[发明专利]一种制备纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备半固态浆料的装置及方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料是由铝合金作为基体合金，发挥其密度小、塑性好、变形能力强的优势，以陶瓷颗粒为增强体，发挥其弹性模量好、热膨胀系数小、耐磨性好的优势，从而组成一个新的材料体系。这种新的材料体系既具有好的强度、刚度和耐磨性，又具有高热导率和低膨胀系数等一系列优势，从而使这种复合材料在在航空、航天、交通运输、核工业及兵器工业等领域得到广泛应用。颗粒增强铝基复合材料中的增强相往往是微米级的陶瓷颗粒。研究发现，随着微米级陶瓷颗粒的加入量增加，虽然其强度、弹性模量、耐磨性有显著提高，但是其塑性指标却随着微米级陶瓷颗粒的加入量的增加而下降。这使得其塑性变形能力明显下降。随着科学技术的发展，研究人员发现，将原来的微米级陶瓷颗粒替换成纳米级陶瓷颗粒，不仅可以获得良好的强度、弹性模量和耐磨性，还可以减缓复合材料塑性指标的下降，甚至有的学者研究发现，适当加入纳米陶瓷颗粒增强颗粒，还可以不使延伸率下降。所以，目前对纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的研究已经成为颗粒增强铝基复合材料研究的一个新的研究热点。但是，随着研究人员对纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的研究进行，人们发现如何制备高质量的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料是首先必须要面对的难题。因为纳米陶瓷颗粒随着颗粒尺寸的减小，其分子间作用力明显增加，纳米颗粒常常团簇聚集在一起，很难将其在铝合金集体中均匀分开。为此，研究人员采用很多方法尝试将纳米陶瓷颗粒如何均匀在铝基体中均匀分散，例如超生分散和液态机械搅拌等等。

半固态搅拌在近些年来也在制备纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料方面显示着一定前景。半固态搅拌是半固态加工技术中半固态浆料制备的典型技术之一。其主要技术原理为，利用机械搅拌装置产生的剪切力打碎液态铝合金在降温过程中产生的初始枝晶，然后通过等温过程使其演变为近球状晶。正是这种由近球状晶和液相组成的半固态浆料是半固态加工技术较传统的铸造技术和锻造技术有很多明显优势。即与传统的液态压铸相比，半固态触变成形技术具有成形温度低(液-固相温区)、模具寿命长、组织均匀及其力学性能高等优点；与固态锻造相比，它的显著优点是用较小的力、较低的成本一次成形形状复杂、力学性能接近于锻件水平的结构件。半固态加工技术一般分为半固态浆料制备然后直接成形的流变成形工艺和制备半固态坯料重熔后触变成形两种典型工艺。无论哪种工艺都必须制备高质量的半固态浆料，这影响着后续的成形过程和成形件的质量。半固态搅拌技术作为典型的半固态浆料制备技术之一，起典型技术特点为将液态铝合金搅拌降温至半固态温度再恒温搅拌，获得由出生球状晶的固相和液相组成的半固态浆料。该工艺对于陶瓷颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的制备具有一定技术优势。这主要因为由于初生球状晶的固相的支撑和衬托作用，能够使陶瓷颗粒得到一定的分散。该技术已经在微米级陶瓷颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的制备方面得到尝试，并证明是有效的。将其应用于纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的制备也是非常有技术前景的。

发明内容

本发明是要解决现有纳米陶瓷颗粒很难在铝基体中均匀分散的问题，而提供了一种制备纳米Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置及方法。

一种制备纳米Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的装置由底座、第一框架、第二框架、加热水冷装置、搅拌坩埚、第一搅拌器、第三搅拌器、第二搅拌器、第一搅拌器连接装置、第二搅拌器连接装置、第三搅拌器连接装置、第一升降横梁控制装置、第二升降横梁控制装置、搅拌齿轮箱、第一搅拌齿轮、第二搅拌齿轮和第三搅拌齿轮、升降横梁、第一导套、第二导套、第一轴承、第二轴承、第一升降齿条、第二升降齿条、第一升降齿轮、第二升降齿轮、第一升降电机、第二升降电机、大皮带轮、传动皮带、小皮带轮(14)、搅拌电机、测温元件和坩埚盖板组成；

在底座两侧分别设置第一框架及第二框架，升降横梁两侧分别设置第一导套及第二导套，升降横梁中心设置第一轴承及第二轴承，所述的第一轴承设置在第二轴承下端；升降横梁通过第一导套及第二导套与第一框架及第二框架相配合，在第一框架上设置第一升降横梁控制装置，在第二框架上设置第二升降横梁控制装置；所述的第一升降横梁控制装置及第二升降横梁控制装置置于升降横梁下端；