一种陶瓷-金属复合材料制备装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种陶瓷-金属复合材料制备装置，属于金属基复合材料技术领域。
【背景技术】
[0002]陶瓷-金属复合材料突破了传统耐磨金属耐磨性、制造成本的限制，在现代工业生产应用中表现出优异的性能，正在逐步替代传统的耐磨金属材料，如高锰钢，高铬铸铁等。适用于水泥、矿山、冶金、电站或各种类似的行业，整体表层复合材料复合层的强度低，使其应用受到限制，而陶瓷颗粒区域分布不但可以对主要耐磨部位起到增强耐磨性的作用，还能受到没有陶瓷颗粒区域韧性基体金属的支撑作用，使得复合材料真正兼具耐磨性和韧性。陶瓷颗粒体积分数及其分布结构对陶瓷-金属复合材料的影响很大，制备出各种体积分数及分布结构的陶瓷-金属复合材料，以满足不同的工况要求，具有重要应用意义。
[0003]中国发明专利CN101602093A公开了一种制备颗粒增强金属基复合材料的设备，主要包括保温槽，在保温槽内设置收集坩祸，坩祸内装有一副由相配合的动盘和定盘组成的磨盘，定盘固定在收集坩祸内，盘的中部设有一连杆，连杆的一段接搅拌器，连杆中部连接动盘，定盘中设有一个熔化基材的加料口和一个增强加料口，设备底部有出料口和导料管，但存在的主要问题有:由于陶瓷颗粒与金属液比重相差很大，该装置通过加入将陶瓷颗粒加入金属液搅拌不可能使均匀分布于金属液中，且搅拌过程中容易引入气体旋涡，弓丨起铸造缺陷，并且此装置只适合于制备整体均分布的复合材料，而不能制备特定区域分布陶瓷颗粒的复合材料，此外搅拌器在高温金属液中容易受到热蚀，使用寿命短。中国发明专利CN2285300Y公布了一种液态搅拌陶瓷增强金属基复合材料制备装置，其主要有机械搅拌和熔炉部分组成，在惰性气体的保护下，机械搅拌器高速合金熔液的同时，加入增强物，搅拌充分后，成型得到增强物分布均匀的金属基复合材料。但存在的主要问题有:在该装置机械搅拌下，陶瓷增强物容易聚团、离心于边缘部位，使陶瓷增强物分布极不均匀，且陶瓷增强物的比重与合金熔液相差很大，陶瓷增强物会整体上浮，使陶瓷增强物集中于上部，且该装置制备出复合材料只适合与整层复合材料，应用范围受到限制。中国发明专利CN103862005A公布了一种金属基复合材料或者半固态浆料的装置及其使用方法，其装置主要由容器端盖、加热元件、熔炼容器、超声装置、热电偶、阀门开关、出料通道、旋转装置、装置支撑结构、材料收集容器、传动装置、装置外壳、侧壁筋、底部筋、马达和减速装置组成。其主要方法是通过将金属加热熔化至半固态区间，后加入增强材料，再旋转容器使金属浆料与增强材料混合均匀后凝固成金属基复合材料，由于半固态条件下，金属液呈粘稠的糊状，能够将增强材料较为均匀分布于金属浆料中，但存在的主要问题有:方法通过旋转集料容器不能充分保证增强材料完全均匀分布于金属浆料中。且只适合制备均匀分布的陶瓷-金属复合材料。
[0004]综上所述，当前制备陶瓷-金属复合材料装置的主要缺点有；陶瓷颗粒在金属液中容易分布不均；仅局限于制备整层复合的陶瓷-金属复合材料。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种陶瓷-金属复合材料制备装置。该装置与传统的相比，能够制备得到各种体积分数、分布区域、形状的陶瓷-金属复合材料，适用范围广，本实用新型通过以下技术方案实现。
