鋁鋰合金的噴射成形保護(hù)系統(tǒng)、噴射成形系統(tǒng)及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于鋁鋰合金噴射成形熔煉裝置的惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)、設(shè)有所述保護(hù)系統(tǒng)的噴射成形系統(tǒng)以及利用該噴射成形系統(tǒng)制備鋁鋰合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金中每添加1%的Li可使合金密度降低3%而彈性模量提高6%，并可保證合金在淬火和人工時(shí)效后硬化效果良好，鋁鋰合金具有低密度、高彈性模量、高比強(qiáng)度、高比剛度、優(yōu)良的耐低溫性能和超塑成形性能等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是新世紀(jì)航空航天領(lǐng)域最重要的結(jié)構(gòu)材料。
[0003]傳統(tǒng)的鑄造法制備鋁鋰合金，由于鋰非?；顫?，在大氣中極易氧化，使得鑄造過(guò)程中鋰的燒損量很大，鋰的成分很難控制，氧化物不易排除，同時(shí)溶體容易吸氫，產(chǎn)生夾雜物和氣孔，材料的性能，尤其是韌性減低嚴(yán)重。特別是，鑄造過(guò)程中的偏析問(wèn)題限制了鋰在合金中的含量，最高只能達(dá)到2.7wt%，難以滿足對(duì)輕型合金的要求，從而限制了合金密度的進(jìn)一步降低。
[0004]粉末冶金法通過(guò)粉末制取-粉末成形-粉末燒結(jié)過(guò)程制備合金，是一種能制備復(fù)雜形狀近凈形產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，也是生產(chǎn)Al-Li合金的重要方法，已開發(fā)出多種不同的生產(chǎn)工藝(如高溫?zé)Y(jié)、復(fù)壓復(fù)燒、粉末鍛造、熱等靜壓、噴射成形、急冷快速凝固制粉等)。其中快速凝固技術(shù)使Al-Li合金中的Li含量增加，大幅度降低了合金的密度。耐高溫快速凝固Al-Li合金中含有不溶性的過(guò)渡族元素和稀土元素，可生成穩(wěn)定的彌散相，有助于合金強(qiáng)韌化。由于冷卻速度較高(可達(dá)103°C /s)，大大提高了合金元素的固溶度，使微觀組織均勻細(xì)小，減少了偏析，從而改善了合金塑性，提高了合金強(qiáng)度。但該工藝同樣由于鋰的高活潑性、在粉末制備、燒結(jié)等過(guò)程中存在困難，同時(shí)粉末冶金存在流程長(zhǎng)、粉末易氧化、成本高等問(wèn)題，特別是在制備超大型結(jié)構(gòu)材料時(shí)，粉末冶金法受到很大限制。
[0005]噴射成形技術(shù)是日前新出現(xiàn)的一種制備高強(qiáng)度鋁合金及其復(fù)合材料的理想方法，是繼鑄造冶金和粉末冶金技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的快速凝固材料制備新技術(shù)，能夠獲得具有快速凝固特征組織的基體合金，同時(shí)克服了鑄造冶金和粉末冶金制坯的不足，材料組織均勻、無(wú)偏析，可實(shí)現(xiàn)凈近成形。
[0006]但現(xiàn)有的噴射成形技術(shù)通常采用中頻感應(yīng)熔煉或電阻熔煉技術(shù)提供噴射所需熔體，針對(duì)鋁鋰合金熔煉過(guò)程中，難以避免由于鋰元素的高活潑性而導(dǎo)致的燒損甚至鋰與水氣等反應(yīng)氣體接觸而發(fā)生燃燒爆炸的危險(xiǎn)，因此噴射成形制備鋁鋰合金材料一直受到制約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有噴射成形設(shè)備使用過(guò)程中，中間合金活潑，在大氣中極易氧化，使得鑄造過(guò)程中，成分難以控制，氧化物不易清除的不足，提供一種適用于噴射成形熔煉裝置的鋁鋰合金的噴射成形保護(hù)系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝方便，操作性好，生產(chǎn)出的復(fù)合材料產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異的噴射成形系統(tǒng)，所述噴射成形系統(tǒng)設(shè)置有本發(fā)明提供的噴射成形保護(hù)系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便、易實(shí)現(xiàn)高鋰含量的鋁鋰合金制備方法。
[0010]本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
提供一種鋁鋰合金的噴射成形保護(hù)系統(tǒng)，所述鋁鋰合金使用噴射成型熔煉裝置、霧化室和霧化噴槍制得，所述噴射成形熔煉裝置包括中間合金熔煉爐和基體合金熔煉爐；所述中間合金熔煉爐中設(shè)置有中間合金熔煉爐坩禍，所述基體合金熔煉爐中設(shè)有基體合金熔煉爐坩禍；所述噴射成形保護(hù)系統(tǒng)包括在所述中間合金熔煉爐、基體合金熔煉爐和霧化室設(shè)置的密封結(jié)構(gòu)，分別與所述中間合金熔煉爐和基體合金熔煉爐通過(guò)管路連通的真空栗及惰性氣體儲(chǔ)氣罐，輸送管道一和輸送管道二；所述輸送管道一連通中間合金熔煉爐和基體合金熔煉爐，所述輸送管道二連通基體合金熔煉爐和霧化噴槍；所述輸送管道一上安裝有閥門，所述管路上均安裝有氣閥；將真空栗與中間合金熔煉爐連通的管路稱為管路一，將惰性氣體儲(chǔ)氣罐與中間合金熔煉爐連通的管路稱為管路二，將真空栗與基體合金熔煉爐連通的管路成為管路三，將惰性氣體儲(chǔ)氣罐與基體合金熔煉爐連通的管路稱為管路四。
