顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置及方法
【專利摘要】一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置及方法，涉及一種制備半固態漿料的裝置及方法。本發明解決現有納米陶瓷顆粒很難在鋁基體中均勻分散的問題。裝置由底座、框架、加熱水冷裝置、攪拌坩堝、攪拌器、攪拌器連接裝置、升降橫梁控制裝置、攪拌齒輪箱、攪拌齒輪、升降橫梁、導套、軸承、升降齒條、升降齒輪、升降電機、大皮帶輪、傳動皮帶、小皮帶輪、攪拌電機、測溫元件和坩堝蓋板組成。使用方法：調節攪拌器，在高溫下攪拌鋁合金熔液并，加入純鋁粉與納米顆粒混合物并在高溫下攪拌。本發明用于一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置及方法。
【專利說明】—種制備納米AI2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制備半固態漿料的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]顆粒增強鋁基復合材料是由鋁合金作為基體合金，發揮其密度小、塑性好、變形能力強的優勢，以陶瓷顆粒為增強體，發揮其彈性模量好、熱膨脹系數小、耐磨性好的優勢，從而組成一個新的材料體系。這種新的材料體系既具有好的強度、剛度和耐磨性，又具有高熱導率和低膨脹系數等一系列優勢，從而使這種復合材料在在航空、航天、交通運輸、核工業及兵器工業等領域得到廣泛應用。顆粒增強鋁基復合材料中的增強相往往是微米級的陶瓷顆粒。研究發現，隨著微米級陶瓷顆粒的加入量增加，雖然其強度、彈性模量、耐磨性有顯著提高，但是其塑性指標卻隨著微米級陶瓷顆粒的加入量的增加而下降。這使得其塑性變形能力明顯下降。隨著科學技術的發展，研究人員發現，將原來的微米級陶瓷顆粒替換成納米級陶瓷顆粒，不僅可以獲得良好的強度、彈性模量和耐磨性，還可以減緩復合材料塑性指標的下降，甚至有的學者研究發現，適當加入納米陶瓷顆粒增強顆粒，還可以不使延伸率下降。所以，目前對納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的研究已經成為顆粒增強鋁基復合材料研究的一個新的研究熱點。但是，隨著研究人員對納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的研究進行，人們發現如何制備高質量的納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料是首先必須要面對的難題。因為納米陶瓷顆粒隨著顆粒尺寸的減小，其分子間作用力明顯增加，納米顆粒常常團簇聚集在一起，很難將其在鋁合金集體中均勻分開。為此，研究人員采用很多方法嘗試將納米陶瓷顆粒如何均勻在鋁基體中均勻分散，例如超生分散和液態機械攪拌等等。
[0003]半固態攪拌在近些年來也在制備納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料方面顯示著一定前景。半固態攪拌是半固態加工技術中半固態漿料制備的典型技術之一。其主要技術原理為，利用機械攪拌裝置產生的剪切力打碎液態鋁合金在降溫過程中產生的初始枝晶，然后通過等溫過程使其演變為近球狀晶。正是這種由近球狀晶和液相組成的半固態漿料是半固態加工技術較傳統的鑄造技術和鍛造技術有很多明顯優勢。即與傳統的液態壓鑄相比，半固態觸變成形技術具有成形溫度低(液-固相溫區)、模具壽命長、組織均勻及其力學性能高等優點；與固態鍛造相比，它的顯著優點是用較小的力、較低的成本一次成形形狀復雜、力學性能接近于鍛件水平的結構件。半固態加工技術一般分為半固態漿料制備然后直接成形的流變成形工藝和制備半固態坯料重熔后觸變成形兩種典型工藝。無論哪種工藝都必須制備高質量的半固態漿料，這影響著后續的成形過程和成形件的質量。半固態攪拌技術作為典型的半固態漿料制備技術之一，起典型技術特點為將液態鋁合金攪拌降溫至半固態溫度再恒溫攪拌，獲得由出生球狀晶的固相和液相組成的半固態漿料。該工藝對于陶瓷顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的制備具有一定技術優勢。這主要因為由于初生球狀晶的固相的支撐和襯托作用，能夠使陶瓷顆粒得到一定的分散。該技術已經在微米級陶瓷顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的制備方面得到嘗試，并證明是有效的。將其應用于納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的制備也是非常有技術前景的。
【發明內容】
[0004]本發明是要解決現有納米陶瓷顆粒很難在鋁基體中均勻分散的問題，而提供了一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置及方法。
