体的非均质形核，从而大幅细化晶粒。
技术实现思路
[0004]本技术所要解决的技术问题是：如何提高增强相颗粒与基体熔体的润湿性，使高熵合金颗粒在合金基体内实现宏观与微观的充分分布均匀，进一步增加细晶效果与颗粒增强效果，提高铝基材料的综合性能。
[0005]为了解决上述技术问题，本技术提供了一种气体分散搅拌装置包括通气搅拌器，通气搅拌器通过传动结构由电机驱动，通气搅拌器依次通过旋转接头、软管与气瓶连通，气瓶与软管之间连接有颗粒分散室，颗粒分散室的底部与变截面通管的较粗端连通，变截面通管的较细端设于软管内，颗粒分散室的顶部与装有高熵合金颗粒的颗粒料室连接；使用时，通气搅拌器设于装有铝合金基体的坩埚内。变截面通管的较细端限制颗粒的流出数量，同时对流过的气体进行进一步加压，让颗粒从变截面通管中喷出，从而打散团聚颗粒，使其在气体中充分分散，惰性气体将高熵合金颗粒混合均匀吹入旋转接头再经过通气搅拌器吹入铝合金基体，同时电机带动通气搅拌器搅拌铝合金基体，实现高熵合金颗粒吹入与机械搅拌的结合，实现高熵合金粉末从微观和宏观上、局部与整体均匀的分布在合金基体中，使高熵合金颗粒在熔体中作为形核质点大量异质形核，同时又作为强化相增强性能。
[0006]优选地，所述颗粒料室与颗粒分散室之间设有颗粒流量控制阀；所述气瓶与颗粒分散室之间设有气体流量控制阀。
[0007]本技术的制备工艺是一种采用液态法制备高熵合金颗粒增强铝基复合材料的新工艺，即制备高熵合金粉末、气体分散搅拌装置引入铝合金基体、铸造成型复合材料等关键步骤，能够解决高熵合金颗粒增强铝基复合材料的颗粒引入铝合金基体困难，机械搅拌不能使颗粒微观分布均匀，解决颗粒与基体润湿不充分、团聚等问题，来制备具有优异综合性能的铝基复合材料。
[0008]本技术制备方法的原理为：高熵合金颗粒在高温下，结构稳定，从而避免了一般增强相的界面化学反应的发生和金属间化合物等脆性相的生成，加之复合材料中高熵合金粉末与铝合金基体可以形成原子半共格的物理结合型界面，界面结合强度高、界面润湿性好。相比于传统颗粒增强铝合金，熔体对高熵合金金属颗粒的溶载能力提高，加入更多的增强相颗粒有利于提高硬度和强度。但高熵合金颗粒粒径较小，具有比较高的表面能，加入熔体时，浮在铝合金基体表面且容易形成团聚体，采用普通机械搅拌方式无法使其融入铝合金基体中，连宏观分散都做不到。即便采用包覆压入熔体内部使其无法浮在熔体表面，使颗粒勉强加入合金内部，仍然有大量的片状、球状的团聚体大量存在，无法使高熵合金在铝合金基体内微观和宏观上均匀的分布，而且这个现象随着加入高熵合金颗粒数量的增多，团聚现象越来越严重，原因是不管普通搅拌还是压入熔体搅拌都无法从根本上解决高熵合金颗粒间的微观分散问题，也无法增加和保证单个颗粒与熔体的接触和润湿问题，更无法解决大量高熵合金颗粒在熔体内部宏观与微观的分散问题。本技术采用气体分散搅拌装置对高熵合金粉末进行分散，通过变截面收口将气体压力增大，使少量高熵合金粉末通过的时候在狭长的收口处加压、旋转、喷射，将团聚的颗粒充分打散混入惰性气体当中，惰性气体随分散搅拌装置引入熔体时，气体也会在旋转搅拌的条件下被打散，分散的气体进一步将高熵合金颗粒分散，气泡进入熔体内部时破裂时产生强大的压力也会进一步增加高熵合金颗粒的分散，同时机械搅拌带来的熔体对流也会租金高熵合金的分散，在这些多重分散作用的基础上，实现高熵合金颗粒在整个熔体内宏观与微观的混合与均匀分散，解决团聚、分布不均问题，之后再利用超声振动或机械振动对熔体处理，将气体分散时残存的气体除去，避免后续产生气孔问题。同时，高熵合金具有较高的热稳定性，同时又与金属熔体有天然的亲和力，在熔体的后续凝固铸造过程中，在熔体中可以作为形核质点进行异质形
核，分散于铝合金基体之间的大量的高熵合金颗粒可以做为异质形核质点进行大量的形核，晶粒形核数量远超传统颗粒增强铝基复合材料，晶粒细化效果直接由分散的高熵合金颗粒决定，大量的充分分散的高熵合金颗粒会大大加强晶粒细化效果，再结合硬质高熵合金颗粒强化作用，大幅度提高硬度、强度和塑性，该方法能获得颗粒弥散均匀、细小的微观组织以及良好的力学和物理性能。
[0009]本技术相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0010](1)本技术涉及的高熵合金粉体高温稳定性好，抗氧化性较强，相对于其他材质增强颗粒表面不需要额外的化学处理和清洗。
[0011](2)本技术属于液态本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气体分散搅拌高熵合金颗粒铝基材料装置，其特征在于，包括通气搅拌器(14)，通气搅拌器(14)通过传动结构(10)由电机(11)驱动，通气搅拌器(14)依次通过旋转接头(9)、软管(8)与气瓶(3)连通，气瓶(3)与软管(8)之间连接有颗粒分散室(6)，颗粒分散室(6)的底部与变截面通管(7)的较粗端连通，变截面通管(7)的较细端设于软管(8)内...
【专利技术属性】
技术研发人员：周冰，仇志艳，陈可平，徐春，王占勇，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：新型
国别省市：
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