專利名稱：一種鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法。
背景技術：
公開號CN1888801A，發明名稱“一種QTi3. 5-10石墨半固態漿料機械攪拌制備方法”上，闡述了 QTi3. 5-10石墨半固態漿料的機械制備方法，即，利用機械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉時產生的周向運動和向下運動，來打碎QTi3. 5鈦青銅熔體凝固過程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的石墨顆粒分散到下部的QTi3. 5鈦青銅熔體中，當QTi3. 5鈦青銅熔體的周向運動狀態接近雙面弧形直葉片周向運動狀態而導致石墨顆粒的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉方向，利用雙面弧形直葉片另一側的弧形來將雙面弧形直葉片上部的石墨顆粒分散到下部的QTi3. 5鈦青銅熔體中；借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅動機械攪拌器進行連續上下運動，從而在整個坩堝范圍內， 將漂浮在石墨坩堝上部的石墨顆粒分散到QTi3. 5鈦青銅熔體中，得到石墨顆粒分布均勻的QTi3. 5-10石墨半固態漿料。在這種機械制備方法中，機械攪拌器為單葉片層機械攪拌器，采用單層葉片，在葉片與半固態漿料的有效接觸范圍內，借助葉片對石墨顆粒施加分散作用力，不斷地將石墨顆粒分散到半固態漿料中，在專利CN1888801A中公開的機械攪拌器單層雙面弧形直葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，單葉片層機械攪拌器及其上下移動控制裝置運行即均勻分散10 15min后，可得到石墨顆粒均勻分布的QTi3. 5_10石墨半固態漿料。鈦12鎳是含鎳量為12wt%的鈦合金，鈦12鎳_5氮化硼半固態漿料是含有5wt% 氮化硼顆粒和95wt%初生固相顆粒與液相的半固態漿料，采用CN1888801A專利方法、在公開的機械攪拌器單層雙面弧形直葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，需要均勻分散 10 12分鐘后，才能得到氮化硼顆粒均勻分布的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料。對于鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的制備，在實現氮化硼顆粒均勻分布的前提下， 機械攪拌器及其上下移動控制裝置的運行時間即均勻分散時間越短，能耗越小，成本越低， 而且鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料受到的污染也越少，其質量越高，因此可實現氮化硼顆粒均勻分布的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的均勻分散時間越短越好。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有機械制備方法“均勻分散時間長”的不足，提供一種能夠快速實現鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料中氮化硼顆粒均勻分散的方法，進一步縮短實現氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時間。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是采用機械制備方法，利用雙葉片層機械攪拌器，在上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為69 71°和69 71°的條件下，對鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料進行均勻分散。本發明的有益效果是對于熔體中的顆粒，要想盡快完成其在熔體中的分散，必須加強分散強度。在半固態漿料機械制備方法中，如果在單層葉片對半固態漿料中的顆粒實施分散后，緊接著再利用另一層葉片實施第二次分散，那么，半固態漿料中顆粒的分散效果將會明顯好轉，實現顆粒均勻分布的均勻分散時間將進一步縮短，本發明就是利用上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度優化組合后的雙層葉片的連續二次分散，進一步促進了氮化硼顆粒在半固態漿料中的均勻分布，從而達到了縮短均勻分散時間的目的。利用本發明，對鈦 12鎳-5氮化硼半固態漿料進行均勻分散，實現氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時間可縮短到8分20秒，比采用CN1888801A專利方法的最短均勻分散時間10分鐘至少縮短了 16%。


圖1為本發明方法對鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料進行均勻分散裝置的主視圖。圖中，圓形攪拌桿1，雙面弧形直葉片2，陶瓷坩堝3，加熱管4，冷卻管5，鈦12鎳-5 氮化硼半固態漿料6，堵塞7，上蓋8，Ar氣管9，底架11，軸瓦12，止推軸承13，電機14，齒輪傳動機構15，導向板16，導向槽17，齒條18，電機19，傳動機構20，上行程開關21，下行程開關22，支架23。圖2為本發明方法對鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料進行均勻分散裝置的A-A視圖。圖中，熱電偶10。圖3為本發明方法對鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料進行均勻分散裝置的B-B局部視圖。圖4為采用本發明方法對鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料進行均勻分散后得到的鈦 12鎳-5氮化硼半固態漿料的微觀組織。
