提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置及方法。所述装置包括固溶炉、脉冲电源、L型铜夹具、绝缘平台、数字测温平台等。该装置可通过记录电脉冲固溶过程中温度随时间变化快速确定脉冲参数，将脉冲装置一体化，使重复试验无需拆卸装置，仅需控制卡扣即可更换试样，便于在电脉冲固溶后及时对高温试样进行水冷。本发明专利技术使原位自生铝基复合材料中的第二相基本溶入基体，抑制晶粒长大；提高材料的强度和延伸率，经电脉冲固溶处理后可提高材料的延伸率，抗拉强度和屈服强度不降反增；缩短固溶时间，提高热处理效率，节约成本。节约成本。

【技术实现步骤摘要】
提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置及方法


[0001]本专利技术属于金属热处理
，涉及一种提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置及方法，特别是一种提高TiB2/Al
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Zn
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Mg
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Cu复合材料强度和塑性的固溶装置及方法。

技术介绍

[0002]原位自生TiB2/Al
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Zn
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Mg
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Cu复合材料，是通过原位反应合成的方法在铝合金熔体中生成高模量的TiB2陶瓷颗粒，TiB2颗粒尺寸细小，形貌更规整且颗粒
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基体界面结合良好，比Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金具有更优的综合力学性能和机械加工性能。TiB2/Al
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Zn
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Mg
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Cu复合材料的传统固溶处理是在第二相初熔温度以上加热一段时间，使第二相全部或最大限度的溶入铝基体中，经过淬火后形成室温下不稳定的过饱和固溶体，为后续时效过程的析出强化做铺垫。TiB2/Al
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Zn
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Mg
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Cu复合材料常规固溶方法是470℃～480℃加热2h。单一热场温度不够均匀和稳定，热辐射传热速率慢，热处理效率低。
[0003]脉冲电流是一种能在短时间内产生足够高能量的技术，在其热效应和非热效应共同作用下，能够引起材料微观组织和力学性能显著变化。电脉冲产生热和非热效应，通过影响溶质原子和空位扩散、位错的滑移和攀移从而调控组织和性能。文献报道，当电流密度超过10A/mm2才有可能通过非热效应影响固态相变，即在较小的电流中是热效应主导。
[0004]在固溶过程中引入较小的脉冲电流，多场耦合产生更多的热量，可以加快固溶进程，缩短固溶周期，高效节能。但并非任意的脉冲电流参数下都可以达到与传统固溶相媲美的固溶效果，且有效改善材料的强度和塑性。因此，选取合适的脉冲参数，对于实现上述目的具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置及方法，目的在于通过电脉冲装置的数字测温平台所记录的不同脉冲参数能达到的最高温度快速确定可行性参数，在短时间内将第二相溶解，实现材料强度和塑性的良好匹配，缩短固溶周期，提高热处理效率。
[0006]为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0007]提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置，包括固溶炉、脉冲电源、铜导线、L型铜夹具、绝缘平台、以及数字测温平台。所述数字测温平台实时记录温度随时间的变化。
[0008]所述原位自生铝基复合材料优选为TiB2/Al
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Zn
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Mg
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Cu复合材料。
[0009]所述固溶炉内部设置循环风扇，侧边开有固溶炉测温孔；位于固溶炉内的两个L型铜夹具左右对称放置于绝缘平台上；一端焊接连接在L型铜夹具上端且靠近上凹槽处的包覆绝缘套的热电偶穿出固溶炉测温孔，与数字测温平台上的数字测温仪连接；脉冲电源与两根包覆绝缘套的铜导线的一端相连，所述铜导线的另一端为铜鼻子结构，该结构穿过固
熔炉测温孔紧贴L型铜夹具；铜导线一端、L型铜夹具、绝缘平台通过螺母螺栓紧固成一体。
[0010]进一步地，所述L型铜夹具由互为垂直的竖直部分及水平部分组成；靠近上述竖直部分的上端、沿水平方向设有一中空柱结构的样品台，由沿平行于中空柱径向切割成的上凹槽与下凹槽构成；上凹槽与下凹槽以铰链结构相连，开门角度为180
°
；铰链结构相对侧设有搭扣使上凹槽与下凹槽开启或扣紧；L型铜夹具的水平部分，沿垂直方向设置螺纹孔。