[0005]一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置由底座、第一框架、第二框架、加熱水冷裝置、攪拌坩堝、第一攪拌器、第三攪拌器、第二攪拌器、第一攪拌器連接裝置、第二攪拌器連接裝置、第三攪拌器連接裝置、第一升降橫梁控制裝置、第二升降橫梁控制裝置、攪拌齒輪箱、第一攪拌齒輪、第二攪拌齒輪和第三攪拌齒輪、升降橫梁、第一導套、第二導套、第一軸承、第二軸承、第一升降齒條、第二升降齒條、第一升降齒輪、第二升降齒輪、第一升降電機、第二升降電機、大皮帶輪、傳動皮帶、小皮帶輪(14)、攪拌電機、測溫元件和坩堝蓋板組成；
[0006]在底座兩側分別設置第一框架及第二框架，升降橫梁兩側分別設置第一導套及第二導套，升降橫梁中心設置第一軸承及第二軸承，所述的第一軸承設置在第二軸承下端；升降橫梁通過第一導套及第二導套與第一框架及第二框架相配合，在第一框架上設置第一升降橫梁控制裝置，在第二框架上設置第二升降橫梁控制裝置；所述的第一升降橫梁控制裝置及第二升降橫梁控制裝置置于升降橫梁下端；
[0007]第一框架上端設有第一升降電機，第二框架上端設有第二升降電機，第一升降電機的輸出端與第一升降齒輪的齒輪軸的輸入端相連接，第二升降電機的輸出端與第二升降齒輪的齒輪軸的輸入端相連接，第一升降齒輪與第一升降齒條嚙合，第二升降齒輪與第二升降齒條嚙合，所述的第一升降齒條及第二升降齒條固定在升降橫梁兩端；
[0008]在升降橫梁上設有攪拌電機，攪拌電機的輸出端和小皮帶輪的齒輪軸輸入端相連接，小皮帶輪通過傳動皮帶與大皮帶輪相連接，大皮帶輪設置在第二攪拌器的上端，第二攪拌齒輪設置在第二攪拌器的中間位置，第二攪拌齒輪均與第一攪拌齒輪和第三攪拌齒輪嚙合；所述的第一攪拌齒輪、第二攪拌齒輪和第三攪拌齒輪固定在攪拌齒輪箱中；攪拌齒輪箱設置在升降橫梁的下端，第一攪拌器通過第一攪拌器連接裝置與第一攪拌齒輪連接，第二攪拌器通過第二攪拌器連接裝置與第二攪拌齒輪連接，且第二攪拌器穿過第一軸承及第二軸承，第三攪拌器通過第三攪拌器連接裝置與第三攪拌齒輪連接；所述的第一攪拌器、第三攪拌器、第二攪拌器的攪拌端伸入設置在攪拌齒輪箱下方的攪拌坩堝內；攪拌坩堝(4)置于加熱水冷裝置內；所述的攪拌坩堝上設有坩堝蓋板；所述的測溫元件的一端穿過坩堝蓋板伸入攪拌坩堝內；所述的第一攪拌器、第三攪拌器及第二攪拌器下端均設有攪拌葉片。
[0009]制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的方法步驟如下:
[0010]一、將純鋁粉與納米Al2O3顆粒在混粉機中混合，混粉時間為12h?13h，得到純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物；
[0011]所述的純鋁粉與納米Al2O3的質量比為1: (0.3?0.4)；
[0012]二、將純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物置于行星式球磨機中，然后加入異丙醇進行球磨，球磨時間為35min?60min,得到球磨后的純招粉與納米Al2O3顆粒混合物；
[0013]所述的純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物與異丙醇的體積比為1: (0.1?0.2)；
[0014]三、開啟第一升降電機和第二升降電機，調節至第一攪拌器、第三攪拌器及第二攪拌器底端與坩堝蓋板的距離為300mm?350mm，關閉第一升降電機和第二升降電機；
[0015]四、將鋁合金置于攪拌坩堝內，將鋁合金由室溫升溫至650°C?670°C，并在溫度為650°C?670°C下保溫14min?17min，得到鋁合金熔液；
[0016]所述的鋁合金與步驟一中的純鋁粉的質量比為1: (0.005?0.01)；
[0017]五、開啟第一升降電機和第二升降電機，調節第一攪拌器、第三攪拌器及第二攪拌器伸入鋁合金熔液，直至第一攪拌器、第三攪拌器及第二攪拌器與攪拌坩堝底面的距離為1mm?15mm,關閉第一升降電機和第二升降電機,再開啟攪拌電機對招合金熔液進行攪拌，攪拌速度為725r/min，然后開啟加熱水冷裝置，攪拌并降溫至608°C?622°C，關閉加熱水冷裝置，然后在溫度為608°C?622°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌17min?22min，得到包含出生球狀晶固相和液相的鋁合金半固態漿料；
[0018]六、將球磨后的純鋁粉與納米Al2O3顆粒混合物加入到鋁合金半固態漿料中，并在溫度為608°C?622°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌5min?8min，得到納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料；