具體實施例方式結合附圖對本發明方法均勻分散鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料中氮化硼顆粒裝置的具體說明如下均勻分散鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料中氮化硼顆粒裝置包括機械攪拌器及其驅動與上下移動控制裝置、陶瓷坩堝3、上蓋8、堵塞7、Ar氣管9及熱電偶10。陶瓷坩堝3采用機械連接方式固定于底架11上，其壁內間隔均布加熱管4和冷卻管5，分別與外部電源與冷卻液供給系統連接。機械攪拌器為雙葉片層機械攪拌器，由圓形攪拌桿1和上下二個葉片層構成，材質為耐熱陶瓷，圓形攪拌桿1的下端為方形，其四面與圓形攪拌桿1相切，上下二個葉片層位于圓形攪拌桿1的方形下端，間隔a為20mm，在上下二個葉片層中各有四個除了凹弧面弧度不同以外其它形狀與對應分布狀態完全相同的雙面弧形直葉片2，下層的四個雙面弧形直葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端的下部，其根部與圓形攪拌桿1的方形下端的四個表面垂直，互成90°，寬度與圓形攪拌桿1的直徑相同，雙面弧形直葉片2左右二側的凹弧面朝下，對稱分布，為圓弧形，弧度為69 71°，凹弧面上部與雙面弧形直葉片2上表面相切，凹弧面下部的交線與圓形攪拌桿1方形下端的下端面位于同一水平面內，雙面弧形直葉片2外端部與陶瓷坩堝3內壁之間的距離為5mm ；上層的四個雙面弧形直葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端的上部，凹弧面弧度為69 71°，此雙面弧形直葉片2的上表面與圓形攪拌桿1方形下端的上端面位于同一水平面內。
機械攪拌器的驅動裝置由電機14、齒輪傳動機構15和定位機構構成。定位機構位于圓形攪拌桿1上部，由上下二個軸瓦12進行橫向定位，由上下二個止推軸承13進行縱向定位，機械攪拌器驅動裝置的電機14、齒輪傳動機構15和定位機構分別采用機械連接方式固定于導向板16上，導向板16可在固定于支架23上的導向槽17內進行上下移動。機械攪拌器上下移動控制裝置由電機19、傳動機構20、上行程開關21和下行程開關22構成。傳動機構20由齒條18與齒輪、渦輪與蝸桿傳動構成，齒條18的下端與機械攪拌器驅動裝置的導向板16采用機械連接方式連接，電機19的轉向由上行程開關21、下行程開關22控制，也就是，當機械攪拌器的上層雙面弧形直葉片2向上移動到半固態漿料6上方時，齒條18的上部觸動下行程開關22，電機19改變轉向，使機械攪拌器向下移動；當機械攪拌器的下層雙面弧形直葉片2向下移動到陶瓷坩堝3底部時，齒條18的上部觸動上行程開關21，電機19改變轉向，使機械攪拌器向上移動，機械攪拌器上下移動控制裝置的電機19、傳動機構20、上行程開關21、下行程開關22采用機械連接方式固定于支架23上。Ar氣管9固定于上蓋8的孔內，熱電偶10固定于陶瓷坩堝3的側壁內，其端部與半固態漿料6接觸，堵塞7位于陶瓷坩堝3底部。機械攪拌器的功率為5kW，機械攪拌器每隔1 3分鐘改變一次旋轉方向，轉速為 3 5轉/秒，機械攪拌器的連續上下移動速度控制在5 20mm/s。一種鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法，利用機械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉時產生的周向運動和向下運動，來打碎鈦12鎳熔體凝固過程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的氮化硼顆粒分散到下部的鈦12鎳熔體中，當鈦 12鎳熔體的周向運動狀態接近雙面弧形直葉片周向運動狀態而導致氮化硼顆粒的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉方向，利用雙面弧形直葉片另一側的弧形來將雙面弧形直葉片上部的氮化硼顆粒分散到下部的鈦12鎳熔體中；并且借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅動機械攪拌器進行連續上下運動，從而在整個坩堝范圍內，將漂浮在坩堝上部的氮化硼顆粒分散到鈦12鎳熔體中，得到氮化硼顆粒分布均勻的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料，包括以下步驟步驟1，制備鈦12鎳熔體，溫度控制在1550°C ；步驟2，按95%和5%的質量百分比將上述鈦12鎳熔體與230目的氮化硼顆粒倒入陶瓷坩堝3中，坩堝由其壁內的加熱管4預熱到1250°C，蓋上上蓋8后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動機械攪拌器及其上下移動控制裝置，對鈦12鎳熔體與氮化硼顆粒進行攪拌，同時，關閉加熱管4的電源并向坩堝壁內的冷卻管5內接通冷卻水進行冷卻，將鈦 12鎳熔體冷卻至1250 1370°C均勻分散溫度后，關閉冷卻水，打開并調節加熱管4的電源，使鈦12鎳熔體溫度穩定在該均勻分散溫度，均勻分散一定時間后，得到組織均勻的鈦 12鎳-5氮化硼半固態漿料6。實施方式一，在機械攪拌器的轉速為3轉/秒、上下移動速度為5mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為1250°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為69°和69°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分20秒。實施方式二，在機械攪拌器的轉速為5轉/秒、上下移動速度為15mm/s、每隔2分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為1250°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為69°和71°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分10秒。