一种带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的方法，包括步骤：提供包括抽气口和浸入管的真空包，浸入管被设置为可浸入至铝熔炉中的铝熔体中；提供用于氩气旋转喷吹的石墨转子；提供电磁搅拌装置，电磁搅拌装置设置在所述的铝熔炉的下方；将铝熔炉中的纯铝或铝合金基体熔化后，加入反应盐和反应助剂进行反应；使真空包的浸入管浸入铝熔体中，通过抽气口对真空室内抽真空；降下石墨转子，使得转杆通过设置在真空包顶部的密封轴承，穿过真空包的真空室，将喷头插入铝熔体的底部进行氩气旋转喷吹；启动电磁搅拌装置，对铝熔体进行电磁搅拌。

【技术实现步骤摘要】
一种带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的方法
本专利技术涉及铝基复合材料，尤其涉及原位自生铝基复合材料的制备。
技术介绍
原位自生铝基复合材料是利用不同元素或化学物之间在一定条件下发生化学反应，而在铝基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的目的。通过原位自生制备的复合材料，增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好。通过选择反应类型及控制反应参数,可获得不同种类、不同数量的原位增强颗粒。然而，原位自生铝基复合材料对于制备过程中对包括除气去杂等的条件要求较高，否则容易造成所制备的复合材料中增强相颗粒尺寸和分布不均匀且质量分数不高，或组织结构恶化，铸造性能变差，材料的力学性能降低。现有技术中采用惰性气体旋转吹喷的技术进行铝熔体除气处理。该技术的核心部件为一端带有旋转喷头的中空转杆，即转子，使用时插入铝熔体中，惰性气体通过其转杆中间孔道吹入，由旋转喷头喷出，形成的气泡由于喷头高速旋转被打散成大量的小气泡，铝熔体中的氢将依附在这些小气泡上析出成氢气，同时吸附铝熔体中的杂质颗粒一起上浮至液面，从而达到除气去杂净化之目的。目前，铝熔体除气转子大多采用石墨材料制作，因为石墨材料的抗热冲击性能优秀，可机加工，且铝液对石墨不浸润，但石墨材料的弱点在于不耐高温氧化，造成使用寿命仅为14～20天就需更换。另外，如何进一步改善增强相颗粒的均匀分布程度也是本领域的技术人员致力于解决的问题。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术在第一方面提供了一种带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的系统，包括盛有铝熔体的铝熔炉；真空包，真空包具有浸入管和抽气口，浸入管被设置为可浸入至铝熔炉中的铝熔体中，抽气口用于对真空包抽真空；用于氩气旋转喷吹的石墨转子，石墨转子具有转杆和喷头，转杆被设置为通过设置在真空包顶部的密封轴承，穿过真空包的真空室，将喷头插入至铝熔体的底部；电磁搅拌装置，电磁搅拌装置设置在铝熔炉的下方。进一步地，电磁搅拌装置包括有感应器以及与感应器相连的变频器。本专利技术在第二方面提供了一种带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的方法，包括如下步骤：(1)提供包括抽气口和浸入管的真空包，浸入管被设置为可浸入至铝熔炉中的铝熔体中；提供用于氩气旋转喷吹的石墨转子，石墨转子具有转杆和喷头，转杆被设置为通过设置在真空包顶部的密封轴承，穿过真空包的真空室，将喷头插入铝熔体的底部；提供电磁搅拌装置，电磁搅拌装置设置在所述的铝熔炉的下方；(2)将铝熔炉中的纯铝或铝合金基体熔化后，加入反应盐和反应助剂进行反应；(3)使真空包的浸入管浸入铝熔体中，通过抽气口对真空室内抽真空；(4)降下石墨转子，使得转杆通过设置在真空包顶部的密封轴承，穿过真空包的真空室，将喷头插入铝熔体的底部进行氩气旋转喷吹；(5)启动电磁搅拌装置，对铝熔体进行电磁搅拌。优选地，氩气喷吹的氩气流量为7～12L/min，搅拌转速为270～320r/min。优选地，反应助剂包括质量比为2.2:1:1～3.8:1:1的Na3AlF6、LiF3、LiCl3。优选地，反应盐包括质量比为1.2:1～1.8:1的NaBF4和Na2TiF6。优选地，反应助剂的加入量为反应盐的8-12wt％。优选地，在反应过程中，施加2-4T的脉冲磁场强度。优选地，在反应过程中，施加200-1800W/m2的高能超声场强度。优选地，反应时间为10min～30min。本专利技术通过真空包和浸入管，用铝熔体自身形成密封，抽气产生真空环境，真空环境降低氧、氢分压，增强脱气条件。同时石墨转杆经真空室进入铝熔炉，全程不接触氧气，防了石墨转子的氧化，大幅提高石墨转子的寿命。本专利技术通过电磁搅拌，实现了在氩气喷吹的同时，加强铝熔体自生的搅拌运动，有利于使得增强相颗粒的分布更加均匀，同时也进一步地改善了脱气和脱杂质的反应条件。本专利技术在复合材料中加入适量的金属镁，使颗粒生成后首先通过吸附铝液中的镁来降低表面能，然后再与铝形成较好的结合，这样利用镁作为降低颗粒表面能，阻止团聚的手段，有效地减缓了颗粒沉降的现象。同时由于镁的加入，使铝液的粘度增加，而根据Stocks公式，复合材料粘度增加，颗粒的移动速度减小，在较长时间内不会因相互接触而团聚，在凝固过程中也容易被α-Al的晶粒所捕获，形成均一稳定的增强体。通常原位生成的TiB2粒子是直径为1微米左右的颗粒，这种尺寸的颗粒在铝液中不会有沉降的出现。但由于颗粒往往是在某一局部区域(熔盐与铝液的交界面上)生成，很容易因局部浓度偏高而发生团聚。并且一旦团聚产生，再使其分开细化就非常的困难了，于是就有了沉降和凝固过程中的偏聚发生。采用施加脉冲磁场和高能超声场，利用反应熔化盐自身的保护作用，将脉冲磁场强度控制在2-4T，高能超声场强度控制在200-1800W/m2。一方面可以增加熔盐与铝液的接触机会，加速反应，使原位生成的TiB2颗粒均匀细小；另一方面促进颗粒从反应的高浓度区向低浓度区的扩散，使TiB2颗粒均匀且弥散，进而也使得复合材料的沉降现象得到了一定的缓解。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例中的带有真空包的熔体控制原位自生铝基复合材料的系统的示意图；图2是是本专利技术的一个较佳实施例中的带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的系统的示意图；图3是本专利技术的一个较佳实施例中的一种带有连续处理的熔体控制原位自生铝基复合材料的系统的示意图；图4是本专利技术的一个较佳实施例中的一种带有粉末喷吹的原位自生铝基复合材料的系统的示意图；图5是图4中的石墨转子的示意图；图6是本专利技术的一个较佳实施例中的带有永磁搅拌的原位自生铝基复合材料的系统的示意图；图7是图6中的石墨转子的示意图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。实施例一如图1所示，在700～760℃将纯铝或铝合金基体熔化，将盛有铝熔体2的铝熔炉1置于液压升降台10之上，并加入反应盐和反应助剂进行反应。升起液压升降台10，使得被设置在铝熔炉1上方的真空包3的浸入管5浸入至铝熔体2中。通过抽气口4对真空包3的真空室8抽真空，使得铝熔体2在大气压力作用下进入到真空包3中。同时对铝熔体进行氩气旋转喷吹：降下石墨转子，石墨转子的转杆6通过设置在真空包3顶部的密封轴承7，穿过真空室8，将喷头9插入至铝熔体2的底部，氩气通过转杆6的中间孔道吹入，由旋转喷头9喷出，形成的气泡由于喷头9的高速旋转被打散成大量的小气泡，铝熔体2中的氢将依附在这些小气泡上析出成氢气，同时吸附铝熔体中的杂质颗粒一起上浮至液面，大部分的气泡进入真空室8中，然后通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)提供包括抽气口和浸入管的真空包，所述浸入管被设置为可浸入至铝熔炉中的铝熔体中；提供用于氩气旋转喷吹的石墨转子，所述石墨转子具有转杆和喷头，所述转杆被设置为通过设置在所述真空包顶部的密封轴承，穿过所述真空包的真空室，将所述喷头插入铝熔体的底部；提供电磁搅拌装置，所述的电磁搅拌装置设置在所述的铝熔炉的下方；/n(2)将铝熔炉中的纯铝或铝合金基体熔化后，加入反应盐和反应助剂进行反应；/n(3)使所述真空包的浸入管浸入铝熔体中，通过所述的抽气口对所述真空室内抽真空；/n(4)降下所述石墨转子，使得所述转杆通过设置在所述真空包顶部的密封轴承，穿过所述真空包的真空室，将所述喷头插入铝熔体的底部进行氩气旋转喷吹；/n(5)启动所述的电磁搅拌装置，对所述的铝熔体进行电磁搅拌。/n

