一种利用区域重熔制备复合材料的方法及装置与流程

本发明涉及一种利用区域重熔制备复合材料的方法及装置，属于复合材料的制备领域。

背景技术：

中国发明专利cn201710680810.x公布了一种陶瓷颗粒金属基复合材料的制备方法，该方法采用铸渗的方法制备出陶瓷颗粒金属复合材料，该方法操作简单，易与生产，但是由于使用铸渗方法易在复合区域产生缺陷，其次陶瓷颗粒会因为金属液冲力，导致陶瓷颗粒冲散，而导致复合区域不可控，易产生铸造缺陷。中国发明专利cn201510035043.8公布了一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法。该方法采用粉末冶金方法制备复合材料。使用粉末冶金方法制备复合材料可制备出均匀的复合材料，同时基材成分易于控制不易形成铸渗方法中易产生的铸造渣，但此种方法所获得的复合材料具有较高的孔隙率，对材料的性能影响极大，制约了复合材料的使用和研究。本发明专利公布了一种利用区域重熔的方法制备复合材料，此方法可以解决现有复合材料的制备工艺的缺点，通过使用区域重熔精炼材料的逆过程，可获得现有的铸渗工艺和粉末冶金工艺所具有的优点，可获得整体均匀，无孔隙率，无铸造缺陷的复合材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用区域重熔制备复合材料的方法，可以解决现有复合材料的制备工艺的缺点，通过使用区域重熔精炼材料的逆过程，可获得现有的铸渗工艺和粉末冶金工艺所具有的优点，可获得整体均匀，无孔隙率，无铸造缺陷的复合材料，具体包括以下步骤：

（1）将基材坯料上下两端固定于区域重熔设备的固定夹头上，通过调整感应线圈的加热速度和运行速度使坯料部分区域形成熔池，对其加热使基材进入区域熔融状态；

（2）利用高速喷头将陶瓷颗粒打入坯料中，之后向上或向下单向移动熔融区域使具有陶瓷颗粒的熔融区进行凝固；通过熔融、凝固过程的持续进行使整块坯料制成陶瓷增强金属基复合材料，整个操作过程在真空条件下，或在惰性气体保护环境下进行。

本发明所述基材坯料为导电性材料，如铁、铝、铜、锌等材料。

优选的，本发明所述感应线圈加热功率为200kw~300kw，运行速度为0.1m/min~5m/min。

优选的，本发明所述陶瓷颗粒与基材之间的密度差≥3g/cm³；如铁基选用碳化钨陶瓷颗粒、铁基选用氧化铝、铝基选用金刚石等。

优选的，本发明所述陶瓷颗粒打入坯料的速度≥10m/s。

本发明所述陶瓷颗粒装在陶瓷颗粒料仓3中，陶瓷颗粒料仓3通过导管9与高速喷头6连接，高速喷头6与基材坯料的熔融区正对。

通过调整感应线圈的加热速度和运行速度使坯料部分区域形成熔池，之后通过高压喷头使陶瓷颗粒高速进入熔区，在重力和浮力的作用下粉末均匀在熔区顶部或底部，通过移动感应线圈，熔区以固定速度向固定方向移动，从而使整个坯料形成均匀的复合材料。

本发明的目的在于提供所述方法所用装置，该装置为区域重熔装置包括固定夹头1、真空室2、导轨4、传动装置5、感应线圈8，固定夹头1、导轨4、传动装置5、感应线圈8均位于真空室2的内部，固定夹头1设有两个分别位于真空室2的上部和下部，用于固定坯料7，在坯料7两侧对称设有感应线圈8，感应线圈8固定在传动装置5上，传动装置5固定在导轨4上，可沿导轨上下移动；改进点在于：在真空室2内设有陶瓷颗粒料仓3，陶瓷颗粒料仓3通过导管9与高速喷头6连通，高速喷头6的位置与基材坯料的熔融区域正对，高速喷头6通过连接杆10与传动装置5固定连接，使高速喷头6与感应线圈8能同步移动。

