[发明专利]一种双金属液相原位熔炼装置

说明书

本发明提供了一种双金属液相原位熔炼装置。该装置包括第一金属液进料腔、第二金属液进料腔、双金属液反应管、混合腔和总出液管，熔融的第一金属液通过第一金属液进料腔得到充分的分散，保证了第一金属液的温度均匀，熔融的第二金属液通过第二金属液进料腔得到充分的分散。充分分散后的第一金属液与第二金属液混合后，在双金属液反应管中第一次发生原位反应。之后，混合的第一金属液与第二金属液在混合腔中再次进行汇总混合，并将双金属液反应管中未进行完全的原位反应进行完全。通过上述的两次原位反应，最终实现了对两种金属原位反应的有效控制，避免了强化相的粗化和团聚，制备得到的金属复合材料组织均匀，性能良好。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种双金属液相原位熔炼装置。

背景技术

弥散强化铜具有高强度、高导电、高耐热等特性，是经济和军工建设重要的结构和功能基础材料。弥散强化铜合金的制备方法主要有机械合金化法、粉末冶金法、内氧化法和液相反应原位生成法等。

机械合金化法对制备以陶瓷或金属间化合物作为强化相的铜合金具有较好的效果，合金设计不受相图规律的支配，弥散相选择范围广，成为目前制备弥散强化铜合金的重要制备方法之一，但是该方法存在机械球磨过程中易混入Fe、Cr等杂质元素，复合粉末易被氧化、污染，导致铜合金导电率偏低且质量稳定性控制难度大。

粉末冶金法是最早用于制备弥散强化铜合金的方法，具有工艺和装备较成熟、强化相的含量可根据需要进行灵活设计等优点，但存在复合材料界面容易受到污染、强化相易团聚、易产生孔洞等问题，难以制备完全致密化、基体晶粒细小、强化相纳米化且均匀分布的高性能铜基复合材料。内氧化法是指在合金的氧化过程中，氧原子溶解到合金相中并进行扩散，使合金中较活泼组元与氧发生反应原位生产氧化物微粒，主要用于制备Cu-Al₂O₃弥散铜合金。但是Al₂O₃对铜粉烧结的抑制作用很强，采用常规的烧结工艺不能真正达到全致密化和全冶金化结合，一般需要结合粉末包套、抽真空、挤压或热锻成形等后续工序，存在工序复杂、流程长、制备过程影响因素多、产品质量控制难度大、生产效率低和成本高等问题；另外，复合粉末在内氧化过程中易产生溶质的逆扩散，生成的氧化物倾向于在粉末表面富集，不仅使烧结性能进一步恶化，还阻碍了氧的继续扩散，因此该方法仅能生产强化相含量较低的弥散复合材料（比如铜中Al₂O₃含量在1wt%以下），且产品的合格率低，这些问题极大地阻碍了内氧化技术的推广应用。

液相原位反应生成法是积极利用熔融态原材料间的相互反应生成强化相颗粒，实现原位复合。液相原位反应法凭借其工艺流程短、成本低廉、强化相粒子和基体润湿性好的优点受到了较为广泛的关注。但是该方法存在的主要问题为：（1）原位反应控制难度大，副产物多，材料的成分和相组成控制困难；（2）强化相粗化和团聚严重，组织不均匀，导致材料的性能恶化。

使用现有的设备无法解决液相原位反应生成法存在的上述问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种双金属液相原位熔炼装置，该双金属液相原位熔炼装置包括第一金属液进料腔、第二金属液进料腔、双金属液反应管、混合腔和总出液管。该装置通过特殊的结构设计，降低了两种金属的原位反应控制难度，避免了强化相的粗化和团聚，制备得到的金属复合材料组织均匀，性能良好。

本发明的第一方面提供了一种双金属液相原位熔炼装置，包括

第一金属液进料腔，所述第一金属液进料腔侧壁设有第一金属液进料口，所述第一金属液进料腔底部连接有若干第一金属液分料管；

第二金属液进料腔，所述第二金属液进料腔包覆于所述第一金属液进料腔外部，所述第二金属液进料腔的底部连接有若干第二金属液分料管，所述第二金属液进料腔的侧壁设置有窗口，所述窗口与所述第一金属液进料口位于同一轴线上，所述窗口与所述第一金属液进料口之间设有第一金属液进料管；