一种金属基复合材料的制备装置的制作方法

本实用新型涉及这一种金属基复合材料的制备装置，属于复合材料制备领域。

背景技术：

金属基复合材料的制备通常采用粉末冶金工艺，将金属基体与增强体通过球磨、分子级共混、共沉淀、喷雾热解和静电吸附等方法优先制备出复合粉体，然后通过烧结致密化得到复合块体材料，但是这种方法制备出来的复合材料致密度有限，例如：通常得到的铜基复合材料致密度在只有95-98%左右，其中含有近2-5%的孔隙，从而严重影响铜材料的导电导热性。另外，采用传统熔炼铸造的方法可以制备出接近全致密的铜材料，但是强度和高温稳定性较差，若要通过熔炼的方法加入增强体难度较高，首先铜原子和增强相之间的润湿性较差，界面之间很难形成有效结合；其次铜与增强体之间的物理化学性质相差较大，在熔炼过程中难免出现偏析，导致材料显微组织不均匀和宏观性能不稳定等缺点。压铸工艺虽然可以在短时快速实现金属材料的成形，但是少不了熔炼的过程，同样存在上述的缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型结合粉末冶金和传统压铸工艺的特点，开发出一种能够较好的制备金属基复合材料的装置，可以同时解决增强体在熔炼过程中产生偏析和粉末冶金过程中致密化不充分的缺陷，为金属基复合材料的制备提供了一种新的思路和生产装置。

一种金属基复合材料的制备装置，包括液压泵1、活塞ⅰ2、熔炼炉3、支管道ⅰ4、止逆阀ⅰ5、止逆阀ⅱ6、活塞ⅱ8、气动泵9、模具腔体10、止逆阀ⅲ11、主管道12、支管道ⅱ13、加料口15、保温层；

液压泵1输出端与活塞ⅰ2一端连接，活塞ⅰ2另一端位于主管道12内，主管道12另一端与模具腔体10内部联通，模具腔体10内部入口处设置止逆阀ⅲ11；

支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13外部包覆保温层，保温层内设置电加热管，主管道12两侧联通一根以上的支管道ⅰ4、一根以上的支管道ⅱ13，支管道ⅰ4比支管道ⅱ13更靠近活塞ⅰ2；

支管道ⅰ4与主管道12联通处设置止逆阀ⅰ5，支管道ⅰ4与熔炼炉3联通；支管道ⅱ13与主管道12联通处设置止逆阀ⅱ6，支管道ⅱ13另一端设置活塞ⅱ8，活塞ⅱ8另一端与气动泵9连接，支管道ⅱ13上设有加料口15。

所述装置还包括多个紊流器16，多个紊流器16设置在主管道12内壁，紊流器16位于支管道ⅱ13和模具腔体10之间，比支管道ⅰ4和支管道ⅱ13更靠近模具腔体10，紊流器16可以促进金属流体与增强体的均匀混合。

所述装置还包括红外测距仪17，红外测距仪17设置在活塞ⅱ8与气动泵9连接的一端，用于检测活塞ⅱ8与气动泵9的距离，可以得出活塞ⅱ8的推进长度。

所述装置还包括刻度尺14，刻度尺14设置在支管道ⅱ13外部，用于测量活塞ⅱ8的推进长度。

所述装置还包括真空阀7，真空阀7与支管道ⅱ13联通。

所述支管道ⅰ4与主管道12之间的夹角为α，为0﹤α≤90°，支管道ⅱ13与主管道12之间的夹角为θ，为0﹤θ≤90°，倾斜时，支管道ⅰ4管口向下倾斜，支管道ⅱ13管口向上倾斜。