[0019]七、開啟第一升降電機和第二升降電機，調節至第一攪拌器、第三攪拌器及第二攪拌器底端與坩堝蓋板的距離為300mm?350mm，關閉第一升降電機和第二升降電機。
[0020]本發明的有益效果:1、采用純鋁粉和納米Al2O3顆粒的混粉后機械球磨，借助球磨產生的高速撞擊，讓納米Al2O3顆粒能夠均勻地鑲嵌在純鋁粉末中，達到一次均勻分散的效果。2、利用機械攪拌螺旋實現鋁合金半固態漿料的制備，其產生的出生固相晶粒能夠使在半固態加入至其中的鑲嵌在純鋁粉當中的納米Al2O3顆粒，得到支撐和襯托作用，從而使其在復合材料基體當中得到二次均勻分散。3、本發明提出的機械攪拌裝置能夠實現攪拌器的自動升降，提高了把固態漿料制備的效率，為其進一步工業應用提供了裝備設計基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置結構示意圖；
[0022]圖2為攪拌坩堝的剖視圖；
[0023]圖3為攪拌坩堝的俯視圖；
[0024]圖4為攪拌器的結構示意圖；
[0025]圖5為攪拌器的俯視圖。
【具體實施方式】
[0026]【具體實施方式】一:結合圖1-圖5具體說明本實施方式，本實施方式是一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置由底座1、第一框架2、第二框架19、加熱水冷裝置3、攪拌坩堝4、第一攪拌器5、第三攪拌器28、第二攪拌器29、第一攪拌器連接裝置6、第二攪拌器連接裝置20、第三攪拌器連接裝置23、第一升降橫梁控制裝置7、第二升降橫梁控制裝置21、攪拌齒輪箱8、第一攪拌齒輪8-1、第二攪拌齒輪8-2和第三攪拌齒輪8-3、升降橫梁9、第一導套9-1、第二導套9-4、第一軸承9-2、第二軸承9-3、第一升降齒條10、第二升降齒條18、第一升降齒輪11、第二升降齒輪16、第一升降電機12、第二升降電機17、大皮帶輪13、傳動皮帶13-1、小皮帶輪14、攪拌電機15、測溫元件22和坩堝蓋板24組成；
[0027]在底座I兩側分別設置第一框架2及第二框架19，升降橫梁9兩側分別設置第一導套9-1及第二導套9-4，升降橫梁9中心設置第一軸承9-2及第二軸承9-3，所述的第一軸承9-2設置在第二軸承9-3下端；升降橫梁9通過第一導套9-1及第二導套9-4與第一框架2及第二框架19相配合，在第一框架2上設置第一升降橫梁控制裝置7，在第二 19上設置第二升降橫梁控制裝置21 ;所述的第一升降橫梁控制裝置7及第二升降橫梁控制裝置21置于升降橫梁9下端；
[0028]第一框架2上端設有第一升降電機12,第二框架19上端設有第二升降電機17,第一升降電機12的輸出端與第一升降齒輪11的齒輪軸的輸入端相連接，第二升降電機17的輸出端與第二升降齒輪16的齒輪軸的輸入端相連接，第一升降齒輪11與第一升降齒條10嚙合，第二升降齒輪16與第二升降齒條18嚙合，所述的第一升降齒條10及第二升降齒條18固定在升降橫梁9兩端；
[0029]在升降橫梁9上設有攪拌電機15，攪拌電機15的輸出端和小皮帶輪14的齒輪軸輸入端相連接，小皮帶輪14通過傳動皮帶13-1與大皮帶輪13相連接，大皮帶輪13設置在第二攪拌器29的上端，第二攪拌齒輪8-2設置在第二攪拌器29的中間位置，第二攪拌齒輪
8-2均與第一攪拌齒輪8-1和第三攪拌齒輪8-3嚙合；所述的第一攪拌齒輪8-1、第二攪拌齒輪8-2和第三攪拌齒輪8-3固定在攪拌齒輪箱8中；攪拌齒輪箱8設置在升降橫梁9的下端，第一攪拌器5通過第一攪拌器連接裝置6與第一攪拌齒輪8-1連接，第二攪拌器29通過第二攪拌器連接裝置20與第二攪拌齒輪8-2連接，且第二攪拌器29穿過第一軸承9-2及第二軸承9-3，第三攪拌器28通過第三攪拌器連接裝置23與第三攪拌齒輪8-3連接；所述的第一攪拌器5、第三攪拌器28、第二攪拌器29的攪拌端伸入設置在攪拌齒輪箱8下方的攪拌坩堝4內；攪拌坩堝4置于加熱水冷裝置3內；所述的攪拌坩堝4上設有坩堝蓋板24 ;所述的測溫元件22的一端穿過坩堝蓋板24伸入攪拌坩堝4內；所述的第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29下端均設有攪拌葉片。
[0030]本【具體實施方式】的優點:1、采用純鋁粉和納米Al2O3顆粒的混粉后機械球磨，借助球磨產生的高速撞擊，讓納米Al2O3顆粒能夠均勻地鑲嵌在純鋁粉末中，達到一次均勻分散的效果。2、利用機械攪拌螺旋實現鋁合金半固態漿料的制備，其產生的出生固相晶粒能夠使在半固態加入至其中的鑲嵌在純鋁粉當中的納米Al2O3顆粒，得到支撐和襯托作用，從而使其在復合材料基體當中得到二次均勻分散。3、本發明提出的機械攪拌裝置能夠實現攪拌器的自動升降，提高了把固態漿料制備的效率，為其進一步工業應用提供了裝備設計基礎。
[0031]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點在于:所述的測溫兀件22為熱電偶。其它與【具體實施方式】一相同。
