一种金属基复合板材的制备方法及系统装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种金属基复合板材的制备方法及系统装置，所述制备方法通过将金属基熔体降温至半固态浆料，与增强颗粒体混合，经电磁振动后进行铸轧，得到晶粒小的金属基复合板材，所述制备方法能够改善金属基复合板材的力学性能，降低复合板材的晶粒度，提高抗拉强度与断裂延伸率；用于所述制备方法的系统装置包括混合装置，设置于混合装置下部一侧的出口通道，以及与出口通道相连依次设置的电磁振动装置和铸轧装置，该装置结构简单，效率高。效率高。效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种金属基复合板材的制备方法及系统装置


[0001]本专利技术涉及材料成形
，尤其涉及一种金属基复合板材的制备方法及系统装置。

技术介绍

[0002]金属合金连续铸轧是指金属合金熔体在连续铸造凝固的同时进行轧制变形的过程。将液态金属合金直接浇入辊缝中，轧辊既起着结晶器的作用又同时对金属进行轧压变形，此过程又称为液态轧制或无锭轧制。从供料嘴子前沿到铸轧辊中心线之间的距离成为铸轧区，液体金属通过供料嘴进到铸轧区时，立即与两个相转动的铸轧辊相遇，液体金属的热量不断从垂直于铸轧辊面的方向传递到铸轧辊中，使附着在铸轧辊表面的液体金属的温度急剧下降，因此，液体金属在铸轧辊表面被冷却、结晶、凝固。随着铸轧辊的不断转动，液体金属的热量继续向铸轧中传递，并不断被铸轧辊中的冷却水带走，晶体不断向液体中生长，凝固层随之增厚。液体金属与两个铸轧辊基本同时接触，同时结晶，其结晶过程和条件相同，形成凝固层的速度和厚度相同，当两侧凝固层厚度随着铸轧辊的转动逐渐增加，并在两个铸轧辊中心线以下相遇时，即完成了铸造过程，并随之受到这两个铸轧辊对其凝固组织的轧制作用，并给以一定的轧制加工率，是液体金属被铸造、轧制成铸轧板，这就是连续铸轧的基本原理。
[0003]颗粒增强金属基复合材料是包括以碳化物、氮化物、石墨等颗粒增强金属或合金基体的金属基复合材料。可根据工作的工况要求选择基体金属和增强颗粒，常选用的颗粒有碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化钨、氧化铝、氮化硅、硼化钛、氮化硼及石墨等，颗粒的尺寸一般在3.5～10μm，也有选用<3.5μm和30μm左右的颗粒、含量范围5％～75％，视需要而定。金属基体有铝、镁、钛、铜、铁等及其合金。制造方法有粉末冶金法、铸造法、真空压力浸渍法和共喷射沉积法。可以直接做成零件，也可做成铸锭后进行热挤压、锻造、轧制等。
[0004]CN105312520B公开了一种制造碳化硅颗粒增强铝基复合型材的连续铸轧方法，利用机械搅拌方法制备碳化硅颗粒增强铝基材复合浆料，并将其通过布流组件，连续均匀地注入两铸轧辊单元组成的铸轧熔池内，实现碳化硅颗粒增强铝基材复合型材的连续铸轧成形，但金属合金的晶粒粗大，金属合金铸轧板材的力学性能较差。
[0005]CN110935852A公开了一种连续纤维增强金属基复合材料板带制备设备及方法，其制造设备包括纤维送丝机构、浇注前箱、铸轧机构、冷却系统，所述纤维送丝机构设置有前压板、后压板和纤维保护气体循环系统，具备纤维气体保护和张紧功能，但金属合金的晶粒粗大，金属合金铸轧板材的力学性能较差。
[0006]CN1325197C公开了一种镁薄板带材双辊超高速连铸机，由凝固辊、成形辊、一体化前箱溢流嘴组成的双辊连铸机，是靠转动凝固辊拖曳液体金属的双辊连铸机，镁薄板带材的凝固和成形分别在凝固辊和成形辊上不同的位置完成的，但金属合金的晶粒粗大，金属合金铸轧板材的力学性能较差。
[0007]因此，有必要开发出一种能够制备出细晶金属基复合板材的方法，提升金属基复
合板材的力学性能。

