专利名称：用吹气加料法制备金属基复合材料的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用吹气加料法制备金属基复合材料的装置，属冶金及金属复合材料制造工艺技术领域。
背景技术：
金属基复合材料由于具有较高的比强度、比刚度以及较好的热稳定性、耐磨性和尺寸稳定性等优点，已成为各国科技界关注与研究的热点，并且在航空、航天、精密仪器、地面交通等领域得到了应用。金属基复合材料的制备方法很多，目前比较有应用价值的方法主要有粉末冶金法、搅拌铸造法、原位反应生成法和压力浸渗法等，但这些方法都不同程度存在制造成本高、工艺复杂、产品尺寸形状受限制等问题。据报道，美国、日本等国利用液态搅拌装置进行了铝基复合材料的生产，该生产方法要求在真空条件下进行，且设备结构复杂，生产效率低，制备材料的成本较高。近年来曾有关于向金属液内部直接添加增强物的制备装置的报道[US006106588A]，但所述装置的加热坩埚和液面保护结构复杂，不便于操作和维修。国内也有关于液态搅拌制备金属基复合材料的报道[CN 22805300Y]，但其增强物无法连续加入到金属液底部，在加料过程中难免发生空气与金属液接触而导致金属液表面氧化和形成漩涡卷气流等现象。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的装置。
本实用新型一种用吹气加料法制备金属基复合材料的装置，包括有吹气加料及送气系统、机械搅拌、电阻炉加热和废气净化装置四部分；其特征在于a.吹气加料及送气系统部分包括有一供气源氮气瓶，其上部设置有带有减压阀、流量计和三通接头的进气管路系统；通过三通接头向上的管道与加料容器相连接，借气流将加料容器中的颗粒粉料送出；加料容器的下面设有一调节载体粉料气流流量的球阀、动密封套及装于动密封套和快速接头间的空心搅拌器柄杆；粉料通过该空心搅拌器柄杆送入坩埚内的金属液中；送气系统的另一路是通过三通接头向下的管道，它与电阻炉上面炉罩上的进气管相连接，通过该插入坩埚内的进气管将氮气送入锅内；b.机械搅拌装置部分包括有一与快速接头相连接的搅拌头，该搅拌头的上端是通过该快速接头与上面的搅拌器柄杆相连接的；搅拌头的上端部分为中空管，其下端部分设置有与高温熔液接触的石墨部件，该石墨部件中间开有孔道，近圆周边缘部分设置有左旋螺纹结构，可起螺旋桨叶搅拌作用；搅拌头由金属管制作的固定器加以固定；空心搅拌器柄杆通过锥面套筒固定在电动机床的从动轴上，并与加料容器通过动密封套以滑动密封形式连接；c.电阻炉加热装置部分包括有一周围设有加热线圈或发热部件的电阻炉，其顶部设有炉罩，炉罩上面设有进气管和出气管；电阻炉的炉腔内放置一盛有金属熔液的坩埚；坩埚中间设有一个可对金属熔液起搅拌作用的搅拌头；坩埚的底部装有热电偶，通过导线与温控装置相连接；来自氮气瓶的氮气通过向下的管道和炉罩上面左侧的插入坩埚的进气管进入坩埚中，使形成惰性气体保护气氛；炉罩上面右侧的出气管，可将炉内废气排出；d.废气净化装置部分包括有一净化废气的净气瓶，瓶内盛有净化气体用的化学试剂溶液；净气瓶内的一侧设有管道与电阻炉炉罩的出气管相连接，另一侧设有管道与抽气泵相连接；电阻炉内的坩埚与炉罩之间的多余气体或废气可通过管道经净气瓶净化后通过抽气泵排出；上述的电阻炉加热装置的电阻炉顶部设置的炉罩，其结构是由外侧的固定盖和中间的活动盖所组成；在外侧的固定盖上两端开有圆孔，可分别设置进气管和出气管；在中间的活动盖上开有可安装搅拌头的圆孔；在固定盖一侧还设有观测窗，以便于观察炉内情况。
本实用新型的装置结构简单、造价低廉，可免除结构复杂的真空设备，吹气加料可以连续加入增强粉料；制备出的金属基复合材料中，增强物分布均匀、与基体结合紧密，而且没有气孔和夹杂等缺陷，其力学性能优良也较优良。