[0032]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一的不同點在于:所述的攪拌坩堝4長度為560臟，寬度為220臟，高度為410mm，壁厚為1mm ;所述的攪拌坩堝4的材料為鑰合金，利用粉末冶金方法制造。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0033]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一的不同點在于:所述的第一攪拌器5長度為660mm,攪拌桿直徑為30mm,攪拌葉片長度為140mm,寬度為8mm,高度為66mm ;所述的第三攪拌器28長度為660mm,攪拌桿直徑為30mm,攪拌葉片長度為140mm,寬度為8mm,高度為66mm ;所述的第二攪拌器29長度為660mm,攪拌桿直徑為30mm,攪拌葉片長度為140mm，寬度為8mm，高度為66mm。其它與【具體實施方式】一至三相同。
[0034]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一的不同點在于:所述的第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29均為鑰合金擠壓棒材機械加工制造。其它與【具體實施方式】一至四相同。
[0035]【具體實施方式】六:結合圖1具體說明本實施方式，本實施方式是制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的方法步驟如下:
[0036]一、將純鋁粉與納米Al2O3顆粒在混粉機中混合，混粉時間為12h?13h，得到純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物；
[0037]所述的純鋁粉與納米Al2O3的質量比為1: (0.3?0.4)；
[0038]二、將純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物置于行星式球磨機中，然后加入異丙醇進行球磨，球磨時間為35min?60min,得到球磨后的純招粉與納米Al2O3顆粒混合物；
[0039]所述的純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物與異丙醇的體積比為1: (0.1?0.2)；
[0040]三、開啟第一升降電機12和第二升降電機17，調節至第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29底端與坩堝蓋板24的距離為300mm?350mm，關閉第一升降電機12和第二升降電機17 ;
[0041]四、將鋁合金置于攪拌坩堝4內，將鋁合金由室溫升溫至650°C?670°C，并在溫度為650°C?670°C下保溫14min?17min，得到鋁合金熔液；
[0042]所述的鋁合金與步驟一中的純鋁粉的質量比為1: (0.005?0.01)；
[0043]五、開啟第一升降電機12和第二升降電機17，調節第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29伸入鋁合金熔液，直至第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29與攪拌坩堝4底面的距離為1mm?15mm，關閉第一升降電機12和第二升降電機17，再開啟攪拌電機15對鋁合金熔液進行攪拌，攪拌速度為725r/min，然后開啟加熱水冷裝置3，攪拌并降溫至608°C?622°C，關閉加熱水冷裝置3，然后在溫度為608°C?622°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌17min?22min，得到包含出生球狀晶固相和液相的鋁合金半固態漿料；
[0044]六、將球磨后的純鋁粉與納米Al2O3顆粒混合物加入到鋁合金半固態漿料中，并在溫度為608°C?622°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌5min?8min，得到納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料；
[0045]七、開啟第一升降電機12和第二升降電機17，調節至第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29底端與坩堝蓋板24的距離為300mm?350mm，關閉第一升降電機12和第二升降電機17。
[0046]本【具體實施方式】中納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料利用澆注容器進行澆注，從而進行流變成形，或者將半固態漿料澆注成圓柱體形狀，冷卻成半固態坯料，以備半固態觸變成形使用。