本发明的有益效果：

（1）基材和陶瓷颗粒可选择多种材料，对导电基材有较好的适应性。

（2）通过区域重熔，形成熔池使所制作的复合材料的陶瓷颗粒和基材之间有较好的结合能力。

（3）利用区域重熔可使坯料中的残留的气体可通过熔融区排出。

（4）所制出的复合材料有较好的性能，同时兼具铸渗和粉末冶金的优点，对做理论研究制样有较大的改进作用。

附图说明

图1本发明实施例所用装置的结构示意图。

图中：1-固定夹头，2-真空室，3-陶瓷颗粒料仓，4-导轨，5-传动装置，6-高速喷头，7-坯料，8-感应线圈，9-导管，10-连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例所用装置结构如图1所示，是在现有区域重熔设备上进行改进而得到的，现有区域重熔设备主要包括固定夹头1、真空室2、导轨4、传动装置5、感应线圈8，固定夹头1、导轨4、传动装置5、感应线圈8均位于真空室2的内部，固定夹头1设有两个分别位于真空室2的上部和下部，用于固定坯料7，在坯料7两侧对称设有感应线圈8，感应线圈8固定在传动装置5上，传动装置5固定在导轨4上，可沿导轨上下移动；本发明的改进在于：在真空室2内设有陶瓷颗粒料仓3，陶瓷颗粒料仓3通过导管9与高速喷头6连通，高速喷头6的位置与基材坯料的熔融区域正对，高速喷头6通过连接杆10与传动装置5固定连接，使高速喷头6与感应线圈8能同步移动。

所述连接杆10选用绝缘陶瓷材料，所述于高速喷头6应具有耐热性，保证其在往坯料中加入陶瓷颗粒可顺利进行。

实施例1

一种利用区域重熔制备复合材料的方法，具体包括以下步骤：

（1）将基材坯料（铁基）上下两端固定于区域重熔设备的固定夹头上，通过调整感应线圈的加热速度和运行速度使坯料部分区域形成熔池，对其加热使基材进入区域熔融状态；

（2）利用高速喷头将陶瓷颗粒（wc颗粒）打入坯料的熔融区，陶瓷颗粒打入坯料的速度10m/s，之后向上单向移动熔融区域使具有陶瓷颗粒的熔融区进行凝固；通过熔融、凝固过程的持续进行使整块坯料制成陶瓷增强金属基复合材料，整个操作过程在真空条件下，或在惰性气体保护环境下进行；所使用感应线圈通过导轨的限制和传动装置的作用以固定方向和速度向上运动；所述感应线圈加热功率为200kw，运行速度为0.1m/min。

实施例2

一种利用区域重熔制备复合材料的方法，具体包括以下步骤：

（1）将基材坯料（铝基）上下两端固定于区域重熔设备的固定夹头上，通过调整感应线圈的加热速度和运行速度使坯料部分区域形成熔池，对其加热使基材进入区域熔融状态；

（2）利用高速喷头将陶瓷颗粒（金刚石）打入坯料的熔融区，陶瓷颗粒打入坯料的速度15m/s，之后向下单向移动熔融区域使具有陶瓷颗粒的熔融区进行凝固；通过熔融、凝固过程的持续进行使整块坯料制成陶瓷增强金属基复合材料，整个操作过程在真空条件下，或在惰性气体保护环境下进行；所使用感应线圈通过导轨的限制和传动装置的作用下以固定方向和速度向上运动；所述感应线圈加热功率为300kw，运行速度为5m/min。

实施例3

一种利用区域重熔制备复合材料的方法，具体包括以下步骤：

（1）将基材坯料（铁基）上下两端固定于区域重熔设备的固定夹头上，通过调整感应线圈的加热速度和运行速度使坯料部分区域形成熔池，对其加热使基材进入区域熔融状态；

（2）利用高速喷头将陶瓷颗粒（氧化铝）打入坯料的熔融区，陶瓷颗粒打入坯料的速度20m/s，之后向下单向移动熔融区域使具有陶瓷颗粒的熔融区进行凝固；通过熔融、凝固过程的持续进行使整块坯料制成陶瓷增强金属基复合材料，整个操作过程在真空条件下，或在惰性气体保护环境下进行；所使用感应线圈通过导轨的限制和传动装置的作用下以固定方向和速度向上运动；所述感应线圈加热功率为250kw，运行速度为3m/min。

本发明实施例制备得到的复合材料的陶瓷颗粒和基材之间有较好的结合能力。