[0011]进一步地，所述绝缘平台包括下侧与固溶炉接触的钢板，起支撑和承重作用，以及上侧与L型铜夹具接触的陶瓷板，起绝缘、隔热作用；所述钢板和陶瓷板均开螺纹孔；上述螺纹孔直径与铜鼻子结构圆孔直径相同；所述铜鼻子结构圆孔、L型铜夹具螺纹孔、绝缘平台螺纹孔对齐。
[0012]进一步的优先方案包括，所述脉冲电源发生装置带有水冷箱。
[0013]进一步的优先方案包括，所述脉冲电源的参数为：电压为10.4V～22V，脉冲形式为双向脉冲，占空比50％，可调参数包括脉冲电流100A、200A、或300A，脉冲频率60Hz、200Hz、或500Hz，通电时间5min、15min、或30min。
[0014]进一步的优先方案包括，所述固溶炉测温孔内壁绝缘。
[0015]进一步地，本专利技术还提供提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶试验方法，采用上述的固溶装置，包括以下步骤：
[0016]1)开启固溶炉，升温至目标温度后，打开数字测温仪开关记录温度随时间变化，保温一段时间直至数字测温仪显示温度和固溶炉设置温度相同；
[0017]2)将试样放置在样品台，关闭搭扣，关上固溶炉炉门，直至温度恢复至目标温度，该过程大概2min～3min；
[0018]3)打开脉冲电源水冷箱，达到散热效果，选择脉冲电流、脉冲频率、通电时间参数，打开脉冲电源进行电脉冲固溶试验；
[0019]4)电脉冲处理结束关闭脉冲电源，打开固溶炉炉门、开启搭扣，翻开合页，取出试样进行水冷；淬火介质为水，淬火温度在15～25℃，淬火转移时间为8s～10s；
[0020]5)从数字测温仪导出电脉冲固溶过程中温度随时间变化的记录，获得在所选脉冲电流、脉冲频率、通电时间处理下的最高温度T
a
；
[0021]6)重复操作步骤2)～步骤5)，获得所有可调脉冲参数处理下的最高温度T
a
，若最高温度T
a
高于传统固溶温度475℃，则该参数可实现快速固溶；所对应的脉冲电流、脉冲频率、通电时间即为提高原位自生铝基复合材料强塑性的快速固溶方法的关键参数；
[0022]7)待全部电脉冲实验结束，关闭脉冲电源水冷箱、固溶炉、数字测温仪，将测温仪与包覆绝缘套的热电偶分离，待炉温降至室温后，卸下螺栓和螺母，将包覆绝缘套的铜导线从测温孔拉出，分别取出热电偶及绝缘套、L型铜夹具和绝缘平台，即完成所述快速固溶装置的分离。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0024]本专利技术通过通过数字测温平台记录脉冲固溶过程中温度随时间变化，从而快速确定出合适的脉冲参数。L型铜夹具直接和铜导线相连、和绝缘平台相连、和热电偶相连，具有夹持样品、导电功能，使整个脉冲装置实现一体化连接，适用于任一带有测温度孔的固溶炉或时效炉。当需调整参数进行反复试验时不需要拆卸脉冲固溶装置，仅需控制卡扣即可更换试样，有效避免了在更换试样时需拆卸导线、导电夹具的问题，操作方便快捷，利于在电
脉冲固溶后及时对高温试样进行水冷，保持高固溶度利于后续时效析出。
[0025]通过该电脉冲固溶装置，在该脉冲电源可调参数范围内，实现了提高原位自生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置，其特征在于：包括固溶炉(1)，脉冲电源(2)、铜导线(3)、L型铜夹具(6)、绝缘平台(16)、以及数字测温平台(17)。2.根据权利要求1所述的提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置，其特征在于，所述原位自生铝基复合材料为TiB2/Al
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Zn
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Mg
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Cu复合材料。3.根据权利要求1所述的提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置，其特征在于，所述固溶炉(1)内部设置循环风扇，侧边开有固溶炉测温孔(a)；位于固溶炉(1)内的两个L型铜夹具(6)左右对称放置于绝缘平台(16)上；一端焊接连接在L型铜夹具(6)上端且靠近上凹槽(11)处的包覆绝缘套的热电偶(5)穿出固溶炉测温孔(a)，与数字测温平台(17)上的数字测温仪(4)连接；脉冲电源(2)与两根包覆绝缘套的铜导线(3)的一端相连，所述铜导线(3)的另一端为带有圆孔的铜鼻子结构(14)，铜鼻子结构(14)穿过固熔炉测温孔(a)紧贴L型铜夹具(6)；铜导线(3)一端、L型铜夹具(6)、绝缘平台(16)通过螺母螺栓紧固成一体。4.根据权利要求1或3所述的提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置，其特征在于，所述L型铜夹具(6)由互为垂直的竖直部分及水平部分组成；靠近上述竖直部分的上端、沿水平方向设有一中空柱结构的样品台(15)，由沿平行于中空柱径向切割成的上凹槽(11)与下凹槽(12)构成；上凹槽(11)与下凹槽(12)以铰链结构(13)相连，开门角度为180
°
；铰链结构(13)相对侧设有搭扣(10)使上凹槽(11)与下凹槽(12)开启或扣紧；L型铜夹具(6)的水平部分沿垂直方向设置螺纹孔。5.根据权利要求1或3所述的提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置，其特征在于，所述绝缘平台(16)包括下侧与固溶炉(1)接触的钢板(9)，以及上侧与L型铜夹具(6)接触的陶瓷板(8)；所述钢板和陶瓷板均开螺纹孔；上述螺纹孔直径与铜鼻子结构圆孔直径相同；所述铜鼻子结构圆孔、L型铜夹具螺纹孔、绝缘平台螺纹孔对齐。6.根据权利要求1或3所述的提高原位自生铝基复合材料强度和塑性的固溶装置，其特征在于，所述脉冲电源(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗仙慧，陈剑，李宇罡，耿继伟，陈东，夏存娟，王浩伟，
申请(专利权)人：上海交通大学安徽淮北陶铝新材料研究院，
类型：发明
国别省市：