[发明专利]一种制备金属基复合材料的搅拌装置

说明书

本发明公开了一种制备金属基复合材料的搅拌装置，包括搅拌容器、搅拌轴与搅拌叶，搅拌容器具有用于存放熔体的内腔，内腔包括具有下凹弧面的底段，以及与底段的顶部相切的中段，中段的直径逐步缩小；搅拌叶包括第一面、第二面与第三面，第一面与第二面均与轴心平行，第三面分别与第一面、第二面倾斜相交，第一面与第二面相交于第一侧边，第一面还包括位于第一面底部的第二侧边，第三面与第一面的相交线的两端分别位于第一侧边与第二侧边上，第三面与第二面的相交线与第一侧边之间的夹角为30°～60°。本发明可以得到熔体能够产生足够的轴向流动，从而减少搅拌叶片上方的停滞区，以及搅拌叶片下方的停滞区，保证浆搅拌的均匀一致。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料的制备领域，尤其是涉及一种对金属基复合材料浆液进行搅拌的搅拌装置。

背景技术

金属基复合材料以铝、镁、铁等金属或合金作为基体，通过添加颗粒、晶须、纤维等增强相，来达到设计材料组织成分、改善材料性能的目的，常见的增强相以陶瓷相颗粒为主，例如SiC、B4C等。金属基复合材料的制备方法有粉末冶金法、压力/无压力浸渗法、原位化学反应合成法和液态搅拌法等，相对于应用广泛、工艺成熟的粉末冶金工艺，和其他受材料成分性质所限应用困难的方法，液态搅拌法因其工艺流程短、成本低廉，通用性强而逐渐得到深入的研究和应用。

然而，由于液态搅拌法中金属熔体的高温和陶瓷颗粒相的长时间高速冲刷作用，故一般的钢制、耐高温合金制搅拌容器、搅拌叶难以经受严酷服役环境的考验，甚至会和高温熔体发生反应，导致制备的失败。为了同时兼顾电磁感应加热功能和高温力学稳定性，现有技术中往往采用高密度石墨来制作前述搅拌容器与搅拌叶，石墨相对其他耐高温材料成本低、易加工，且不与绝大多数金属反应，也具备足够的高温强度，但石墨韧性不足，为了承受搅拌系统中高速旋转所需的应力，石墨零件往往制备的很粗大笨重，因此石墨零件难以如钢制、耐高温合金制零件制成精细化设计的搅拌系统。基于同样的理由，金属熔体所具备的高温、高密度也局限了各种挡板、导流筒等常规辅助搅拌结构的设计选用。

参照图1，示出了现有常见石墨制搅拌系统的停滞期与死区的模拟图，如图所示，搅拌系统中的搅拌容器采用圆柱状的桶体结构，搅拌叶则采用简单的桨式搅拌叶，上述搅拌系统在存在以下问题：陶瓷相增强金属基复合材料原材料包含粘度低的合金熔体，随着搅拌的进行和陶瓷颗粒的不断投入，以及增强相与熔体发生反应而不断生产的固相，浆料的粘度将逐渐升高，图1中所示的搅拌叶难以产生足够的轴向(竖直方向)液体流动，浆料仅在叶片附近产生旋转层流，从而在叶片上方形成停滞区(图中上方的深色区域)，此外，越靠近叶片的中心位置，其线速度也越低，叶片的底部容易形成搅拌死区(图中下方的深色区域)，以上限制往往造成陶瓷颗粒浮在浆料表面无法复合，或者浆料粘度极大制备失败。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种制备金属基复合材料的搅拌装置，用于解决现有技术中的搅拌叶难以产生足够的轴向液体流动，影响浆液搅拌效果的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种制备金属基复合材料的搅拌装置，包括搅拌容器、搅拌轴与搅拌叶，其中，

搅拌容器具有用于存放熔体的内腔，内腔包括具有下凹弧面的底段，以及与底段的顶部相切的中段，且沿中段至底段的方向，中段的直径逐步缩小；

搅拌轴与搅拌叶连接，搅拌叶能够绕搅拌轴的轴心旋转；

搅拌叶包括第一面、第二面与第三面，第一面与第二面均与轴心平行，第三面分别与第一面、第二面倾斜相交，第一面与第二面相交于第一侧边，第一面还包括位于第一面底部的第二侧边，第三面与第一面的相交线的两端分别位于第一侧边与第二侧边上，第三面与第二面的相交线与第一侧边之间的夹角为30°～60°

作为上述方案的进一步改进方式，下凹弧面为椭球面，且下凹弧面的最大直径D1与最大深度H1的比值范围为3:1～5:1。