自生增強體的高頻磁場法細化工藝的製作方法
2023-05-09 02:09:21 1
專利名稱：自生增強體的高頻磁場法細化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種自生徑向梯度複合材料的製備工藝，特別是一種自生增強體的高頻磁場法細化工藝，屬於複合材料領域。
背景技術：
在自生金屬基複合材料的研究領域中，增強體的細化一直都是十分重要的問題。目前有關的細化方法包括化學方法和物理方法，但上述方法都只能對合金熔體的整體進行處理，難以對鑄件某一特殊部位進行針對性的細化處理，這不僅造成細化元素的浪費，而且也難以在增強體聚集的區域同時產生細化元素的聚集，增強顆粒的細化效果大大降低，因而上述方法在某些場合的應用將要受到限制。特別是在自生徑向梯度複合材料的製備過程中，自生增強體因電磁分離作用偏聚在鑄件的表層，由於細化元素不能因增強體的聚集而同時聚集在鑄件的表層，因而增強顆粒仍會比較粗大，限制梯度複合材料表面性能的提高。
經文獻檢索發現，在有關感生高頻磁場的研究，發表在《金屬學報》，2001，37(4)405～410上的「利用高頻磁場分離Al熔體中的非金屬夾雜」一文，發現磁場對材料表面具有顯著的加熱效應。但目前的研究主要集中在熔體的電磁淨化方面，仍未有利用這種現象進行表面細化方面的研究。若能同時實現對自生增強顆粒的偏聚與細化，顯然可以生產表面性能更加優異的自生梯度複合材料。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種自生增強體的高頻磁場法細化工藝，通過合理控制高頻磁場對材料表面區域的加熱效應，對鑄件表面添加高含量的細化元素，造成自生偏聚增強體處於更強的細化環境中，從而進一步抑制表面增強體的長大，製備表面性能更加優異的自生梯度複合材料。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明在管狀鑄型的內表面塗敷一層含有細化元素的塗層，然後在合金液澆注成型的過程中，首先利用感生高頻磁場材料表面的加熱效應，營造材料表面的細化環境；而後降低高頻磁場對材料的加熱效應，增強感生高頻磁場對自生增強體的偏聚效應，遷移並重熔增強體至一定的程度；最後，使材料冷卻凝固，獲得表面性能優異的自生梯度複合材料。
以下對本發明作進一步的描述，工藝步驟具體如下(1)在電阻爐加熱的石墨坩堝中熔融自生複合材料，熔融溫度高於複合材料液相線溫度50～150℃；(2)待覆合材料完全熔化後，澆注放置於感生高頻磁場線圈中的SiC棒狀鑄型，鑄型內表面塗敷含有細化元素的塗層，厚度為1～2mm。鑄型預熱溫度為290～310℃，此時高頻磁場已開啟，功率為10kw。
(3)當合金液於這種感生高頻磁場中停留10～60秒後，可完成細化元素的熔入過程。此時可適當降低感生高頻磁場的供電功率至2～5Kw，開始對自生增強體產生偏聚作用。
(4)維持這種功率作用20～60秒，利用SiC鑄造模具自帶的溫度測量裝置，根據不同的自生複合材料控制感生高頻磁場的施加溫度範圍，一般在固液兩相區內，以完成對聚集增強體及表面細化元素的重熔作用。
(5)終止高頻磁場作用，待材料凝固成型後，取出即可。
感生高頻磁場作用方式存在突出的變化形式，具體為先以高供電功率10kw的感生高頻磁場完成對表面細化環境的營造，時間為10～60秒，然後以低供電功率2～5kw的感生高頻磁場完成對自生增強體的偏聚過程，時間為20～60秒。細化元素塗層的厚度為1～2mm，同時細化元素塗層以中間合金或複合鹽類形式添加。
本發明具有實質性特點和顯著進步，能夠在自生梯度複合材料的形成過程中針對性地完成表面偏聚增強體的細化，增加細化元素對增強體的跟隨性，提高自生梯度複合材料的表面性能，節約製備成本。
具體實施例方式
結合本發明的內容提供以下實施例實施例一利用Al-15％Mg2Si-5％Si複合材料製備進行高頻磁場法細化處理操作，合金熔化溫度800℃。管狀鑄型內表面塗敷Al-10％Ce-10％Sr中間合金粉層，厚度為2mm。澆注時鑄型預熱溫度為297℃。澆注時高頻線圈的功率為10kw，利用SiC鑄造模具自帶的溫度測量裝置實時測量材料的溫度。從澆注完畢開始計時，感生高頻磁場作用15秒後，鑄件表面的溫度達673℃；此時降低感生高頻線圈的功率至5kw，在560～580℃之間作用40秒，終止高頻磁場對鑄件的作用，獲得聚集於鑄件表面的細小增強顆粒。