所述装置还包括多个温度传感器，分别设置在支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13中。

所述装置还包括控制器，控制器与液压泵1、止逆阀ⅰ5、止逆阀ⅱ6、气动泵9、止逆阀ⅲ11、紊流器16、红外测距仪17、温度传感器、保温层内的电加热管连接。

本实用新型的有益效果：

制备出来的复合材料致密度高，增强体分散均匀，该装置结构简单，操作方便，灵活耐用，适用于所有金属和增强体，适合工业化生产。

附图说明

图1为实施例装置的结构示意图；

图中，1-液压泵；2-活塞ⅰ；3-熔炼炉；4-支管道ⅰ；5-止逆阀ⅰ；6-止逆阀ⅱ；7-真空阀；8-活塞ⅱ；9-气动泵；10-模具腔体；11-止逆阀ⅲ；12-主管道；13-支管道ⅱ；14-刻度尺；15-加料口；16-紊流器；17-红外测距仪。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

一种金属基复合材料的制备装置，包括液压泵1、活塞ⅰ2、熔炼炉3、支管道ⅰ4、止逆阀ⅰ5、止逆阀ⅱ6、真空阀7、活塞ⅱ8、气动泵9、模具腔体10、止逆阀ⅲ11、主管道12、支管道ⅱ13、刻度尺14、加料口15、多个紊流器16、加料口15、三个温度传感器、保温层；

液压泵1输出端与活塞ⅰ2一端连接，活塞ⅰ2另一端位于主管道12内，液压泵1推动活塞ⅰ2在主管道12内行进，主管道12另一端与模具腔体10内部联通，模具腔体10内部入口处设置止逆阀ⅲ11；

支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13外部包覆保温层，保温层内设置电加热管，主管道12两侧联通一根支管道ⅰ4、一根支管道ⅱ13，支管道ⅰ4比支管道ⅱ13更靠近活塞ⅰ2；

支管道ⅰ4与主管道12联通处设置止逆阀ⅰ5，支管道ⅰ4与熔炼炉3联通；支管道ⅱ13与主管道12联通处设置止逆阀ⅱ6，支管道ⅱ13另一端设置活塞ⅱ8，活塞ⅱ8另一端与气动泵9连接，气动泵9推动活塞ⅱ8在支管道ⅱ13内行进，支管道ⅱ13上设有加料口15；三个紊流器16设置在主管道12内壁上，紊流器16位于支管道ⅱ13和模具腔体10之间，比支管道ⅰ4和支管道ⅱ13更靠近模具腔体10且位置均匀，紊流器16可以促进流体与增强体的均匀混合，刻度尺14设置在支管道ⅱ13外部，用于测量活塞ⅱ8的推进长度，真空阀7与支管道ⅱ13联通，可以对支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13、模具腔体10抽真空，支管道ⅰ4与主管道12之间的夹角为α，α=90°，支管道ⅱ13与主管道12之间的夹角为θ，θ=90°，活塞ⅰ2端部、支管道ⅰ4内壁、止逆阀ⅰ5、止逆阀ⅱ6、活塞ⅱ8端部、模具腔体10、止逆阀ⅲ11、主管道12内壁、支管道ⅱ13内壁、多个紊流器16均为耐高温材质，支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13中分别设置温度传感器，主管道12竖直设置，从下往上分别是活塞ⅰ2、支管道ⅰ4、支管道ⅱ13、紊流器16、模具腔体10。

实施例2

在实施例1的基础上，还设置了红外测距仪17、控制器，红外测距仪17设置在活塞ⅱ8与气动泵9连接的一端，用于检测活塞ⅱ8与气动泵9的距离，可以得出活塞ⅱ8的推进长度，控制器与控制器与液压泵1、止逆阀ⅰ5、止逆阀ⅱ6、气动泵9、止逆阀ⅲ11、紊流器16、红外测距仪17、温度传感器、保温层内的电加热管开关连接，止逆阀ⅰ5、止逆阀ⅱ6、止逆阀ⅲ11可以是电磁单向阀，主管道12两侧联通1根支管道ⅰ4、2根支管道ⅱ13，紊流器16的数量为5个，支管道ⅰ4与主管道12之间的夹角为α，α=30°，支管道ⅱ13与主管道12之间的夹角为θ，θ=45°，倾斜时，支管道ⅰ4管口向下倾斜，支管道ⅱ13管口向上倾斜，其他部件及位置关系与实施例1相同。

