CN104878342A

CN104878342A - 一种钨粉增强铝基复合材料的制备方法及装置

Info

Publication number: CN104878342A
Application number: CN201510251876.8A
Authority: CN
Inventors: 郑开宏; 王顺成; 徐静; 王娟; 王海艳
Original assignee: GUANGDONG RESEARCH INSTITUTE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY (GUANGZHOU RESEARCH INSTITUTE OF NON-FERROUS METALS)
Current assignee: Guangdong Institute of Materials and Processing
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2015-09-02

Abstract

一种钨粉增强铝基复合材料的制备方法及装置，其方法是：在铝或铝合金液雾化喷射沉积装置的高压惰性气体输入管上安装钨粉定量供应装置，利用高压惰性气体为载流介质，将钨粉喷射到雾化形成的铝或铝合金微液滴的表面，而使钨粉分散粘附在铝或铝合金微液滴的表面，然后一起喷射沉积到基板上，凝固后得到钨粉增强铝基复合材料。其装置是：包括铝或铝合金液雾化喷射沉积装置，该铝或铝合金液雾化喷射沉积装置的高压惰性气体输入管上安装有钨粉定量供应装置。本发明由于利用高压惰性气体为载流介质将钨粉喷射粘附在铝或铝合金微液滴的表面，然后一起沉积凝固得到钨粉增强铝基复合材料，可有效防止钨粉发生团聚，得到钨粉均匀分布的钨粉增强铝基复合材料。

Description

一种钨粉增强铝基复合材料的制备方法及装置

技术领域

本发明属于铝基复合材料制备技术领域，具体是涉及一种钨粉增强铝基复合材料的制备方法及装置。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料是铝或铝合金中加入颗粒增强相而形成的一种金属基复合材料。颗粒增强铝基复合材料具有铝及铝合金的质量轻、密度小、可塑性好以及颗粒增强相的高强度、耐高温、耐磨等优点。颗粒增强铝基复合材料作为高性能结构材料，广泛用于制造航天器结构件、飞机零部件、汽车零部件、微波电路插件、导航系统精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。颗粒增强铝基复合材料的制备方法目前主要有搅拌铸造和粉末冶金方法，颗粒增强相有SiC、Al₂O₃、B₄C等。

钨是一种银白色、有光泽、体心立方结构的金属，具有熔点高、化学性质稳定的特性。将金属钨加入到铝或铝合金中，利用金属钨的熔点高和化学性质稳定的特性，可增强铝及铝合金的强度、耐磨性和耐热性能等，有望发展一种新型的铝基复合材料。但是金属钨与铝及铝合金之间的熔点、密度都差别很大（钨的熔点为3422℃、密度为19.35g/cm3，铝及铝合金的熔点通常为580~650℃、密度为2.7~2.9g/cm3），因此，采用常规的合金熔铸方法或搅拌铸造方法都很难将金属钨均匀加入到铝或铝合金当中形成钨粉增强铝基复合材料。

采用粉末冶金方法制备钨粉增强铝基复合材料，首先需要将铝或铝合金雾化成粉，然后将钨粉与铝或铝合金粉混合，先制成预制坯，经真空脱气和加热后，再通过挤压、锻造等二次加工，最后得到钨粉增强铝基复合材料。粉末冶金方法的缺点是生产工序多、工艺流程长、成本高。另外，由于钨粉的密度大、粒径小，钨粉容易发生团聚，钨粉与铝及铝合金粉很难混合均匀，因此，粉末冶金方法同样很难获得钨粉均匀分布的钨粉增强铝基复合材料。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种工艺简单、使用效果好、生产成本低，可以获得钨粉均匀分布的钨粉增强铝基复合材料的制备方法及装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的钨粉增强铝基复合材料的制备方法，其特点是包括如下步骤：

1）在铝或铝合金液雾化喷射沉积装置的高压惰性气体输入管上安装钨粉定量供应装置；

2）确定钨粉的粒径、供应量以及铝或铝合金液的雾化喷射沉积工艺参数，其中钨粉的粒径≤2μm，钨粉的供应量为10～30g/min，铝或铝合金液的喷射沉积流量为90～170g/min，铝或铝合金液的雾化温度为750～800℃，高压惰性气体采用氮气或氩气且压力为6～9MPa；

