一种旋转浸渗法制备颗粒增强铝基复合材料的装置及方法与流程

本发明属于金属基复合材料制备与加工技术领域，特别涉及一种采用旋转浸渗法制备颗粒增强铝基复合材料的装置及其方法。

背景技术：

随着航空航天、交通运输、机械电子等行业对材料综合性能的要求越来越高，金属基复合材料的应用也越来越广泛。在现有的多种金属基复合材料制备技术中，无压浸渗是近年来逐渐发展起来的制备出高体积分数金属基复合材料的新技术，该技术的制造成本低于粉末冶金、压力浸渗等技术，制备出的复合材料性能能够满足相关行业的技术要求

但是，在常用的无压浸渗工艺中，由于铝合金熔体极易氧化，熔体表面氧化膜的存在使熔体与预制件界面的浸润性很差，因此现有的无压浸渗工艺只能通过提高液态金属温度，利用高温破坏氧化膜完整性，达到改善界面浸润性的目的，而且整个浸渗过程需要在惰性气体保护下进行，浸渗过程需要持续较长时间。长时间高温保温不仅使生产效率较低，而且在浸渗期间，高温铝合金熔体与增强颗粒接触会发生严重的界面反应，生成的反应产物存在于材料内部，导致复合材料性能下降。因此需要改进浸渗工艺，降低浸渗过程所需的温度和时间，提高复合材料的性能和生产效率。

技术实现要素：

针对现有无压浸渗技术的不足，本发明提供了一种旋转浸渗法制备颗粒增强铝基复合材料的装置及其方法，其特征在于，该装置由电机、连轴器、托架、坩埚、坩埚盖、夹具组成，坩埚盖位于坩埚上，托架放置在坩埚盖上面，电机安装在托架上，通过连轴器与夹具相连，所述夹具由上夹头、锁紧装置、下夹头组成。

铝合金熔体置于坩埚内。

预制件以轴对称方式夹持在夹具上夹头和下夹头之间，通过锁紧装置固定。

一种旋转浸渗法制备颗粒增强铝基复合材料的方法，其步骤如下：

(1)制备出复合材料预制件

(2)将铝合金放置于坩埚内，利用加热装置将坩埚内铝合金熔化至液态并在设定温度下保温；

(3)将预制件放置在下夹头上，再利用夹具上夹头和锁紧装置将预制件固定在夹具内，夹具通过连轴器与电机连接，然后将电机通过支架固定在坩埚盖上；

(4)将坩埚盖放置在坩埚上，使预制件浸入到熔体内部；

(5)启动电机驱动预制件在熔体内旋转，旋转一定时间后停止转动，将预制件从熔体中取出进行清理，完成浸渗过程。

步骤(2)中所述铝合金为Al-Si-Mg合金，还包括Cu、Ti、Zn、Ca、Li中的一种或多种。

步骤(2)中所述保温温度为700-900℃。

步骤(3)中所述夹具中预制件的数量为一片或多片。

步骤(5)中所述预制件旋转的转速为300-600转/分，旋转时间为30-90分钟。

步骤(5)中的浸渗过程不需要惰性气体保护。

本发明的有益效果为：本发明在浸渗过程中，利用专用夹具夹持住复合材料预制件，并将预制件完全浸入到熔体内，然后利用外部机械力带动预制件在熔体内快速旋转直至浸渗过程完成。在预制件旋转过程中，熔体强烈的紊流作用在预制件表面，一方面破坏了固液界面形成的氧化膜完整性，有利于熔体与预制件颗粒表面直接接触，提高了界面浸润性，另一方面旋转过程对熔体浸渗前沿形成附加正应力，增加了熔体渗入预制件的驱动力。这种采用预制件在熔体内旋转的浸渗工艺，其所需浸渗的温度和浸渗时间明显低于普通浸渗工艺，而且整个浸渗不需要真空或惰性气体保护，简化了对设备的技术要求，有利于高效率低成本制备颗粒增强铝基复合材料。

附图说明

图1为利用预制件旋转浸渗制备颗粒增强铝基复合材料系统示意图；

图2为预制件夹具上视图。

具体实施方式

本发明提供了一种旋转浸渗法制备颗粒增强铝基复合材料的装置及其方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

一种旋转浸渗法制备颗粒增强铝基复合材料的装置，如图1所示，该装置由电机1、连轴器2、托架3、坩埚盖4、坩埚7、夹具上夹头6、夹具锁紧装置5和夹具下架头10组成，所述托架3放置在坩埚盖4上面，电机1安装在托架3上，通过连轴器2与夹具相连，预制件9固定在夹具上夹头6和夹具下夹头10之间，并通过夹具锁紧装置5固定，夹具随电机1的转动而转动。预制件夹具的上视图如图2所示，预制件以轴对称方式夹持在夹具内，且一次可夹持1片或多片预制件。

一种旋转浸渗法制备颗粒增强铝基复合材料的具体实施过程为：先将预制件8放置在夹具下夹头10之上，再利用夹具上夹头6和锁紧装置5将预制件固定在夹具内；之后利用连轴器2将夹具与电机1连接，再将电机1固定在托架3上，托架3固定在坩埚盖4上；待坩埚7内的金属熔化并升温至所设定温度后，将坩埚盖4放置在坩埚7上，同时预制件9整体浸在熔体8之中；保持熔体8温度恒定，启动电机1带动预制件9以设定速度在熔体8内旋转，旋转一定时间后，停止转动，将预制件9从熔体内取出清理，完成复合材料的浸渗过程。

实施例1：

采用常规工艺将SiC颗粒制备成预制件，然后将6片预制件同时固定在专用夹具上；在坩埚内熔炼AlMgSi合金并在800℃保温；将夹具与电机、托架、坩埚盖连接完成后，将预制件放入铝合金熔体内，启动电机使预制件以300转/分的速度转动60分钟，浸渗过程完成，停止电机，将夹具从熔体内取出，并取出浸渗完成的SiC/Al复合材料。

实施例2：

采用常规工艺将BC颗粒制备成预制件，然后将4片预制件同时固定在专用夹具上；在坩埚内熔炼AlMgSi合金并在900℃保温；将夹具与电机、托架、坩埚盖连接完成后，将预制件放入铝合金熔体内，启动电机使预制件以600转/分的速度转动90分钟，浸渗过程完成，停止电机，将夹具从熔体内取出，并取出浸渗完成的BC/Al复合材料。