专利名称：自生增强体的高频磁场法细化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种自生径向梯度复合材料的制备工艺，特别是一种自生增强体的高频磁场法细化工艺，属于复合材料领域。
背景技术：
在自生金属基复合材料的研究领域中，增强体的细化一直都是十分重要的问题。目前有关的细化方法包括化学方法和物理方法，但上述方法都只能对合金熔体的整体进行处理，难以对铸件某一特殊部位进行针对性的细化处理，这不仅造成细化元素的浪费，而且也难以在增强体聚集的区域同时产生细化元素的聚集，增强颗粒的细化效果大大降低，因而上述方法在某些场合的应用将要受到限制。特别是在自生径向梯度复合材料的制备过程中，自生增强体因电磁分离作用偏聚在铸件的表层，由于细化元素不能因增强体的聚集而同时聚集在铸件的表层，因而增强颗粒仍会比较粗大，限制梯度复合材料表面性能的提高。
经文献检索发现，在有关感生高频磁场的研究，发表在《金属学报》，2001，37(4)405～410上的“利用高频磁场分离Al熔体中的非金属夹杂”一文，发现磁场对材料表面具有显著的加热效应。但目前的研究主要集中在熔体的电磁净化方面，仍未有利用这种现象进行表面细化方面的研究。若能同时实现对自生增强颗粒的偏聚与细化，显然可以生产表面性能更加优异的自生梯度复合材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种自生增强体的高频磁场法细化工艺，通过合理控制高频磁场对材料表面区域的加热效应，对铸件表面添加高含量的细化元素，造成自生偏聚增强体处于更强的细化环境中，从而进一步抑制表面增强体的长大，制备表面性能更加优异的自生梯度复合材料。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明在管状铸型的内表面涂敷一层含有细化元素的涂层，然后在合金液浇注成型的过程中，首先利用感生高频磁场材料表面的加热效应，营造材料表面的细化环境；而后降低高频磁场对材料的加热效应，增强感生高频磁场对自生增强体的偏聚效应，迁移并重熔增强体至一定的程度；最后，使材料冷却凝固，获得表面性能优异的自生梯度复合材料。
以下对本发明作进一步的描述，工艺步骤具体如下(1)在电阻炉加热的石墨坩埚中熔融自生复合材料，熔融温度高于复合材料液相线温度50～150℃；(2)待复合材料完全熔化后，浇注放置于感生高频磁场线圈中的SiC棒状铸型，铸型内表面涂敷含有细化元素的涂层，厚度为1～2mm。铸型预热温度为290～310℃，此时高频磁场已开启，功率为10kw。
(3)当合金液于这种感生高频磁场中停留10～60秒后，可完成细化元素的熔入过程。此时可适当降低感生高频磁场的供电功率至2～5Kw，开始对自生增强体产生偏聚作用。
(4)维持这种功率作用20～60秒，利用SiC铸造模具自带的温度测量装置，根据不同的自生复合材料控制感生高频磁场的施加温度范围，一般在固液两相区内，以完成对聚集增强体及表面细化元素的重熔作用。
(5)终止高频磁场作用，待材料凝固成型后，取出即可。
感生高频磁场作用方式存在突出的变化形式，具体为先以高供电功率10kw的感生高频磁场完成对表面细化环境的营造，时间为10～60秒，然后以低供电功率2～5kw的感生高频磁场完成对自生增强体的偏聚过程，时间为20～60秒。细化元素涂层的厚度为1～2mm，同时细化元素涂层以中间合金或复合盐类形式添加。
本发明具有实质性特点和显著进步，能够在自生梯度复合材料的形成过程中针对性地完成表面偏聚增强体的细化，增加细化元素对增强体的跟随性，提高自生梯度复合材料的表面性能，节约制备成本。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例实施例一利用Al-15％Mg2Si-5％Si复合材料制备进行高频磁场法细化处理操作，合金熔化温度800℃。管状铸型内表面涂敷Al-10％Ce-10％Sr中间合金粉层，厚度为2mm。浇注时铸型预热温度为297℃。浇注时高频线圈的功率为10kw，利用SiC铸造模具自带的温度测量装置实时测量材料的温度。从浇注完毕开始计时，感生高频磁场作用15秒后，铸件表面的温度达673℃；此时降低感生高频线圈的功率至5kw，在560～580℃之间作用40秒，终止高频磁场对铸件的作用，获得聚集于铸件表面的细小增强颗粒。