3）利用高压惰性气体为载流介质，将钨粉定量供应装置提供的钨粉喷射到由铝或铝合金液雾化喷射沉积装置形成的铝或铝合金微液滴的表面，而使钨粉分散粘附在铝或铝合金微液滴的表面再一起喷射沉积到基板上，凝固后得到钨粉增强铝基复合材料。

本发明所述的钨粉增强铝基复合材料的制备装置，包括铝或铝合金液雾化喷射沉积装置，其特点是所述铝或铝合金液雾化喷射沉积装置的高压惰性气体输入管上安装有钨粉定量供应装置。

其中，上述钨粉定量供应装置包括钨粉罐、直流电机、与直流电机相连接的减速器、与减速器相连接的螺杆式定量供应器，其中所述钨粉罐与螺杆式定量供应器相连通，所述螺杆式定量供应器与高压惰性气体输入管相连通且通过直流电机的带动旋转而实现钨粉的定量供应。

上述铝或铝合金液雾化喷射沉积装置包括用于装载铝或铝合金液的中间包、开设在中间包底部的导流管、位于导流管外侧的雾化喷嘴、与雾化喷嘴相连通的高压惰性气体输入管及位于中间包的底面上且通过导流管与中间包相连通的雾化室。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1、本发明利用高压惰性气体为载流介质将钨粉喷射到铝或铝合金微液滴的表面，而使钨粉分散粘附在铝或铝合金微液滴的表面，这样便有效地防止了钨粉发生团聚，解决了现有技术中存在的钨粉难以分散均匀的问题，从而可以获得钨粉均匀分布的使用寿命长的钨粉增强铝基复合材料；

2、本发明利用高压惰性气体为载流介质将钨粉直接喷射到铝或铝合金微液滴的表面后再一起喷射沉积到基板上凝固形成钨粉增强铝基复合材料，相比于传统的粉末冶金方法，本发明的生产工序明显减少，工艺流程明显缩短，可有效降低钨粉增强铝基复合材料的生产成本；

3、本发明通过直流电机带动螺杆式定量供应器旋转实现对钨粉的定量供应，既能准确控制钨粉的加入量，又能方便地调节钨粉的加入量，从而可获得不同钨粉含量的钨粉增强铝基复合材料。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的制备装置结构示意图。

图2为本发明所述钨粉定量供应装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图2所示，本发明所述的钨粉增强铝基复合材料的制备装置，包括铝或铝合金液雾化喷射沉积装置1，该铝或铝合金液雾化喷射沉积装置1包括用于装载铝或铝合金液3的中间包11、开设在中间包11底部的导流管12、位于导流管12外侧的用于喷吹高压惰性气体的雾化喷嘴13、与雾化喷嘴13相连通的高压惰性气体输入管14及位于中间包11的底面上且通过导流管12与中间包11相连通的雾化室15。其中，在铝或铝合金液雾化喷射沉积装置1的高压惰性气体输入管14上安装有钨粉定量供应装置2。而且，该钨粉定量供应装置2包括钨粉罐21、直流电机22、与直流电机22相连接的减速器23、与减速器23相连接的螺杆式定量供应器24，其中所述钨粉罐21的底部与螺杆式定量供应器24相连通，所述螺杆式定量供应器24与高压惰性气体输入管14相连通且通过直流电机22的带动旋转而实现钨粉4的定量供应。

本发明所述的钨粉增强铝基复合材料的制备方法，采用如图1所示的制备装置，先在铝或铝合金液雾化喷射沉积装置1的高压惰性气体输入管14上设计安装钨粉定量供应装置2，然后将制备好的铝或铝合金液3转移到铝或铝合金液雾化喷射沉积装置1的中间包11内，输入高压惰性气体5，启动直流电机22，通过直流电机22带动螺杆式定量供应器24旋转而将钨粉4定量供应到高压惰性气体输入管14内，铝或铝合金液3通过导流管12向下流出，在高压惰性气体5的喷吹作用下，铝或铝合金液3在雾化室15内被雾化形成为铝或铝合金微液滴，同时利用高压惰性气体5为载流介质，将钨粉4喷射到铝或铝合金微液滴的表面，钨粉分散粘附在铝或铝合金微液滴的表面后与铝或铝合金微液滴一起喷射沉积到位于雾化室15内的基板16上，待凝固后得到钨粉增强铝基复合材料6，其中采用的主要参数为：