实施例3

在实施例2的基础上，主管道12两侧联通2根支管道ⅰ4、2根支管道ⅱ13，紊流器16的数量为4个，支管道ⅰ4与主管道12之间的夹角为α，α=45°，支管道ⅱ13与主管道12之间的夹角为θ，θ=60°，倾斜时，支管道ⅰ4管口向下倾斜，支管道ⅱ13管口向上倾斜，其他部件及位置关系与实施例2相同。

实施例4

采用实施例1的装置，制备al2o3增强的镁基复合材料，镁的体积分数为95%，具体步骤如下：

（1）打开止逆阀ⅰ5、止逆阀ⅱ6、止逆阀ⅲ11，通过真空阀7对支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13、模具腔体10内抽真空，按照比例将镁放置在熔炼炉3中进行熔炼，将al2o3粉体从加料口15加入到支管道ⅱ13中；

（2）将熔化后的镁液加入到支管道ⅰ4中，镁液快速流入到主管道12中，同时启动液压泵1和气动泵9，液压泵1推动活塞ⅰ2，活塞ⅰ2将流入主管道12中的镁液推向模具腔体10的方向，同时气动泵9推动活塞ⅱ8，活塞ⅱ8将支管道ⅱ13中的al2o3粉体推入主管道12中，与活塞ⅰ2推动的镁液混合后一起进入模具腔体10内，从刻度尺14可以读出活塞ⅱ8的推进深度，进而得出al2o3粉体的加入量，同时温度传感器显示支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13内的温度，当温度降低时，保温层内的加热管要进行加热，混合物全部推进模具腔体10后关闭液压泵1、气动泵9、紊流器16，混合物在模具腔体10内冷却后得到al2o3增强的镁基复合材料，材料混合均匀性好。

实施例5

采用实施例2的装置，制备碳量子点和石墨烯增强的铜基复合材料，其中铜的体积分数为98%，碳量子点的体积分数为1%，石墨烯的体积分数为1%，具体步骤如下：

（1）控制器打开止逆阀ⅰ5、止逆阀ⅱ6、止逆阀ⅲ11，通过真空阀7对支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13、模具腔体10内抽真空，之后控制器关闭真空阀7，按照比例将铜放置在熔炼炉3中进行熔炼，将碳量子点和石墨烯增强分别加入到两根支管道ⅱ13中；

（2）将熔化后的铜液加入到支管道ⅰ4中，铜液快速流入到主管道12中，同时启动液压泵1和气动泵9，液压泵1推动活塞ⅰ2，活塞ⅰ2将流入主管道12中的铜液推向模具腔体10的方向，同时气动泵9推动活塞ⅱ8，活塞ⅱ8将支管道ⅱ13中的碳量子点和石墨烯推入主管道12中，与活塞ⅰ2推动的铜液混合后一起进入模具腔体10内，可以铜液和增强材料（碳量子点和石墨烯）分批次推入，也可以每次都一次性推入，红外测距仪17检测到活塞ⅱ8的推进量，当活塞ⅱ8行进达到混合要求后，将信号反馈给控制器，控制器关闭气动泵9，同时温度传感器显示支管道ⅰ4、主管道12、支管道ⅱ13内的温度，当温度降低时，控制器启动保温层内的加热管道要进行加热，混合物全部进入模具腔体10后，液压泵1关闭，液压泵1关闭后信号反馈给控制器，控制器关闭紊流器16，从刻度尺14可以读出活塞ⅱ8的推进深度，与红外测距仪17同时监测活塞ⅰ2的推进量，进而监测碳量子点和石墨烯的添加量，混合物在模具腔体10内冷却后得到碳量子点和石墨烯增强的铜基复合材料，材料混合均匀性好。

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