【技术特征摘要】
1.一种带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供包括抽气口和浸入管的真空包，所述浸入管被设置为可浸入至铝熔炉中的铝熔体中；提供用于氩气旋转喷吹的石墨转子，所述石墨转子具有转杆和喷头，所述转杆被设置为通过设置在所述真空包顶部的密封轴承，穿过所述真空包的真空室，将所述喷头插入铝熔体的底部；提供电磁搅拌装置，所述的电磁搅拌装置设置在所述的铝熔炉的下方；
(2)将铝熔炉中的纯铝或铝合金基体熔化后，加入反应盐和反应助剂进行反应；
(3)使所述真空包的浸入管浸入铝熔体中，通过所述的抽气口对所述真空室内抽真空；
(4)降下所述石墨转子，使得所述转杆通过设置在所述真空包顶部的密封轴承，穿过所述真空包的真空室，将所述喷头插入铝熔体的底部进行氩气旋转喷吹；
(5)启动所述的电磁搅拌装置，对所述的铝熔体进行电磁搅拌。


2.如权利要求1所述的带有电磁搅拌的熔体控制原位自生铝基复合材料的方法，其中，所述氩气喷吹的所述氩气流量为7～12L/min，搅拌转速为270～320r/mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩伟，王建中，李爱平，
申请(专利权)人：上海交通大学安徽淮北陶铝新材料研究院，安徽相邦复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34