图1是本实用新型复合材料制备装置的结构示意图。
图2是本实用新型装置中搅拌器的结构示意图。
图3是本实用新型装置中的炉罩结构示意图具体实施方式
现结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
实施例一参见图1、图2和图3。本实施例中，一种用吹气加料法制备金属基复合材料的装置，其结构包括有吹气加料及送气系统、机械搅拌、电阻炉加热和废气净化装置四部分1.吹气加料及送气系统部分它包括有一供气源氮气瓶17，在氮气瓶17上部设置有带有减压阀1、流量计2和三通接头的送气管路系统；通过三通接头向上的管道3与加料容器5相连接，借气流将加料容器5中的颗粒粉料送出；加料容器5的下面设有一调节载体粉料气流流量的球阀6、动密封套7及装于动密封套7和快速接头9间的空心搅拌器柄杆8；粉料通过该空心搅拌器柄杆8送入坩埚14内的金属液中；送气系统的另一路是通过三通接头向下的管道，它与电阻炉15上面炉罩11上的进气管相连接，通过该插入坩埚14内的进气管将氮气送入埚内；2.机械搅拌装置部分它包括有一与快速接头9相连接的搅拌头10，该搅拌头10的上端是通过该快速接头9与上面的搅拌器柄杆8相连接的；搅拌头10的上端部分为中空管，其下端部分设置有与高温熔液接触的石墨部件，该石墨部件中间开有孔道，近圆周边缘部分设置有左旋双螺纹结构，可起螺旋桨叶搅拌作用；搅拌头10由金属管制作的固定器加以固定；空心搅拌器柄杆8通过锥面套筒固定在电动机床4的从动轴上(图中未标出)，并与加料容器5通过动密封套7以滑动密封形式连接；3.电阻炉加热装置部分它包括有一周围设有加热线圈或发热部件的电阻炉15，其顶部设有炉罩11，炉罩11上面设有进气管和出气管；电阻炉15的炉腔内放置一盛有金属熔液的坩埚14；坩埚14中间设有一个可对金属熔液起搅拌作用的搅拌头10；坩埚14的底部装有热电偶，通过导线与温控装置16连接；来自氮气瓶17的氮气通过向下的管道和炉罩11上面左侧的插入坩埚14的进气管进入坩埚中，使形成惰性气体保护气氛；炉罩11上面右侧的出气管，可将炉内废气排出；4.废气净化装置部分它包括有一净化废气的净气瓶12，瓶内盛有净化气体用的化学试剂溶液；净气瓶12内的一侧设有管道与电阻炉炉罩11的出气管相连接，另一侧设有管道与抽气泵13相连接；电阻炉15内的坩埚14与炉罩11之间的多余气体或废气可通过管道经净气瓶12净化后通过抽气泵13排出；参见图3，电阻炉15顶部设置的炉罩11，其结构是由外侧的固定盖111和中间的活动盖113所组成；在外侧的固定盖111上两端开有圆孔，可分别设置进气管112和出气管114；在中间的活动盖113上开有可安装搅拌头10的圆孔；在固定盖111一侧还设有观测窗盖115的圆孔，以便于观察炉内情况。
本实用新型实施例中，增强用的颗粒粉料可采用陶瓷粉料，金属基体材料可以采用铝、镁、铜或锌等金属，制成陶瓷增强金属基复合材料。
本实用新型的装置在具体操作过程中，加料时可打开加料容器5上游的吹气阀门减压阀1和下游的球阀6，氮气流量大小可通过流量计2检测，并由阀门和减压阀1控制，这样可将载体陶瓷粉料借气流经加料容器5和中空搅拌器柄杆8、中空搅拌头10加入到金属熔液中。抽气泵13可在炉罩11和坩埚14之间造成负压，它与吹气加料送气系统共同作用实现电阻炉15内的惰性气体保护。在坩埚14内熔炼得到的复合材料熔液可以一定方式经容器转移到模具中浇铸成形或采用其它方法成形。
本实用新型的制备装置实现了连续吹气加料，有利于增强陶瓷粉料的均匀分散；半自动机械搅拌装置，可节省人力且搅拌充分、熔液无飞溅，提高了安全性；惰性气体保护可免除金属液和搅拌器的氧化；废气的净化处理体现了环保要求。本实用新型的制备装置在减少杂质混入，减少漩涡吸气以及改善增强物在复合材料中的分布等方面具有良好的效果。