實施方式三，在機械攪拌器的轉速為4轉/秒、上下移動速度為20mm/s、每隔1分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為1370°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為71°和69°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分。實施方式四，在機械攪拌器的轉速為4轉/秒、上下移動速度為lOmm/s、每隔2分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為1322°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為70°和70°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分。實施方式五，在機械攪拌器的轉速為5轉/秒、上下移動速度為15mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為1370°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為71°和71°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分10秒。可見，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為69 71°和69 71°條件下，對鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料進行機械均勻分散，實現氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時間可縮短到8分20秒。附圖4為采用本發明方法對鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料進行機械均勻分散后得到的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的微觀組織。圖中亮色塊狀區域為氮化硼顆粒，灰色球形或橢球形區域為初生固相顆粒，其它區域為后生固相，可見，氮化硼顆粒分布非常均勻。可見，本發明可快速實現鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料中氮化硼顆粒的均勻分散。
權利要求
1. 一種鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法，利用機械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉時產生的周向運動和向下運動，來打碎鈦12鎳熔體凝固過程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的氮化硼顆粒分散到下部的鈦12鎳熔體中，當鈦12 鎳熔體的周向運動狀態接近雙面弧形直葉片周向運動狀態而導致氮化硼顆粒的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉方向，利用雙面弧形直葉片另一側的弧形來將雙面弧形直葉片上部的氮化硼顆粒分散到下部的鈦12鎳熔體中；并且借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅動機械攪拌器進行連續上下運動，從而在整個坩堝范圍內，將漂浮在坩堝上部的氮化硼顆粒分散到鈦12鎳熔體中，得到氮化硼顆粒分布均勻的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料，包括以下步驟步驟1，制備鈦12鎳熔體，溫度控制在1550°C ；步驟2，按95%和5%的質量百分比將上述鈦12鎳熔體與230目的氮化硼顆粒倒入陶瓷坩堝中，坩堝由其壁內的加熱管預熱到1250°C，蓋上上蓋后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動機械攪拌器及其上下移動控制裝置，對鈦12鎳熔體與氮化硼顆粒進行攪拌，同時，關閉加熱管的電源并向坩堝壁內的冷卻管內接通冷卻水進行冷卻，將鈦12鎳熔體冷卻至1250 1370°C均勻分散溫度后，關閉冷卻水，打開并調節加熱管的電源，使鈦12 鎳熔體溫度穩定在該均勻分散溫度，均勻分散一定時間后，得到組織均勻的鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料；其特征在于，機械攪拌器為雙葉片層機械攪拌器，其上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為69 71°和69 71°。
全文摘要
本發明公開了一種鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法，屬于鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料的機械均勻分散研究領域，本發明采用機械制備方法，利用雙葉片層機械攪拌器，在上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為69～71°和69～71°條件下，對鈦12鎳-5氮化硼半固態漿料進行機械均勻分散，可快速實現氮化硼顆粒的均勻分布，均勻分散時間可縮短到8分20秒。
文檔編號C22C14/00GK102168199SQ20111008972
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月10日 優先權日2011年4月10日
發明者劉漢武, 張鵬, 杜云慧 申請人:北京交通大學