专利名称：利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种制备复合材料的工艺，特别是一种结合原位结晶法和感生高频磁场分离技术利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，属于复合材料制备领域。
背景技术：
在颗粒增强金属基复合材料的原位复合方法中，原位结晶复合由于增强颗粒通过原位结晶形成，高温下复合材料熔体中无既存增强颗粒，因而所制备的复合材料，重熔回用性比用其他原位制备方法获得的复合材料有更显著的优势。利用金属熔体与其中非金属异质相之间显著的导电性差异分离非金属相的原理首次由D.Leenov等人提出。当金属熔体置于通有高频电流的螺线管内部时，在金属中会感生出频率和外加高频电流一致的涡流。相互正交的涡流和感应高频磁场之间的再次作用，使金属熔体受到径向电磁收缩力的作用。此时金属熔体中若存在非金属颗粒，颗粒将受到熔体的表面力与体积力的作用，最终使非金属颗粒产生径向迁移和富集。
经文献检索发现，李克等人在《中国有色金属学报》，2002，12(3)521～524，发表的“过共晶铝硅自生梯度复合材料的组织与性能”，该文介绍了利用具有多个并联圆孔或圆形环空型腔的耐火材料预热铸型，制备金属基自生梯度复合棒材和管材的方法。由于该方法对感生高频磁场的施加时机进行合理控制，同时所采用的铸型材料散热较慢并且为多孔道并联的方式，制备工艺上难以控制感生高频磁场对复合材料的加热效应，造成部分增强体重新熔融于基体中，导致所获得的自生复合材料的梯度效果极不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，使其通过合理设计用于制备自生梯度复合材料的铸造模具平衡感生高频磁场对复合材料产生的热效应，优化制备工艺参数，能够显著提高自生梯度复合材料的梯度效果。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用自带温度测量装置的SiC铸造模具，当自生复合材料浇注于设置在感生高频磁场中的SiC铸造模具后，通过模具自带的温度测量装置，控制感生高频磁场的作用温度范围，维持高频磁场作用过程中材料的热量平衡，最终获得具有显著梯度效果的自生复合材料。
以下对本发明作进一步的描述，具体步骤如下1)自生复合材料经重熔后，重熔温度为液相线以上50～150℃，浇注于SiC铸造模具中，并根据不同的高频磁场供电功率，选择铸造模具的预热温度。
2)通过高频电源和圆柱状轴对称感应线圈产生感生高频磁场，感应线圈的直径范围70mm、长度120mm、匝数7，感应线圈内部磁场的频率为20kHz，单孔道SiC铸造模具预热温度随着高频磁场供电功率的逐渐降低而逐渐提高。
3)采用单孔道SiC铸造模具自带的温度测量装置，监测自生复合材料的温度，并根据温度的变化控制高频磁场的施加时机，具体为当自生复合材料的温度下降接近材料共晶温度时，开启高频磁场；当自生复合材料的温度上升接近液相线温度时终止高频磁场的作用。感生高频磁场可以根据实际要求作用不同的时间。
4)最后，当自生复合材料在SiC铸造模具中凝固成型后，即可取出铸件，获得梯度效果优异的自生径向梯度复合材料。
所述的SiC铸造模具为单孔道形式，孔道底部设有排气小孔，并且在孔道的轴向对称中心放置测温热电偶，以合理控制感生高频磁场的作用温度范围。SiC铸造模具预热温度和感生高频磁场供电功率等参数的选择存在变化形式，具体为随着感生高频磁场供电功率的降低(7Kw～2Kw)，铸造模具的预热温度要线性地提高(30℃～300℃)，以维持感生高频磁场作用期间复合材料的热平衡状态，进一步增加磁场的作用时间，获得良好梯度效果的自生复合材料。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明解决了背景技术中存在的问题，能够在自生梯度复合材料的形成过程中，显著增加高频磁场的有效作用时间，从而进一步提高自生复合材料梯度效果，提高材料的成品率。
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过共晶合金作为自生梯度复合材料的制备原料，经800℃重熔后，浇注放置于高频磁场中的单孔道SiC铸造模具中。SiC铸造模具的预热温度为30℃，高频磁场的供电功率为7.0Kw。复合材料浇注时即开启高频磁场，其施加温度范围555～570℃，作用时间为4s。所获得的自生梯度复合材料中，Mg2Si增强体的偏聚层厚度为2mm。