实施例二利用Al-15％Mg2Si-5％Si复合材料制备进行高频磁场法细化处理操作，合金熔炼温度800℃。管状铸型内表面涂敷CeF及SrCO3复合盐层，厚度为1mm。浇注时铸型预热温度为306℃。浇注时高频线圈的功率为10kw，利用SiC铸造模具自带的温度测量装置实时测量材料的温度。从浇注完毕开始计时，感生高频磁场作用25秒后，铸件表面的温度达691℃；此时降低感生高频线圈的功率至4kw，在560～580℃之间作用20秒，终止高频磁场对铸件的作用，获得聚集于铸件表面的细小增强颗粒。
实施例三利用Al-24％Si复合材料制备进行高频磁场法细化处理操作，合金熔化温度800℃。管状铸型内表面涂敷Al-10％Ce中间合金粉层，厚度为1.5mm。浇注时铸型预热温度为284℃。浇注时高频线圈的功率为10kw，利用SiC铸造模具自带的温度测量装置实时测量材料的温度。从浇注完毕开始计时，感生高频磁场作用50秒后，铸件表面的温度达723℃；此时降低感生高频线圈的功率至2kw，在600～650℃之间作用60秒，终止高频磁场对铸件的作用，获得聚集于铸件表面的细小增强颗粒。
权利要求
1.一种自生增强体的高频磁场法细化工艺，其特征在于，在管状铸型的内表面涂敷一层含有细化元素的涂层，然后在合金液浇注成型的过程中，首先利用感生高频磁场材料表面的加热效应，营造材料表面的细化环境，而后降低高频磁场对材料的加热效应，增强感生高频磁场对自生增强体的偏聚效应，迁移并重熔增强体，最后，使材料冷却凝固，获得表面性能优异的自生梯度复合材料。
2.根据权利要求1所述的自生增强体的高频磁场法细化工艺，其特征是，方法步骤如下(1)在电阻炉加热的石墨坩埚中熔融自生复合材料，熔融温度高于复合材料液相线温度50～150℃；(2)待复合材料完全熔化后，浇注放置于感生高频磁场线圈中的SiC棒状铸型，此时高频磁场已开启，功率为10kw；(3)当合金液于这种感生高频磁场中停留10～60秒后，完成细化元素的熔入过程，此时降低感生高频磁场的供电功率至2～5Kw，开始对自生增强体产生偏聚作用；(4)维持这种功率作用20～60秒，利用SiC铸造模具自带的温度测量装置，根据各自生复合材料控制感生高频磁场的施加温度范围，在固液两相区内，完成对聚集增强体及表面细化元素的重熔作用；(5)终止高频磁场作用，待材料凝固成型后，取出即可。
3.根据权利要求1或2所述的自生增强体的高频磁场法细化工艺，其特征是，在铸型内表面涂敷含有细化元素的涂层，厚度为1～2mm，铸型预热温度为290～310℃。
4.根据权利要求1或2所述的自生增强体的高频磁场法细化工艺，其特征是，高频磁场作用方式存在突出的变化形式，具体为先以高供电功率10kw的高频磁场完成对表面细化环境的营造，时间为10～60秒，然后以低供电功率2～5kw的高频磁场完成对自生增强体的偏聚过程，时间为20～60秒。
5.根据权利要求1或2所述的自生增强体的高频磁场法细化工艺，其特征是，细化元素涂层的厚度为1～2mm，细化元素涂层以中间合金或复合盐类形式添加。
全文摘要
一种自生增强体的高频磁场法细化工艺，属于复合材料领域。本发明在管状铸型的内表面涂敷一层含有细化元素的涂层，然后在合金液浇注成型的过程中，首先利用感生高频磁场对材料表面产生的加热效应，营造材料表面的细化环境，而后降低高频磁场对材料的加热效应，增强感生高频磁场对自生增强体的偏聚效应，迁移并重熔增强体，最后，使材料冷却凝固，获得表面性能优异的自生梯度复合材料。本发明能够在自生梯度复合材料的形成过程中针对性地完成表面偏聚增强体的细化，增加细化元素对增强体的跟随性，提高自生梯度复合材料的表面性能，节约制备成本。
文档编号B22D27/02GK1472021SQ0312939
公开日2004年2月4日 申请日期2003年6月19日 优先权日2003年6月19日
发明者李赤枫, 王俊, 疏达, 李克, 孙宝德 申请人:上海交通大学