實施例二利用Al-15％Mg2Si-5％Si複合材料製備進行高頻磁場法細化處理操作，合金熔煉溫度800℃。管狀鑄型內表面塗敷CeF及SrCO3複合鹽層，厚度為1mm。澆注時鑄型預熱溫度為306℃。澆注時高頻線圈的功率為10kw，利用SiC鑄造模具自帶的溫度測量裝置實時測量材料的溫度。從澆注完畢開始計時，感生高頻磁場作用25秒後，鑄件表面的溫度達691℃；此時降低感生高頻線圈的功率至4kw，在560～580℃之間作用20秒，終止高頻磁場對鑄件的作用，獲得聚集於鑄件表面的細小增強顆粒。
實施例三利用Al-24％Si複合材料製備進行高頻磁場法細化處理操作，合金熔化溫度800℃。管狀鑄型內表面塗敷Al-10％Ce中間合金粉層，厚度為1.5mm。澆注時鑄型預熱溫度為284℃。澆注時高頻線圈的功率為10kw，利用SiC鑄造模具自帶的溫度測量裝置實時測量材料的溫度。從澆注完畢開始計時，感生高頻磁場作用50秒後，鑄件表面的溫度達723℃；此時降低感生高頻線圈的功率至2kw，在600～650℃之間作用60秒，終止高頻磁場對鑄件的作用，獲得聚集於鑄件表面的細小增強顆粒。
權利要求
1.一種自生增強體的高頻磁場法細化工藝，其特徵在於，在管狀鑄型的內表面塗敷一層含有細化元素的塗層，然後在合金液澆注成型的過程中，首先利用感生高頻磁場材料表面的加熱效應，營造材料表面的細化環境，而後降低高頻磁場對材料的加熱效應，增強感生高頻磁場對自生增強體的偏聚效應，遷移並重熔增強體，最後，使材料冷卻凝固，獲得表面性能優異的自生梯度複合材料。
2.根據權利要求1所述的自生增強體的高頻磁場法細化工藝，其特徵是，方法步驟如下(1)在電阻爐加熱的石墨坩堝中熔融自生複合材料，熔融溫度高於複合材料液相線溫度50～150℃；(2)待覆合材料完全熔化後，澆注放置於感生高頻磁場線圈中的SiC棒狀鑄型，此時高頻磁場已開啟，功率為10kw；(3)當合金液於這種感生高頻磁場中停留10～60秒後，完成細化元素的熔入過程，此時降低感生高頻磁場的供電功率至2～5Kw，開始對自生增強體產生偏聚作用；(4)維持這種功率作用20～60秒，利用SiC鑄造模具自帶的溫度測量裝置，根據各自生複合材料控制感生高頻磁場的施加溫度範圍，在固液兩相區內，完成對聚集增強體及表面細化元素的重熔作用；(5)終止高頻磁場作用，待材料凝固成型後，取出即可。
3.根據權利要求1或2所述的自生增強體的高頻磁場法細化工藝，其特徵是，在鑄型內表面塗敷含有細化元素的塗層，厚度為1～2mm，鑄型預熱溫度為290～310℃。
4.根據權利要求1或2所述的自生增強體的高頻磁場法細化工藝，其特徵是，高頻磁場作用方式存在突出的變化形式，具體為先以高供電功率10kw的高頻磁場完成對表面細化環境的營造，時間為10～60秒，然後以低供電功率2～5kw的高頻磁場完成對自生增強體的偏聚過程，時間為20～60秒。
5.根據權利要求1或2所述的自生增強體的高頻磁場法細化工藝，其特徵是，細化元素塗層的厚度為1～2mm，細化元素塗層以中間合金或複合鹽類形式添加。
全文摘要
一種自生增強體的高頻磁場法細化工藝，屬於複合材料領域。本發明在管狀鑄型的內表面塗敷一層含有細化元素的塗層，然後在合金液澆注成型的過程中，首先利用感生高頻磁場對材料表面產生的加熱效應，營造材料表面的細化環境，而後降低高頻磁場對材料的加熱效應，增強感生高頻磁場對自生增強體的偏聚效應，遷移並重熔增強體，最後，使材料冷卻凝固，獲得表面性能優異的自生梯度複合材料。本發明能夠在自生梯度複合材料的形成過程中針對性地完成表面偏聚增強體的細化，增加細化元素對增強體的跟隨性，提高自生梯度複合材料的表面性能，節約製備成本。
文檔編號B22D27/02GK1472021SQ0312939
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月19日 優先權日2003年6月19日
發明者李赤楓, 王俊, 疏達, 李克, 孫寶德 申請人:上海交通大學