[0006]一种陶瓷-金属复合材料制备装置，包括支架1、金属铸型8、陶瓷颗粒调整装置、金属液喷出装置和冷却水循环装置，所述陶瓷颗粒调整装置包括陶瓷颗粒特定区域通道9、二级过料板10、刮料板I 11、一级过料板12、刮料板II 13、入料缸体14、陶瓷颗粒入料口15、传动轴16和可调速电机17，金属液喷出装置包括金属液浇铸口 2、高压气体入口 3、高压泵4和喷嘴5，冷却水循环装置包括冷却水出口 6、冷却水入口 7和冷却水管，入料缸体14固定在支架I上，入料缸体14底部开口连接金属铸型8，金属铸型8 一侧顶部设有金属液浇铸口 2和高压气体入口 3，金属液浇铸口 2与高压泵4连接，高压泵4上附带的喷嘴5固定在金属铸型8上，金属铸型8表面设有冷却水管，冷却水管上分别设有冷却水出口 6、冷却水入口 7，可调速电机17位于支架I上，可调速电机17下端位于入料缸体14内部，可调速电机17下端从上至下依次设有一级过料板12和二级过料板10同时一级过料板12和二级过料板10固定在料缸体14内部的卡位台阶上，二级过料板10上设有陶瓷颗粒特定区域通道9，一级过料板12上设有刮料板II 13，二级过料板10上设有刮料板I 11。
[0007]所述一级过料板12带的孔均匀分布，孔的形状、尺寸及数量可根据所选用陶瓷颗粒的具体形状、尺寸及所要制备的复合材料陶瓷颗粒体积分数选择，孔直径要比陶瓷颗粒的最大直径大10mm。
[0008]所述二级过料板10上设有陶瓷颗粒特定区域通道9形状为圆形、方形或多边形，通道具体尺寸与所设计复合材料复合区尺寸一致。
[0009]所述一级过料板12或二级过料板10数量各为2?10个，对称分布于传动轴16上，调节传动轴16转速，带动刮料板可调节陶瓷颗粒落下量，进而调节复合区陶瓷颗粒体积分数。
[0010]所述喷嘴5数量为21个，均匀分布于金属铸型8铸型腔内。
[0011]上述使用陶瓷-金属复合材料制备装置的制备陶瓷-金属复合材料方法，其具体步骤如下:
[0012]步骤1、首先将金属液从金属液浇铸口 2注入高压泵4后，封闭金属液浇铸口 2 ；
[0013]步骤2、调整可调速电机17转速，通过传动轴16带动刮料板I 11、刮料板II 13转动，从冷取水入口 7注入冷却水，从冷却水出口 6排出；
[0014]步骤3、从高压气体入口 3通入高压气体使喷嘴5中的金属液从多方位以雾滴状喷出，同时从陶瓷颗粒入料口 15输送陶瓷颗粒进入入料缸体14，然后刮料板I 11使陶瓷颗粒均匀从一级过料板12落至二级过料板10，再经二级过料板10上陶瓷颗粒特定区域通道9落入金属铸型8中，陶瓷颗粒与落入金属铸型8的金属液滴快速凝固，形成陶瓷-金属复合材料。
[0015]所述陶瓷颗粒特定区域通道9形状为圆形、方形或多边形，因此能制备得到蜂窝状、梅花粧状、间隔层状、梯度分布的陶瓷-金属复合材料。
[0016]上述高压泵4能够承受至少1500°C温度、至少30MPa的压力，高压气体入口 3通入的气体为二氧化碳、氮气或氩气等惰性气体。
[0017]上述喷嘴5的材料可为耐高温陶瓷或铁基、钴基、镍基耐高温合金等材料。
[0018]本实用新型的有益效果是:
[0019]1、本实用新型通过改变二级过料板上的陶瓷颗粒特定区域通道、一级过料板孔的数量和传动轴转速，与传统陶瓷颗粒均匀分布复合材料制备装置和方法相比，本实用新型能够制备出各种体积分数、分布区域、形状的陶瓷-金属复合材料，适用范围广；
[0020]2、本实用新型设有快速凝固装置，通过使用冷却水，将高压喷射出的金属液滴与陶瓷颗粒以一定比例进入金属铸型后快速固定，避免了搅拌法制备陶瓷-金属复合材料陶瓷颗粒分布不均匀，搅拌棒使用寿命短的缺点。
[0021]3、在快速冷却作用下，本实用新型最终所获金属基体的晶粒得到细化，有效提升了基体金属的性能，进而提高了陶瓷-金属复合材料的综合性能。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型装置结构示意图；
[0023]图2是本实用新型实施例1制备得到的蜂窝状陶瓷-金属复合材料示意图；
[0024]图3是本实用新型实施例2制备得到的间隔层状蜂窝状陶瓷-金属复合材料示意图；
[0025]图4是本实用新型实施例3制备得到的梅花粧状蜂窝状陶瓷-金属复合材料示意图。