专利名称：一种制备连续纳米晶金属材料的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种材料制备装置，更具体地说，本实用新型涉及一种制备连续纳米晶金属材料的装置。
背景技术：
压力铸造是现有特种铸造工艺的一种。金属液在高压下充型，并在压力下凝固成型，主要设备是压铸机。挤压加工是一种现有的金属成形加工工艺。金属坯料放入挤压模中，在压力机滑块上冲头的压力作用下，金属被挤压从凹模口向外流动变形，主要设备是压机和挤压模(文献1，机械工程手册(第二版)机械制造工艺及设备卷(一)，北京，机械工业出版社，1996)。
等通道角挤压技术(ECAE-Equal Channel Angular Extrusion)是一种制备纳米晶金属块体材料的力学方法(文献2，United States Patent5,400,633，Mar.，1995，Segal et al.72/272；文献3，United States Patent5,904,062，May.，1999，Semiatin et al.72/253.1；文献4，V.M.Segal，Materials processing by simple shear，Materials Science &Engineering A197，1995，157-164)。其涉及的装置是一个冲压头和一个由两个等截面直通道连接而成的带一个拐角的挤压通道模，这两个直通道一个称为第一挤压通道，另一个称为第二挤压通道。待加工的材料棒先放入第一挤压通道，冲压头挤压材料棒通过拐角进入第二挤压通道，完成一个挤压周期。从第二挤压通道取出材料棒后，再次放入第一挤压通道重复挤压过程。经过多次挤压金属材料棒通过该挤压通道模，使金属材料的晶粒细化到纳米尺寸。这种方法或装置存在的不足是不能实现连续生产，且得到的纳米晶金属材料的长度小于挤压通道的长度。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中对加工的金属材料不能连续生产的不足，以及对加工的材料长度尺寸的限制，从而提供了一种制备连续纳米晶金属材料的装置。
本实用新型的技术方案为
一种制备连续纳米晶金属材料的装置，包括一限定待加工金属材料运动路径的折线形挤压通道；还包括向待加工金属材料提供压力的挤压装置，所述挤压装置的出口端与折线形挤压通道的入口端相连通；所述的折线形挤压通道由三个或三个以上的直通道连接而成，相邻的两个直通道在其连接处构成一拐角。
所述拐角的角度范围在90°～135°之间。所述的折线形挤压通道为近等截面通道，除拐角处外，其最大截面积与最小截面积之比小于等于110％。所述的折线形挤压通道的中心轴线为二维或三维折线。
所述的挤压装置为压铸机。所述的挤压装置为挤压模具。
所述的折线形挤压通道周围设有测温装置。所述的折线形挤压通道周围设有加热装置。所述的折线形挤压通道与挤压装置之间设有冷却装置。
本实用新型的优点在于本实用新型结合现有的压铸或挤压工艺，并且为折线形挤压通道提供了多个拐角，保证了材料通过通道后产生足够的变形量，从而使晶粒细化。这样，金属材料在挤压通道中经过一次挤压循环过程即可得到纳米晶金属材料，通过在挤压通道的入口端连续添加金属材料，可以在挤压通道的出口端得到连续的纳米晶线材或者带材，生产的材料的长度尺寸不受挤压通道长度的限制。
图1是实施例1的一种制备连续纳米晶金属材料的装置的结构示意图；图2是实施例2的一种制备连续纳米晶金属材料的装置的结构示意图；图面说明压铸机压射头1a 挤压模上压头1b 压铸机压室2a 挤压模体2b金属熔液3a 金属坯料3b 水冷结晶器4折线形挤压通道5电热丝6 热电偶具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1如图1所示的装置，包括挤压装置和具有多个拐角的折线形挤压通道5。折线形挤压通道5由多个直通道组成，相邻直通道之间的夹角在90°～135°的范围内取值，在图1中，其夹角均为为135°。这样，在每两个直通道之间就形成一个拐角。为保证了材料通过挤压通道5后产生足够的变形量，应该有足够数量的拐角。一般来说，拐角的数目至少是两个，也就是说挤压通道5至少要包括三个直通道，在图1中，挤压通道5由11个直通道组成、共10个拐角。组成挤压通道5的多个直通道可以位于一个平面内，也可以不在同一平面而使得挤压通道5具有三维的结构。挤压通道5应尽量保持等截面，除拐角处外，其最大截面积与最小截面积之比不超过110％。本折线形挤压通道5在设计实施时，应选择相对待加工金属材料在变形温度下具有更高硬度和强度的材料制造，如陶瓷材料，硬质合金，工具钢等，或是由这几种材料混和制成。由于挤压道5具有较复杂的内部结构，制造该通道可以采用精密铸造，烧结工艺等整体成型，也可分段加工后拼接成型。由于生产过程中待加工金属材料在压力下流动，因此要求挤压通道5本身应有足够的刚度。