技术实现思路

[0008]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种金属基复合板材的制备方法，所述制备方法通过混合半固态浆料和增强颗粒体后，经电磁振动后铸轧，得到晶粒小的金属基复合板材，用于制备方法的系统装置包括混合装置、出口通道、电磁振动装置和铸轧装置，从而改善金属基复合板材的力学性能，降低复合板材的晶粒度，提高抗拉强度与断裂延伸率。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种金属基复合板材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0011](1)将金属基熔体降温至半固态，得到半固态浆料；
[0012](2)混合所述半固态浆料和增强颗粒体，得到含增强相的半固态浆料；
[0013](3)所述含增强相的半固态浆料经电磁振动后铸轧，得到金属基复合板材。
[0014]本专利技术将金属基熔体降温至半固态，得到半固态浆料，此时温度位于相图中固液两相区的上方，半固态浆料仍然具有良好的流动性；混合半固态浆料和增强颗粒体，得到含增强相的半固态浆料，此时含增强相的半固态浆料中包含液态金属、初生金属基体相和固体增强颗粒，固体增强颗粒作为异质形核颗粒，可起到异质形核作用，增加金属基体的形核位置，促进晶粒细化；含增强相的半固态浆料经电磁振动，使机械波或机械扰动加载于将要凝固的浆料上，通过机械横波的作用破碎将要触变成型结晶的晶粒，达到进一步细化晶粒的作用，随后铸轧，得到的金属基复合板材晶粒度小，近净成形，且提高抗拉强度与断裂延伸率，力学性能有所改善。
[0015]优选地，步骤(1)所述半固态浆料中含有液态金属和初生金属基体相。
[0016]优选地，步骤(1)所述金属包括铝合金、镁合金、钛合金、铜合金或铁合金中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：铝合金和镁合金的组合、钛合金和铜合金的组合、钛合金、铜合金和铁合金的组合等。
[0017]本专利技术所述金属基熔体包括纯金属熔体或金属合金熔体，所述金属合金熔体中并不限定仅含金属，也可含非金属物质，只要是以金属元素为主体的合金熔体即可，该合金例如可以是AZ91D镁合金、AZ31D镁合金或7075铝合金等。
[0018]优选地，所述降温前将熔化后的金属基熔体进行保温。
[0019]本专利技术中熔化后的金属基熔体在降温前进行保温，是为了促进熔体成分的均匀性，能够使熔体状态稳定在液相区。
[0020]优选地，所述保温的时间为15～25min，例如可以是15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min或25min等。
[0021]优选地，步骤(2)所述混合在搅拌下进行。
[0022]优选地，所述搅拌的时间为1～120min，例如可以是1min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等，优选为5～60min。
[0023]优选地，所述搅拌包括机械搅拌和/或超声搅拌。
[0024]优选地，所述机械搅拌的转速为1～3000r/min，例如可以是1r/min、10r/min、
100r/min、300r/min、500r/min、800r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min或3000r/min等，优选为5～200r/min。
[0025]优选地，所述超声搅拌的频率为20～130kHz，例如可以是20kHz、30kHz、40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、80kHz、90kHz、100kHz、110kHz、120kHz或130kHz等。
[0026]优选地，所述增强颗粒体包括碳化物、氮化物、氧化物、碳纤维、玻璃纤维、石墨烯、碳纳米管或石墨中的任意一种或至少两种的组合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属基复合板材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将金属基熔体降温至半固态，得到半固态浆料；(2)混合所述半固态浆料和增强颗粒体，得到含增强相的半固态浆料；(3)所述含增强相的半固态浆料经电磁振动后铸轧，得到金属基复合板材。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属包括铝合金、镁合金、钛合金、铜合金或铁合金中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述降温前将熔化后的金属基熔体进行保温；优选地，所述保温的时间为15～25min。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合在搅拌下进行；优选地，所述搅拌的时间为1～120min；优选地，所述搅拌包括机械搅拌和/或超声搅拌；优选地，所述机械搅拌的转速为1～3000r/min；优选地，所述超声搅拌的频率为20～130kHz。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述增强颗粒体包括碳化物、氮化物、氧化物、碳纤维、玻璃纤维、石墨烯、碳纳米管或石墨中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述碳化物包括碳化硅、碳化钛、碳化硼或碳化钨；优选地，所述氮化物包括氮化硼、氮化磷、氮化硅、氮化钛、氮化镁、氮化铝、氮化锰或氮化锆；优选地，所述氧化物包括氧化钛、氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化镧或氧化钨；优选地，所述增强颗粒体的粒径为0.1～200μm；优选地，所述半固态浆料与增强颗粒体的质量比为(200～1.5):1；优选地，所述含增强相的半固态浆料的体积固相率为1～80％，优选为12～30％。5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述电磁振动的振幅为0.5～50mm；优选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪杰，程丽任，车朝杰，
申请(专利权)人：中国科学院江西稀土研究院，
类型：发明
国别省市：