[0047]本【具體實施方式】中納米Al2O3顆粒增強相占納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的體積分數為0.5%?10%。
[0048]圖1為一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置結構示意圖，圖中25為包含出生球狀晶固相和液相的鋁合金半固態漿料中的出生球狀晶固相和26為包含出生球狀晶固相和液相的鋁合金半固態漿料中的液相；27為純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物。
[0049]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】六的不同點在于:步驟四中所述的招合金為鑄態或擠壓態。其它與【具體實施方式】六相同。
[0050]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】六或七之一的不同點在于:步驟四中所述的鋁合金為A356鋁合金、A357鋁合金、A380鋁合金、A390鋁合金、2024鋁合金、6061鋁合金、7005鋁合金、7050鋁合金或7075鋁合金。其它與【具體實施方式】六或七相同。
[0051]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】六至八之一的不同點在于:步驟四中將鋁合金由室溫升溫至650°C?660°C，并在溫度為650°C?660°C下保溫14min?17min。其它與【具體實施方式】六至八相同。
[0052]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】六至九之一的不同點在于:步驟五中在溫度為608°C?615°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌17min?22min。其它與【具體實施方式】六至九相同。
[0053]【具體實施方式】i^一:本實施方式與【具體實施方式】六至十之一的不同點在于:步驟四中將鋁合金由室溫升溫至660°C?670°C，并在溫度為660°C?670°C下保溫14min?17min。其它與【具體實施方式】六至十相同。
[0054]【具體實施方式】十二:本實施方式與【具體實施方式】六至i 之一的不同點在于:步驟五中在溫度為616°C?622°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌17min?22min。其它與【具體實施方式】六至i 相同。
[0055]采用以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0056]實施例:
[0057]本實施例所述的一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置及方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0058]一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置由底座1、第一框架2、第二框架19、加熱水冷裝置3、攪拌坩堝4、第一攪拌器5、第三攪拌器28、第二攪拌器29、第一攪拌器連接裝置6、第二攪拌器連接裝置20、第三攪拌器連接裝置23、第一升降橫梁控制裝置7、第二升降橫梁控制裝置21、攪拌齒輪箱8、第一攪拌齒輪8-1、第二攪拌齒輪
8-2和第三攪拌齒輪8-3、升降橫梁9、第一導套9-1、第二導套9-4、第一軸承9_2、第二軸承
9-3、第一升降齒條10、第二升降齒條18、第一升降齒輪11、第二升降齒輪16、第一升降電機12、第二升降電機17、大皮帶輪13、傳動皮帶13-1、小皮帶輪14、攪拌電機15、測溫元件22和坩堝蓋板24組成；
[0059]在底座I兩側分別設置第一框架2及第二框架19，升降橫梁9兩側分別設置第一導套9-1及第二導套9-4，升降橫梁9中心設置第一軸承9-2及第二軸承9-3，所述的第一軸承9-2設置在第二軸承9-3下端；升降橫梁9通過第一導套9-1及第二導套9-4與第一框架2及第二框架19相配合，在第一框架2上設置第一升降橫梁控制裝置7，在第二 19上設置第二升降橫梁控制裝置21 ;所述的第一升降橫梁控制裝置7及第二升降橫梁控制裝置21置于升降橫梁9下端；
[0060]第一框架2上端設有第一升降電機12,第二框架19上端設有第二升降電機17,第一升降電機12的輸出端與第一升降齒輪11的齒輪軸的輸入端相連接，第二升降電機17的輸出端與第二升降齒輪16的齒輪軸的輸入端相連接，第一升降齒輪11與第一升降齒條10嚙合，第二升降齒輪16與第二升降齒條18嚙合，所述的第一升降齒條10及第二升降齒條18固定在升降橫梁9兩端；