在本实施例中挤压装置采用的是压铸机，它适合于处理金属熔液。该压铸机包括一压铸机压射头1a，压铸机压射头1a处于压铸机压室2a内并与其密封接触，压铸机压室2a底部有一出口端，该出口端与折线形挤压通道5的入口端之间通过水冷结晶器4连通。压铸机压室2a内装有待处理的金属熔液3a。
压铸机压射头1a向下运动，挤压压铸机压室2a内的金属熔液3a进入水冷结晶器4，使金属熔液3a凝固并冷却到0.5Tm以下(Tm为金属的绝对温标熔点)。凝固后的金属在压力推动下继续进入带多个拐角的折线形挤压通道5，金属材料通过拐角时产生变形，从而使晶粒细化，最终从挤压通道5的另一端挤出而得到纳米晶金属材料。由于折线形挤压通道5具有多个拐角，所以金属材料在通道5内进行一次挤压，就能使金属材料的晶粒细化到纳米尺寸。而且可以在压铸机压室2a内连续添加金属熔液3a，实现连续生产。
根据材料制备的要求，通过设计折线形挤压通道5不同的截面形状，可以得到纳米晶金属线材或带材。但是除拐角处外，挤压通道5的截面的周长与等面积的圆截面周长之比不发生超过15％的变化。
该装置还可包括设置在折线形挤压通道5周围的电热丝6和热电偶7。挤压通道5的温度由热电偶7测量得到，通过电热丝6可加热通道以保证变形加工在一个设定的温度下进行。
实施例2图2是本实施例的装置示意图，折线形挤压通道5、电热丝6和热电偶7的设置与实施例1相同。但是在本实施例中，挤压装置为挤压模具，它适合于处理金属坯料。该挤压模具包括一上压头1b，上压头1b处于挤压模体2b内并与其密封接触，挤压模体2b的底部与折线形挤压通道5的入口端连通。挤压模体2b内装有待处理的金属坯料3b。
权利要求1.一种制备连续纳米晶金属材料的装置，包括一限定待加工金属材料运动路径的折线形挤压通道；其特征在于，还包括向待加工金属材料提供压力的挤压装置，所述挤压装置的出口端与折线形挤压通道的入口端相连通；所述的折线形挤压通道由三个或三个以上的直通道连接而成，相邻的两个直通道在其连接处构成一拐角。
2.根据权利要求1所述的制备连续纳米晶金属材料的装置，其特征在于，所述拐角的角度范围在90°～135°之间。
3.根据权利要求1所述的制备连续纳米晶金属材料的装置，其特征在于，所述的折线形挤压通道为近等截面通道，除拐角处外，其最大截面积与最小截面积之比小于等于110％。
4.根据权利要求1所述的制备连续纳米晶金属材料的装置，其特征在于，所述的折线形挤压通道的中心轴线为二维或三维折线。
5.根据权利要求1所述的制备连续纳米晶金属材料的装置，其特征在于，所述的挤压装置为压铸机。
6.根据权利要求1所述的制备连续纳米晶金属材料的装置，其特征在于，所述的挤压装置为挤压模具。
7.根据权利要求1所述的制备连续纳米晶金属材料的装置，其特征在于，所述的折线形挤压通道周围设有测温装置。
8.根据权利要求1所述的制备连续纳米晶金属材料的装置，其特征在于，所述的折线形挤压通道周围设有加热装置。
9.根据权利要求1所述的制备连续纳米晶金属材料的装置，其特征在于，所述的折线形挤压通道与挤压装置之间设有冷却装置。
专利摘要本实用新型公开了一种制备连续纳米晶金属材料的装置。该装置包括一限定待加工金属材料运动路径的折线形挤压通道；还包括向待加工金属材料提供压力的挤压装置，所述挤压装置的出口端与折线形挤压通道的入口端相连通；所述的折线形挤压通道由三个或三个以上的直通道连接而成，相应地，形成两个或两个以上的拐角。本实用新型结合现有的压铸或挤压工艺，并且为折线形挤压通道提供了多个拐角，保证了材料通过通道后产生足够的变形量，从而使晶粒细化。这样，金属材料在挤压通道中经过一次挤压循环过程即可得到纳米晶金属材料，在挤压通道的入口端连续添加金属材料，可以在挤压通道的出口端得到连续的纳米晶线材或者带材，而不受挤压通道长度的限制。
文档编号B21C23/00GK2612474SQ0324520
公开日2004年4月21日 申请日期2003年4月11日 优先权日2003年4月11日
发明者谢季佳, 洪友士, 周承恩, 刘建中 申请人:中国科学院力学研究所