[发明专利]纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成型装置和成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及半固态浆料的成型装置和成型方法，是申请日为2014年11月27日、申请号为201410705946.8的《纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备及成型装置和制备及成型方法》分案申请。

背景技术

由于纳米陶瓷颗粒铝基复合材料具有低密度、高比强度和比刚度、高弹性模量、高耐磨性、高热导率和低热膨胀系数等一系列优异性能，使其在航空、航天、交通运输、核工业及兵器工业等领域受到广泛关注。同时，为适应国家“节能、减排、降耗”的大政方针，实现经济的可持续、快速发展，结构件正向轻量化和高可靠性飞速发展，颗粒增强铝基复合材料被广泛用于装备制造业中的复杂承力结构件。这就对其成形技术提出了更高要求。其中精确控形(控制结构件的形状)和精确控性(控制结构件的力学性能)是最重要的两个要求。精确控形是指该技术能够完全成形出所需结构件形状且尺寸精度满足设计要求。精确控性是指该技术不仅能够保证结构件的力学性能要求而且能够使其具有更高的力学性能。在铝基复合材料结构件的众多成形技术中，以铸造方法消耗少、工艺简单、不受零件形状限制而备受青睐。但铸造本身工艺容易带来诸多缺陷，使其性能不易满足使用要求(控性差)。为此，转向锻造加工，这就势必增加加工成本，且工艺流程长，零件形状也不能太复杂(控形差)。为此，必须在铸造和塑性加工之间进行融合嫁接，寻求一种工序省、加工容易、易控形和控性且成本不高的新方法。半固态触变成形技术具有这一优势。半固态触变成形技术是一种继承了铸、锻工艺的综合优点的精密、近净成形技术，能够有效地实现控形与控性的统一。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。

纳米颗粒增强铝基复合材料的半固态触变成形技术是目前半固态加工技术领域和铝基复合材料结构件制造技术领域的一个重要发展方向。而如何制备高质量的纳米颗粒增强铝基复合材料半固态浆料又是该技术发展中急需解决的关键问题。目前颗粒增强铝基复合材料半固态浆料的主要制备方法就是粉末冶金法和半固态机械搅拌法。虽然粉末冶金方法制备的纳米颗粒铝基复合材料具有界面结合良好、颗粒分布均匀的优点，但其也明显存在制备成本高、难以制备大尺寸半固态坯料的缺点。半固态机械搅拌利用半固态浆料中固相颗粒的支撑和衬托作用使陶瓷颗粒得到一定的分散，从而使该技术在陶瓷颗粒尺寸为几微米至几十微米时比较有效。但是一旦增强相粒子尺寸减小至纳米尺寸时，即使利用半固态机械搅拌，也很难使纳米颗粒获得很好的分散和界面润湿效果。由于纳米颗粒增强相的尺寸极小，这给纳米颗粒增强铝基复合材料半固态坯料的制备和成形带来很多技术困难，从而影响半固态坯料的质量和触变成形结构件的组织性能。所以，要发展纳米颗粒增强铝基复合材料半固态触变成形技术，必须制备高质量半固态坯料。而要制备高质量的纳米颗粒铝基复合材料半固态坯料，必须首先解决纳米颗粒和铝基体的界面润湿、纳米颗粒的絮凝(或团簇)及铝固相颗粒的球化、细化的技术瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有制备的粒增强铝基复合材料半固态浆料存在纳米颗粒和铝基体的界面润湿性差，纳米颗粒易絮凝，成型的方法成本高，工艺流程长和控形差的问题，而提供纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的成型装置和成型方法。

纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备装置包括超生震荡装置、热电偶、电阻炉、盖板、搅拌器、电机、框架和坩埚；

所述的坩埚置于电阻炉中；盖板覆盖在电阻炉的上端面上，盖板的中间位置上设有冲孔，超生震荡装置或搅拌器通过盖板上的冲孔，伸入到坩埚内部；搅拌器的上端与电机相连接，电机与框架使用螺栓固定连接。

纳米SiC颗粒增强7075铝基复合材料半固态浆料的制备方法，具体是按以下方法制备的：

一、制备液态7075铝合金：将电阻炉升温至650℃，然后将7075铝合金挤压态坯料放入坩埚内，再在温度为650℃下保温10min～16min，得到液态7075铝合金；

二、超声清洗：以乙醇为清洗剂，将纳米SiC颗粒在功率为100W下超声清洗2min～3min，再进行干燥，得到超声清洗后的纳米SiC颗粒；