[0061]在升降橫梁9上設有攪拌電機15，攪拌電機15的輸出端和小皮帶輪14的齒輪軸輸入端相連接，小皮帶輪14通過傳動皮帶13-1與大皮帶輪13相連接，大皮帶輪13設置在第二攪拌器29的上端，第二攪拌齒輪8-2設置在第二攪拌器29的中間位置，第二攪拌齒輪8-2均與第一攪拌齒輪8-1和第三攪拌齒輪8-3嚙合；所述的第一攪拌齒輪8-1、第二攪拌齒輪8-2和第三攪拌齒輪8-3固定在攪拌齒輪箱8中；攪拌齒輪箱8設置在升降橫梁9的下端，第一攪拌器5通過第一攪拌器連接裝置6與第一攪拌齒輪8-1連接，第二攪拌器29通過第二攪拌器連接裝置20與第二攪拌齒輪8-2連接，且第二攪拌器29穿過第一軸承9-2及第二軸承9-3，第三攪拌器28通過第三攪拌器連接裝置23與第三攪拌齒輪8-3連接；所述的第一攪拌器5、第三攪拌器28、第二攪拌器29的攪拌端伸入設置在攪拌齒輪箱8下方的攪拌坩堝4內；攪拌坩堝4置于加熱水冷裝置3內；所述的攪拌坩堝4上設有坩堝蓋板24 ;所述的測溫元件22的一端穿過坩堝蓋板24伸入攪拌坩堝4內；所述的第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29下端均設有攪拌葉片。
[0062]所述的測溫元件22為熱電偶。
[0063]所述的攪拌i甘禍4長度為560mm,寬度為220mm,高度為410mm,壁厚為1mm ;所述的攪拌坩堝4的材料為鑰合金，利用粉末冶金方法制造。
[0064]所述的第一攪拌器5長度為660mm,攪拌桿直徑為30mm,攪拌葉片長度為140mm,寬度為8mm,高度為66mm ;所述的第三攪拌器28長度為660mm,攪拌桿直徑為30mm,攪拌葉片長度為140mm,寬度為8mm,高度為66mm ;所述的第二攪拌器29長度為660mm,攪拌桿直徑為30mm,攪拌葉片長度為140mm,寬度為8mm,高度為66mm。
[0065]所述的第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29均為鑰合金擠壓棒材機械加工制造。
[0066]利用上述的一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料方法，步驟如下:
[0067]一、將純鋁粉與納米Al2O3顆粒在混粉機中混合，混粉時間為12h，得到純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物；
[0068]所述的純鋁粉與納米Al2O3的質量比為1:0.3 ;
[0069]二、將純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物置于行星式球磨機中，然后加入異丙醇進行球磨，球磨時間為35min,得到球磨后的純招粉與納米Al2O3顆粒混合物；
[0070]所述的純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物與異丙醇的體積比為1:0.1 ;
[0071]三、開啟第一升降電機12和第二升降電機17，調節至第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29底端與坩堝蓋板24的距離為300mm，關閉第一升降電機12和第二升降電機17 ；
[0072]四、將鋁合金置于攪拌坩堝4內，將鋁合金由室溫升溫至660°C，并在溫度為660°C下保溫16min,得到招合金熔液；
[0073]所述的鋁合金與步驟一中的純鋁粉的質量比為1:0.005 ；
[0074]五、開啟第一升降電機12和第二升降電機17，調節第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29伸入鋁合金熔液，直至第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29與攪拌坩堝4底面的距離為15_，關閉第一升降電機12和第二升降電機17，再開啟攪拌電機15對鋁合金熔液進行攪拌，攪拌速度為725r/min，然后開啟加熱水冷裝置3，攪拌并降溫至610°C，關閉加熱水冷裝置3，然后在溫度為610°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌20min，得到包含出生球狀晶固相和液相的鋁合金半固態漿料；
[0075]六、將球磨后的純鋁粉與納米Al2O3顆粒混合物加入到鋁合金半固態漿料中，并在溫度為610°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌6min，得到納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料；
[0076]七、開啟第一升降電機12和第二升降電機17，調節至第一攪拌器5、第三攪拌器28及第二攪拌器29底端與坩堝蓋板24的距離為300mm，關閉第一升降電機12和第二升降電機17。
[0077]步驟四中所述的鋁合金為鑄態。
