[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

说明书

技术领域

本发明属于高性能金属材料制备技术领域，具体涉及一种复相增强金属基复合材料的成形系统和方法。

背景技术

喷射成形是一种快速凝固成形工艺，其过程是将熔融金属雾化成10～200微米的金属熔滴，然后在高速气流的带动下，微小熔滴直接喷射在较冷的接收器上形成对应产品。与铸造工艺相比，所成形的材料具有细小等轴晶、均质无偏析的微观结构；与快速凝固粉末冶金工艺相比，喷射成形坯件具有氧含量低、综合力学性能优越、成形所需工序少及生产成本低等特点。此外，喷射坯件也不存在堆焊或热喷涂等液态表面加工技术中不可避免的表面缺陷，近年来喷射成形技术也被逐渐引入到制备金属基复合材料的领域。

喷射沉积技术最早由Lavernia(E.J.Lavernia et al,Mater.Sci.Eng.,A,1988,98:381)等率先引入到制备金属基复合材料的领域，提出了雾化共沉积技术，其基本原理是将增强相颗粒在气体带动下吹入到金属雾化锥中，增强颗粒与雾化熔滴一起在接收器上沉积成形，上述工艺存在问题主要是增强颗粒注入雾化锥过程中会对金属熔滴的沉积产生影响，同时颗粒分布的均匀性很难保证，从而影响材料的性能。同时当前对于喷射共沉积技术的研究主要集中于非连续增强体金属基复合材料，对连续增强体增强金属基复合材料的研究较少，而通过喷射成形技术制备颗粒和晶须复相增强未见报导。

发明内容

本发明的目的是提供一种复相增强金属基复合材料的成形系统和方法，其能够有效提高喷射成形过程中金属熔体的雾化效率，提高增强相在基体中分布均匀性，同时能够降低晶须与基体材料的结合缺陷。本发明提供成形系统和方法的技术路线先进可靠、生产成本低、产品质量易于控制。

实现本发明的技术方案如下：

一种复相增强金属基复合材料的成形系统，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、中频电源、粉仓、球阀、气体减速器、储气瓶、控制器、过喷粉末收集器、接收器、雾化喷嘴、感应线圈、止通棒、直线电机、温度传感器、坩埚、电机控制器、温度显示终端、固定支架、隔板以及真空机；其中隔板设置于真空室内，将真空室隔成上下两部分；雾化喷嘴、感应线圈、止通棒、直线电机、温度传感器、坩埚及固定支架位于真空室的上半部分，其中坩埚通过其底部的螺纹通孔与雾化喷嘴相连，雾化喷嘴中心开有一金属导流通孔，感应线圈缠绕于坩埚的外侧，且与中频电源相连；直线电机固定于所述固定支架上，并与电机控制器相连；止通棒与直线电机连接，且止通棒与雾化喷嘴的中心导流通孔以及坩埚底部的螺纹通孔共轴，在直线电机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底部的螺纹通孔分离或贴合控制熔融金属的流下与否；温度传感器固定于所述固定支架上，并与温度显示终端相连，且温度传感器的感应端伸入到坩埚内；所述雾化喷嘴与置于真空室外部的储气瓶通过管路相连，气体减速器位于所述储气瓶的出口处，所述连接管路上设有粉仓，球阀位于所述粉仓的出口处；接收器置于真空室的下半部分，所述接收器具有绕轴线转动及沿轴向上下运动两个自由度，接收器与控制器相连，可以调节熔滴的飞行距离，使得到达沉积坯的熔滴的固相分数保持在60％～70％范围，过喷粉末收集器位于真空室的底部，真空机与所述真空室连通。

本发明为保证雾化沉积过程的顺利进行，熔体应保持一定的过热度，根据成形材料性质而有所不同，一般范围为30℃～200℃；喷嘴出气口形状可为Laval型，以加速气流。

所述热挤压装置包括凸模、挤压筒、挤压垫、凹模、垫板、感应电源、保温体、加热线圈以及温度探头。其中挤压筒固定于垫板上，凹模位于挤压筒内，且夹持于挤压筒与垫板之间；保温体环绕在挤压筒外部，加热线圈预封装于保温体内部，加热线圈通过导线与感应电源相连，温度探头深入到挤压筒内部，对其温度进行实时监控并向感应电源发出反馈信号控制感应电源的开关。

本发明挤压筒与垫板固连在一起且可拆卸，方便更换夹持在两者之间的凹模，通过更换具有不同直径挤压孔的凹模可以调节热挤压的挤压比，控制材料的变形程度；保温体环绕在挤压筒外部，保温体内部预封装有加热线圈，加热线圈通过导线与感应电源相连。温度探头深入到挤压筒内部对其温度进行实时监控并向感应电源发出反馈信号控制感应电源的开关。

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，用于在密封真空室中喷射成形颗粒增强金属基复合材料，并经过后续热挤压工艺获得颗粒和晶须复相增强金属基复合材料，具体步骤为：