[发明专利]一种复相增强金属基复合材料的成形系统和方法

权利要求书

1.一种复相增强金属基复合材料的成形系统，其特征在于，包括气-固两相雾化喷射成形装置和热挤压装置两部分；

所述气-固两相雾化喷射成形装置包括真空室(1)、中频电源(2)、粉仓(3)、球阀(4)、气体减速器(5)、储气瓶(6)、控制器(7)、过喷粉末收集器(8)、接收器(9)、雾化喷嘴(10)、感应线圈(11)、止通棒(12)、直线电机(13)、温度传感器(14)、坩埚(15)、电机控制器(16)、温度显示终端(17)、固定支架(18)、隔板(19)以及真空机(20)；其中隔板(19)设置于真空室(1)内，将真空室(1)隔成上下两部分；雾化喷嘴(10)、感应线圈(11)、止通棒(12)、直线电机(13)、温度传感器(14)、坩埚(15)及固定支架(18)位于真空室(1)的上半部分；坩埚(15)通过其底部的螺纹通孔与雾化喷嘴(10)相连，雾化喷嘴(10)中心开有一金属导流通孔，感应线圈(11)缠绕于坩埚(15)的外侧，且与中频电源(2)相连；直线电机(13)固定于所述固定支架(18)上，并与电机控制器(16)相连；止通棒(12)与直线电机(13)连接，且止通棒(12)与雾化喷嘴(10)的中心导流通孔以及坩埚(15)底部的螺纹通孔共轴，在直线电机(13)的控制下能够沿其轴线上下移动，通过控制其锥形端与坩埚(15)底部的螺纹通孔分离或贴合控制坩埚(15)中熔融金属的流下与否；温度传感器(14)固定于所述固定支架(18)上，并与温度显示终端(17)相连，且温度传感器(14)的感应端伸入到坩埚(15)内；所述雾化喷嘴(10)与置于真空室(1)外部的储气瓶(6)通过管路相连，气体减速器(5)位于所述储气瓶(6)的出口处，粉仓(3)设置于所述连接管路上，球阀(4)位于所述粉仓(3)的出口处；接收器(9)置于真空室(1)的下半部分，所述接收器(9)具有绕轴线转动及沿轴向上下运动两个自由度，接收器(9)与控制器(7)相连，过喷粉末 收集器(8)位于真空室(1)的底部，真空机(20)与所述真空室(1)连通；

所述热挤压装置包括凸模(21)、挤压筒(22)、挤压垫(23)、凹模(25)、垫板(26)、感应电源(27)、保温体(28)、加热线圈(29)以及温度探头(30)；其中挤压筒(22)固定于垫板(26)上，凹模(25)位于挤压筒内，且夹持于挤压筒(22)与垫板(26)之间；保温体(28)环绕在挤压筒(22)外部，加热线圈(29)预封装于保温体(28)内部，加热线圈(29)通过导线与感应电源(27)相连，温度探头(30)深入到挤压筒(22)内部，对其温度进行实时监控并向感应电源(27)发出反馈信号控制感应电源(27)的开关。

2.根据权利要求1所述复相增强金属基复合材料的成形系统，其特征在于，雾化喷嘴(10)出气口形状为Laval型。

3.根据权利要求1所述复相增强金属基复合材料的成形系统，其特征在于，直线电机(13)与温度传感器(14)通过滑块连杆机构固定在固定支架(18)上。

4.一种基于复相增强金属基复合材料的成形系统的成形方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1：喷射沉积前真空室(1)先抽真空，然后回充惰性保护气体；

步骤2：将陶瓷颗粒和金属粉末按照设定比均匀混合放入粉仓(3)备用，开启中频加热电源(2)，对坩埚(15)中的金属熔炼至一定过热度；

步骤3：启动直线电机(13)拉起止通棒(12)，使熔融金属沿雾化喷嘴(10)的中心导流通孔流下进入真空室(1)下部的雾化区域，同时启动储气瓶(6)中的雾化气体，雾化气体与粉仓(3)中流下的粉末混合后一起运动形成气-固两相均匀流，经过雾化喷嘴(10)加速后对具有一定过热度的金属进行雾化，形成混合了增强颗粒和金属熔滴的雾化锥；

步骤4：控制器(7)控制接收器(9)绕竖直轴线转动并缓慢下移，保持接收距离和角度，雾化锥中的增强颗粒和雾化熔滴在雾化气体的带动下在接收器(9)上沉积成形，形成增强相均布的沉积坯；

步骤5：将沉积坯加工成柱状的挤压件，将挤压件在热挤压装置上进行挤压致密化。

5.根据权利要求4所述基于复相增强金属基复合材料的成形系统的成形方法，其特征在于，喷射沉积前真空室抽真空至小于5kPa，回充惰性保护气体为氩气，压强70～90kPa。