[0078]步驟四中所述的鋁合金為A356鋁合金。
[0079]本【具體實施方式】中納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料利用澆注容器進行澆注，從而進行流變成形，或者將半固態漿料澆注成圓柱體形狀，冷卻成半固態坯料，以備半固態觸變成形使用。
【權利要求】
1.一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置，其特征在于:一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置由底座(I)、第一框架(2)、第二框架(19)、加熱水冷裝置(3)、攪拌坩堝(4)、第一攪拌器(5)、第三攪拌器(28)、第二攪拌器(29)、第一攪拌器連接裝置￠)、第二攪拌器連接裝置(20)、第三攪拌器連接裝置(23)、第一升降橫梁控制裝置(7)、第二升降橫梁控制裝置(21)、攪拌齒輪箱(8)、第一攪拌齒輪(8-1)、第二攪拌齒輪(8-2)和第三攪拌齒輪(8-3)、升降橫梁(9)、第一導套(9-1)、第二導套(9-4)、第一軸承(9-2)、第二軸承(9-3)、第一升降齒條(10)、第二升降齒條(18)、第一升降齒輪(11)、第二升降齒輪(16)、第一升降電機(12)、第二升降電機(17)、大皮帶輪(13)、傳動皮帶(13-1)、小皮帶輪(14)、攪拌電機(15)、測溫元件(22)和坩堝蓋板(24)組成；在底座(I)兩側分別設置第一框架(2)及第二框架(19)，升降橫梁(9)兩側分別設置第一導套(9-1)及第二導套(9-4)，升降橫梁(9)中心設置第一軸承(9-2)及第二軸承(9-3)，所述的第一軸承(9-2)設置在第二軸承(9-3)下端；升降橫梁(9)通過第一導套(9-1)及第二導套(9-4)與第一框架(2)及第二框架(19)相配合，在第一框架(2)上設置第一升降橫梁控制裝置(7)，在第二框架(19)上設置第二升降橫梁控制裝置(21);所述的第一升降橫梁控制裝置(7)及第二升降橫梁控制裝置(21)置于升降橫梁(9)下端；第一框架(2)上端設有第一升降電機(12),第二框架(19)上端設有第二升降電機(17),第一升降電機(12)的輸出端與第一升降齒輪(11)的齒輪軸的輸入端相連接，第二升降電機(17)的輸出端與第二升降齒輪(16)的齒輪軸的輸入端相連接，第一升降齒輪(11)與第一升降齒條(10)哨合，第二升降齒輪(16)與第二升降齒條(18)嚙合，所述的第一升降齒條(10)及第二升降齒條(18)固定在升降橫梁(9)兩端；在升降橫梁(9)上設有攪拌電機(15)，攪拌電機(15)的輸出端和小皮帶輪(14)的齒輪軸輸入端相連接，小皮帶輪(14)通過傳動皮帶(13-1)與大皮帶輪(13)相連接，大皮帶輪(13)設置在第二攪拌器(29)的上端，第二攪拌齒輪(8-2)設置在第二攪拌器(29)的中間位置，第二攪拌齒輪(8-2)均與第一攪拌齒輪(8-1)和第三攪拌齒輪(8-3)嚙合；所述的第一攪拌齒輪(8-1)、第二攪拌齒輪(8-2)和第三攪拌齒輪(8-3)固定在攪拌齒輪箱(8)中；攪拌齒輪箱(8)設置在升降橫梁(9)的下端，第一攪拌器(5)通過第一攪拌器連接裝置(6)與第一攪拌齒輪(8-1)連接，第二攪拌器(29)通過第二攪拌器連接裝置(20)與第二攪拌齒輪(8-2)連接，且第二攪拌器(29)穿過第一軸承(9-2)及第二軸承(9-3)，第三攪拌器(28)通過第三攪拌器連接裝置(23)與第三攪拌齒輪(8-3)連接；所述的第一攪拌器(5)、第三攪拌器(28)、第二攪拌器(29)的攪拌端伸入設置在攪拌齒輪箱(8)下方的攪拌坩堝(4)內；攪拌坩堝(4)置于加熱水冷裝置(3)內；所述的攪拌坩堝(4)上設有坩堝蓋板(24);所述的測溫元件(22)的一端穿過坩堝蓋板(24)伸入攪拌坩堝(4)內；所述的第一攪拌器(5)、第三攪拌器(28)及第二攪拌器(29)下端均設有攪拌葉片。
2.根據權利要求1所述的一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置，其特征在于:所述的測溫元件(22)為熱電偶。
3.根據權利要求1所述的一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置，其特征在于:所述的攪拌坩堝(4)長度為560mm，寬度為220mm，高度為410mm，壁厚為1mm;所述的攪拌坩堝(4)的材料為鑰合金，利用粉末冶金方法制造。
4.根據權利要求1所述的一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置，其特征在于:所述的第一攪拌器(5)長度為660mm，攪拌桿直徑為30mm，攪拌葉片長度為140mm,寬度為8mm,高度為66mm ;所述的第三攪拌器(28)長度為660mm,攪拌桿直徑為30mm,攪拌葉片長度為140mm,寬度為8mm,高度為66mm ;所述的第二攪拌器(29)長度為660mm,攪拌桿直徑為30mm,攪拌葉片長度為140mm,寬度為8mm,高度為66mm。