权利要求1.一种用吹气加料法制备金属基复合材料的装置，包括有吹气加料及送气系统、机械搅拌、电阻炉加热和废气净化装置四部分；其特征在于a.吹气加料及送气系统包括有一供气源氮气瓶(17)，其上部设置有带有减压阀(1)、流量计(2)和三通接头的送气管路系统；通过三通接头向上的管道(3)与加料容器(5)相连接，籍借气流将加料容器(5)中的颗粒粉料送出；加料容器(5)的下面设有一调节载体粉料气流流量的球阀(6)、动密封套(7)及装于动密封套(7)和快速接头(9)间的空心搅拌器柄杆(8)；粉料通过该空心搅拌器柄杆(8)送入坩埚(14)内的金属液中；送气系统的另一路是通过三通接头向下的管道，它与电阻炉(15)上面炉罩(11)上的进气管相连接，通过该插入坩埚(14)内的进气管将氮气送入埚内；b.机械搅拌装置部分包括有一与快速接头(9)相连接的搅拌头(10)，该搅拌头(10)的上端是通过该快速接头(9)与上面的搅拌器柄杆(8)相连接的；搅拌头(10)的上端部分为中空管，其下端部分设置有与高温熔液接触的石墨部件，该石墨部件中间开有孔道，近圆周边缘部分设置有左旋螺纹结构，可起螺旋桨叶搅拌作用；搅拌头(10)由金属管制作的固定器加以固定；空心搅拌器柄杆(8)通过锥面套筒固定在电动机床(4)的从动轴上，并与加料容器(5)通过动密封套(7)以滑动密封形式连接；c.电阻炉加热装置部分包括有一周围设有加热线圈或发热部件的电阻炉(15)，其顶部设有炉罩(11)，炉罩(11)上面设有进气管和出气管；电阻炉(15)的炉腔内放置一盛有金属熔液的坩埚(14)；坩埚(14)中间设有一个可对金属熔液起搅拌作用的搅拌头(10)；坩埚(14)的底部装有热电偶，通过导线与温控装置(16)相连接；来自氮气瓶(17)的氮气通过向下的管道和炉罩(11)上面左侧的插入坩埚(14)的进气管进入坩埚中，使形成惰性气体保护气氛；炉罩(11)上面右侧的出气管，可将炉内废气排出；d.废气净化装置部分包括有一净化废气的净气瓶(12)，瓶内盛有净化气体用的化学试剂溶液；净气瓶(12)内的一侧设有管道与电阻炉炉罩(11)的出气管相连接，另一侧设有管道与抽气泵(13)相连接；电阻炉(15)内的坩埚(14)与炉罩(11)之间的多余气体或废气可通过管道经净气瓶(12)净化后通过抽气泵(13)排出。
2.根据权利要求1所述的一种用吹气加料法制备金属基复合材料的装置，其特征是所述的电阻炉加热装置的电阻炉(15)顶部设置的炉罩(11)，其结构是由外侧的固定盖(111)和中间的活动盖(113)所组成；在外侧的固定盖(111)上两端开有圆孔，可分别设置进气管(112)和出气管(114)；在中间的活动盖(113)上开有可安装搅拌头(10)的圆孔；在固定盖(111)一侧还设有观测窗盖(115)的圆孔，以便于观察炉内情况。
专利摘要本实用新型公开了一种用吹气加料法制备金属基复合材料的装置，属冶金及金属复合材料制造工艺技术领域。该装置主要包括有吹气加料系统，它由氮气瓶17、减压阀1、流量计2，通过管道3将氮气气流运载加料容器5内的陶瓷粉料，经空心搅拌器柄杆8、空心搅拌头10送入电阻炉15内的盛有金属熔液的坩埚14内；此外，还包括有机械搅拌装置、电阻炉加热装置及废气净化装置；抽气泵13可在炉罩11和坩埚14之间造成负压，它与吹气加料送气系统共同形成电阻炉15内的惰性气体保护系统；炉内废气通过管道经净气瓶12净化后由抽气泵13抽排出。本实用新型的制备装置其结构简单、成本低廉，操作和维修方便；由该装置制备出的陶瓷粉粒增强的金属基复合材料没有气孔和夹杂等缺陷，其力学性能也较优良。
文档编号C22C1/02GK2873796SQ20052004004
公开日2007年2月28日 申请日期2005年3月10日 优先权日2005年3月10日
发明者邵光杰, 秦连祥, 施鸿均 申请人:上海大学