（1）钨粉的粒径：≤2μm；

（2）钨粉的供应量：10～30g/min；

（3）铝或铝合金液的喷射沉积流量：90～170g/min；

（4）铝或铝合金液的雾化温度：750～800℃；

（5）高压惰性气体：氮气或氩气；

（6）高压惰性气体的压力：6～9MPa。

实施例1：

采用本发明制备钨粉质量比含量为15%的纯铝基复合材料，图1和图2为所用装置的结构示意图，制备方法如下：

在中频感应炉内加热熔化工业纯铝锭并过热至750℃，用六氯乙烷对纯铝液进行精炼、扒渣后，将纯铝液转移到铝或铝合金液雾化喷射沉积装置的中间包内，输入高压氮气，启动直流电机，通过直流电机带动螺杆式定量供应器旋转而将钨粉定量供应到高压惰性气体输入管内，纯铝液通过导流管向下流出，在高压惰性气体的喷吹作用下，纯铝液雾化成纯铝微液滴，同时利用高压惰性气体为载流介质，将钨粉喷射到纯铝微液滴的表面，而使钨粉分散粘附在纯铝微液滴的表面，然后一起喷射沉积到基板上，凝固后得到钨粉质量比含量为15%的钨粉增强纯铝基复合材料，其中采用的主要参数为：

（1）钨粉的粒径：≤2μm；

（2）钨粉的供应量：30g/min；

（3）纯铝液的喷射沉积流量：170g/min；

（4）纯铝液的雾化温度：750℃；

（5）高压惰性气体：氮气；

（6）高压惰性气体的压力：9MPa。

实施例2：

采用本发明制备钨粉质量比含量为10%的6063铝合金基复合材料，图1和图2为所用装置的结构示意图，制备方法如下：

在中频感应炉内加热熔化工业纯铝锭并过热至800℃，然后加入质量百分比含量为0.6%的工业纯镁锭和0.45%的工业纯硅，搅拌熔化成6061铝合金液，用六氯乙烷对6061铝合金液进行精炼、扒渣后，将6061铝合金液转移到铝或铝合金液雾化喷射沉积装置的中间包内，输入高压氩气，启动直流电机，通过直流电机带动螺杆式定量供应器旋转而将钨粉定量供应到高压惰性气体输入管内，6061铝合金液通过导流管向下流出，在高压惰性气体的喷吹作用下，6061铝合金液雾化成铝合金微液滴，同时利用高压惰性气体为载流介质，将钨粉喷射到6061铝合金微液滴的表面，而使钨粉分散粘附在6061铝合金微液滴的表面，然后一起喷射沉积到基板上，凝固后得到钨粉质量比含量为10%的钨粉增强6061铝合金基复合材料，其中采用的主要参数为：

（1）钨粉的粒径：≤2μm；

（2）钨粉的供应量：10g/min；

（3）6061铝合金液的喷射沉积流量：90g/min；

（4）6061铝合金液的雾化温度：800℃；

（5）高压惰性气体：氩气；

（6）高压惰性气体的压力：6MPa。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims

1.一种钨粉增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）在铝或铝合金液雾化喷射沉积装置（1）的高压惰性气体输入管（14）上安装钨粉定量供应装置（2）；

3）利用高压惰性气体为载流介质，将钨粉定量供应装置（2）提供的钨粉喷射到由铝或铝合金液雾化喷射沉积装置（1）形成的铝或铝合金微液滴的表面，而使钨粉分散粘附在铝或铝合金微液滴的表面再一起喷射沉积到基板（16）上，凝固后得到钨粉增强铝基复合材料。

2.一种用于实现如上述权利要求1所述制备方法的钨粉增强铝基复合材料的制备装置，包括铝或铝合金液雾化喷射沉积装置（1），其特征在于所述铝或铝合金液雾化喷射沉积装置（1）的高压惰性气体输入管（14）上安装有钨粉定量供应装置（2）。

3.根据权利要求2所述的钨粉增强铝基复合材料的制备装置，其特征在于上述钨粉定量供应装置（2）包括钨粉罐（21）、直流电机（22）、与直流电机（22）相连接的减速器（23）、与减速器（23）相连接的螺杆式定量供应器（24），其中所述钨粉罐（21）与螺杆式定量供应器（24）相连通，所述螺杆式定量供应器（24）与高压惰性气体输入管（14）相连通且通过直流电机（22）的带动旋转而实现钨粉的定量供应。