实施例二利用Al-15％Mg2Si-5％Si过共晶合金作为自生梯度复合材料的制备原料，经800℃重熔后，浇注放置于高频磁场中的但孔道SiC铸造模具中。SiC铸造模具的预热温度为200℃，高频磁场的供电功率为4.0Kw。复合材料浇注后开启高频磁场，其施加温度范围565～585℃，作用时间为27s。所获得的自生梯度复合材料中，Mg2Si增强体的偏聚层厚度为0.5mm。
实施例三利用Al-18％Si过共晶合金作为自生梯度复合材料的制备原料，经750℃重熔后，浇注放置于高频磁场中的单孔道SiC铸造模具中。SiC铸造模具的预热温度为285℃，高频磁场的供电功率为2.0Kw。复合材料浇注后开启高频磁场，其施加温度范围580～640℃，作用时间为32s。所获得的自生梯度复合材料中，Mg2Si增强体的偏聚层厚度为1.3mm。
权利要求
1.一种利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，其特征在于，采用自带温度测量装置的SiC铸造模具，当自生复合材料浇注于设置在感生高频磁场中的SiC铸造模具后，通过模具自带的温度测量装置，控制感生高频磁场的作用温度范围，维持高频磁场作用过程中材料的热量平衡，最终获得具有显著梯度效果的自生复合材料。
2.根据权利要求1所述的利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，其特征是，以下对本发明进一步限定，其具体步骤为1)自生复合材料经重熔后，重熔温度为液相线以上50～150℃，浇注于SiC铸造模具中；2)通过高频电源和圆柱状轴对称感应线圈产生感生高频磁场；3)采用单孔道SiC铸造模具自带的温度测量装置，监测自生复合材料的温度；4)最后，当自生复合材料在SiC铸造模具中凝固成型后，即可取出铸件，获得梯度效果优异的自生径向梯度复合材料。
3.根据权利要求2所述的利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，其特征是，随着感生高频磁场供电功率的降低7Kw～2Kw，铸造模具的预热温度线性地提高30℃～300℃。
4.根据权利要求2所述的利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，其特征是，步骤1)中根据高频磁场供电功率，选择铸造模具的预热温度。
5.根据权利要求2所述的利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，其特征是，步骤2)中感应线圈的直径范围70mm、长度120mm、匝数7，感应线圈内部磁场的频率为20kHz，单孔道SiC铸造模具预热温度随着高频磁场供电功率的逐渐降低7Kw～2Kw而逐渐提高30℃～300℃。
6.根据权利要求2所述的利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，其特征是，步骤3)中，当自生复合材料的温度下降接近材料共晶温度时，开启高频磁场，当自生复合材料的温度上升接近液相线温度时终止高频磁场的作用。
7.根据权利要求1或2所述的利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，其特征是，所述的SiC铸造模具为单孔道形式，孔道底部设有排气小孔，并且在孔道的轴向对称中心放置测温热电偶。
全文摘要
一种利用原位结晶法制备自生径向梯度复合材料的工艺，属于复合材料制备领域。本发明采用自带温度测量装置的SiC铸造模具，当自生复合材料浇注于设置在感生高频磁场中的SiC铸造模具后，通过模具自带的温度测量装置，控制感生高频磁场的作用温度范围，维持高频磁场作用过程中材料的热量平衡，最终获得具有显著梯度效果的自生复合材料。本发明解决了背景技术中存在的问题，能够在自生梯度复合材料的形成过程中，显著增加高频磁场的有效作用时间，从而进一步提高自生复合材料梯度效果，提高材料的成品率。
文档编号B22D27/02GK1472022SQ0312939
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
发明者王俊, 李赤枫, 疏达, 李克, 孙宝德, 王 俊 申请人:上海交通大学