本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料制備與加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用旋轉(zhuǎn)浸滲法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置及其方法。

背景技術(shù)：

隨著航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械電子等行業(yè)對(duì)材料綜合性能的要求越來越高，金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用也越來越廣泛。在現(xiàn)有的多種金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)中，無(wú)壓浸滲是近年來逐漸發(fā)展起來的制備出高體積分?jǐn)?shù)金屬基復(fù)合材料的新技術(shù)，該技術(shù)的制造成本低于粉末冶金、壓力浸滲等技術(shù)，制備出的復(fù)合材料性能能夠滿足相關(guān)行業(yè)的技術(shù)要求

但是，在常用的無(wú)壓浸滲工藝中，由于鋁合金熔體極易氧化，熔體表面氧化膜的存在使熔體與預(yù)制件界面的浸潤(rùn)性很差，因此現(xiàn)有的無(wú)壓浸滲工藝只能通過提高液態(tài)金屬溫度，利用高溫破壞氧化膜完整性，達(dá)到改善界面浸潤(rùn)性的目的，而且整個(gè)浸滲過程需要在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，浸滲過程需要持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。長(zhǎng)時(shí)間高溫保溫不僅使生產(chǎn)效率較低，而且在浸滲期間，高溫鋁合金熔體與增強(qiáng)顆粒接觸會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，生成的反應(yīng)產(chǎn)物存在于材料內(nèi)部，導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降。因此需要改進(jìn)浸滲工藝，降低浸滲過程所需的溫度和時(shí)間，提高復(fù)合材料的性能和生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有無(wú)壓浸滲技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)浸滲法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置及其方法，其特征在于，該裝置由電機(jī)、連軸器、托架、坩堝、坩堝蓋、夾具組成，坩堝蓋位于坩堝上，托架放置在坩堝蓋上面，電機(jī)安裝在托架上，通過連軸器與夾具相連，所述夾具由上夾頭、鎖緊裝置、下夾頭組成。

鋁合金熔體置于坩堝內(nèi)。

預(yù)制件以軸對(duì)稱方式夾持在夾具上夾頭和下夾頭之間，通過鎖緊裝置固定。

一種旋轉(zhuǎn)浸滲法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，其步驟如下：

(1)制備出復(fù)合材料預(yù)制件

(2)將鋁合金放置于坩堝內(nèi)，利用加熱裝置將坩堝內(nèi)鋁合金熔化至液態(tài)并在設(shè)定溫度下保溫；

(3)將預(yù)制件放置在下夾頭上，再利用夾具上夾頭和鎖緊裝置將預(yù)制件固定在夾具內(nèi)，夾具通過連軸器與電機(jī)連接，然后將電機(jī)通過支架固定在坩堝蓋上；

(4)將坩堝蓋放置在坩堝上，使預(yù)制件浸入到熔體內(nèi)部；

(5)啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)預(yù)制件在熔體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將預(yù)制件從熔體中取出進(jìn)行清理，完成浸滲過程。

步驟(2)中所述鋁合金為Al-Si-Mg合金，還包括Cu、Ti、Zn、Ca、Li中的一種或多種。

步驟(2)中所述保溫溫度為700-900℃。

步驟(3)中所述夾具中預(yù)制件的數(shù)量為一片或多片。

步驟(5)中所述預(yù)制件旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為300-600轉(zhuǎn)/分，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為30-90分鐘。

步驟(5)中的浸滲過程不需要惰性氣體保護(hù)。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明在浸滲過程中，利用專用夾具夾持住復(fù)合材料預(yù)制件，并將預(yù)制件完全浸入到熔體內(nèi)，然后利用外部機(jī)械力帶動(dòng)預(yù)制件在熔體內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)直至浸滲過程完成。在預(yù)制件旋轉(zhuǎn)過程中，熔體強(qiáng)烈的紊流作用在預(yù)制件表面，一方面破壞了固液界面形成的氧化膜完整性，有利于熔體與預(yù)制件顆粒表面直接接觸，提高了界面浸潤(rùn)性，另一方面旋轉(zhuǎn)過程對(duì)熔體浸滲前沿形成附加正應(yīng)力，增加了熔體滲入預(yù)制件的驅(qū)動(dòng)力。這種采用預(yù)制件在熔體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的浸滲工藝，其所需浸滲的溫度和浸滲時(shí)間明顯低于普通浸滲工藝，而且整個(gè)浸滲不需要真空或惰性氣體保護(hù)，簡(jiǎn)化了對(duì)設(shè)備的技術(shù)要求，有利于高效率低成本制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

附圖說明

圖1為利用預(yù)制件旋轉(zhuǎn)浸滲制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料系統(tǒng)示意圖；

圖2為預(yù)制件夾具上視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)浸滲法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置及其方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

一種旋轉(zhuǎn)浸滲法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置，如圖1所示，該裝置由電機(jī)1、連軸器2、托架3、坩堝蓋4、坩堝7、夾具上夾頭6、夾具鎖緊裝置5和夾具下架頭10組成，所述托架3放置在坩堝蓋4上面，電機(jī)1安裝在托架3上，通過連軸器2與夾具相連，預(yù)制件9固定在夾具上夾頭6和夾具下夾頭10之間，并通過夾具鎖緊裝置5固定，夾具隨電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。預(yù)制件夾具的上視圖如圖2所示，預(yù)制件以軸對(duì)稱方式夾持在夾具內(nèi)，且一次可夾持1片或多片預(yù)制件。

一種旋轉(zhuǎn)浸滲法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的具體實(shí)施過程為：先將預(yù)制件8放置在夾具下夾頭10之上，再利用夾具上夾頭6和鎖緊裝置5將預(yù)制件固定在夾具內(nèi)；之后利用連軸器2將夾具與電機(jī)1連接，再將電機(jī)1固定在托架3上，托架3固定在坩堝蓋4上；待坩堝7內(nèi)的金屬熔化并升溫至所設(shè)定溫度后，將坩堝蓋4放置在坩堝7上，同時(shí)預(yù)制件9整體浸在熔體8之中；保持熔體8溫度恒定，啟動(dòng)電機(jī)1帶動(dòng)預(yù)制件9以設(shè)定速度在熔體8內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將預(yù)制件9從熔體內(nèi)取出清理，完成復(fù)合材料的浸滲過程。

實(shí)施例1：

采用常規(guī)工藝將SiC顆粒制備成預(yù)制件，然后將6片預(yù)制件同時(shí)固定在專用夾具上；在坩堝內(nèi)熔煉AlMgSi合金并在800℃保溫；將夾具與電機(jī)、托架、坩堝蓋連接完成后，將預(yù)制件放入鋁合金熔體內(nèi)，啟動(dòng)電機(jī)使預(yù)制件以300轉(zhuǎn)/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)60分鐘，浸滲過程完成，停止電機(jī)，將夾具從熔體內(nèi)取出，并取出浸滲完成的SiC/Al復(fù)合材料。

實(shí)施例2：

采用常規(guī)工藝將BC顆粒制備成預(yù)制件，然后將4片預(yù)制件同時(shí)固定在專用夾具上；在坩堝內(nèi)熔煉AlMgSi合金并在900℃保溫；將夾具與電機(jī)、托架、坩堝蓋連接完成后，將預(yù)制件放入鋁合金熔體內(nèi)，啟動(dòng)電機(jī)使預(yù)制件以600轉(zhuǎn)/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)90分鐘，浸滲過程完成，停止電機(jī)，將夾具從熔體內(nèi)取出，并取出浸滲完成的BC/Al復(fù)合材料。