5.根據權利要求1所述的一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置，其特征在于:所述的第一攪拌器(5)、第三攪拌器(28)及第二攪拌器(29)均為鑰合金擠壓棒材機械加工制造。
6.利用權利要求1所述的一種制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的裝置制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料方法，其特征在于制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的方法步驟如下: 一、將純鋁粉與納米Al2O3顆粒在混粉機中混合，混粉時間為12h?13h，得到純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物； 所述的純招粉與納米Al2O3的質量比為1: (0.3?0.4)； 二、將純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物置于行星式球磨機中，然后加入異丙醇進行球磨，球磨時間為35min?60min,得到球磨后的純招粉與納米Al2O3顆粒混合物； 所述的純鋁粉與納米Al2O3顆粒的混合物與異丙醇的體積比為1: (0.1?0.2); 三、開啟第一升降電機(12)和第二升降電機(17)，調節至第一攪拌器(5)、第三攪拌器(28)及第二攪拌器(29)底端與坩堝蓋板(24)的距離為300mm?350mm，關閉第一升降電機(12)和第二升降電機(17)； 四、將鋁合金置于攪拌坩堝(4)內，將鋁合金由室溫升溫至650°C?670°C，并在溫度為650°C?670°C下保溫14min?17min,得到招合金熔液； 所述的鋁合金與步驟一中的純鋁粉的質量比為1: (0.005?0.01)； 五、開啟第一升降電機(12)和第二升降電機(17)，調節第一攪拌器(5)、第三攪拌器(28)及第二攪拌器(29)伸入鋁合金熔液，直至第一攪拌器(5)、第三攪拌器(28)及第二攪拌器(29)與攪拌坩堝⑷底面的距離為1mm?15mm，關閉第一升降電機(12)和第二升降電機(17)，再開啟攪拌電機(15)對鋁合金熔液進行攪拌，攪拌速度為725r/min，然后開啟加熱水冷裝置(3)，攪拌并降溫至608°C?622°C，關閉加熱水冷裝置(3)，然后在溫度為608°C?622°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌17min?22min，得到包含出生球狀晶固相和液相的鋁合金半固態漿料； 六、將球磨后的純鋁粉與納米Al2O3顆粒混合物加入到鋁合金半固態漿料中，并在溫度為608°C?622°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌5min?8min，得到納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料； 七、開啟第一升降電機(12)和第二升降電機(17)，調節至第一攪拌器(5)、第三攪拌器(28)及第二攪拌器(29)底端與坩堝蓋板(24)的距離為300mm?350mm，關閉第一升降電機(12)和第二升降電機(17)。
7.根據權利要求6所述的制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的方法，其特征在于:步驟四中所述的鋁合金為鑄態或擠壓態。
8.根據權利要求6所述的制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的方法，其特征在于:步驟四中所述的鋁合金為A356鋁合金、A357鋁合金、A380鋁合金、A390鋁合金、2024鋁合金、6061鋁合金、7005鋁合金、7050鋁合金或7075鋁合金。
9.根據權利要求6所述的制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的方法，其特征在于:步驟四中將鋁合金由室溫升溫至650°C?660°C，并在溫度為650°C?660°C下保溫 14min ?17min。
10.根據權利要求6所述的制備納米Al2O3顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的方法，其特征在于:步驟五中在溫度為608°C?615°C及攪拌速度為725r/min下，攪拌17min?22min。
【文檔編號】C22C21/00GK104357702SQ201410705911
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】姜巨福, 王迎 申請人:哈爾濱工業大學