[0011]所述真空栗及惰性氣體儲(chǔ)氣罐可以為一套，設(shè)置若干連接口分別與所述中間合金熔煉爐和基體合金熔煉爐連通；所述真空栗及惰性氣體儲(chǔ)氣罐也可以為若干套，其中一套與所述中間合金熔煉爐連通，另一套與所述基體合金熔煉爐連通。
[0012]進(jìn)一步地，所述輸送管道一上的閥門為流量閥。
[0013]進(jìn)一步地，所述中間合金熔煉爐的密封結(jié)構(gòu)為密封中間合金熔煉爐坩禍的密封蓋板；
所述基體合金熔煉爐的密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于基體合金熔煉爐坩禍外的密封筒和密封所述密封筒的密封蓋；所述輸送管道一的一端貫通所述密封蓋板伸入中間合金熔煉爐坩禍內(nèi)，另一端貫通密封筒的密封蓋伸入基體合金熔煉爐坩禍內(nèi)；
所述輸送管道二的一端貫通密封筒的密封蓋伸入基體合金熔煉爐坩禍內(nèi)，另一端連通霧化噴槍；
所述貫通的接口處密封。
[0014]進(jìn)一步地，所述輸送管道一和/或輸送管道二上分別包覆有加熱裝置。
[0015]本發(fā)明同時(shí)提供一種噴射成形系統(tǒng)，包括噴射成形熔煉裝置、霧化室、霧化噴槍和噴射成形保護(hù)系統(tǒng)。具體地，所述噴射成形系統(tǒng)包括中間合金熔煉爐、基體合金熔煉爐、霧化噴槍和霧化室，中間合金熔煉爐通過(guò)輸送管道一與基體合金熔煉爐連通，基體合金熔煉爐通過(guò)輸送管道二與霧化噴槍連通；中間合金熔煉爐和基體合金熔煉爐上分別通過(guò)管路連通有真空栗和儲(chǔ)氣罐；所述管路上均設(shè)置有氣閥；所述輸送管道一上安裝有閥門；所述儲(chǔ)氣罐中為惰性氣體；所述霧化室密封。
[0016]本發(fā)明所述噴射成形系統(tǒng)使得鋁鋰合金在成形過(guò)程中，因系統(tǒng)內(nèi)部全程受到惰性氣體的保護(hù)，使得其中的鋰很好的避免了與空氣和水蒸氣的接觸，避免了被氧化，使得鑄造過(guò)程中，鋰元素的成分易于控制，保證了噴射成形獲得的鋁鋰合金低密度，性能穩(wěn)定，符合輕型合金的要求。中間合金熔煉爐、基體合金熔煉爐和霧化噴槍通過(guò)管道連通，向中間合金熔煉爐中通入惰性氣體可將中間合金熔體壓入基體合金熔煉爐中；打開基體合金熔煉爐上儲(chǔ)氣罐的氣閥，系統(tǒng)中的其他閥關(guān)閉，通入儲(chǔ)氣罐中的惰性氣體可將基體合金熔煉爐中的熔體壓入霧化室。本發(fā)明利用惰性氣體的性能保護(hù)金屬元素(如鋰)不被氧化，系統(tǒng)裝置之間緊密相連，使整個(gè)系統(tǒng)中充滿惰性氣體，最大限度的避免了金屬元素被氧化；現(xiàn)有技術(shù)中中間合金熔煉后，操作人員將中間合金熔體g出或直接倒入基體合金熔煉爐中，或?qū)⒒w合金熔體g出或直接倒入霧化噴槍，這種做法，增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，熔體的溫度較高，容易造成操作人員嚴(yán)重的燙傷，且操作繁瑣，工作效率低。本發(fā)明利用惰性氣體將熔體壓入下一裝置中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，效率高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的要求。
[0017]進(jìn)一步地，所述密封筒和密封蓋內(nèi)分別設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)，所述冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)置于密封筒和密封蓋接觸處?；w合金在熔煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高溫，使基體合金熔煉爐的密封蓋和密封筒產(chǎn)生高溫，特別是密封蓋，當(dāng)操作人員不小心觸碰到密封蓋時(shí)，會(huì)造成燙傷，因此設(shè)置冷卻結(jié)構(gòu)對(duì)密封蓋和密封筒進(jìn)行冷卻。
[0018]進(jìn)一步地，所述基體合金熔煉爐內(nèi)設(shè)置有攪拌桿，攪拌桿通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)的軸上套有軸套，所述軸套內(nèi)設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)。
[0019]更進(jìn)一步地，所述冷卻結(jié)構(gòu)為空腔，空腔中可通入冷卻液，例如冷卻用水。
[0020]進(jìn)一步地，所述中間合金熔煉爐坩禍為鈮坩禍。
[0021]進(jìn)一步地，所述基體合金熔煉爐坩禍為陶瓷坩禍。
[0022]更進(jìn)一步地，所述霧化室內(nèi)設(shè)置有基體旋轉(zhuǎn)軸，所述霧化室與基體旋轉(zhuǎn)軸連接處以及霧化噴槍連接處采用密封圈密封。
[0023]更進(jìn)一步地，所述噴射成形系統(tǒng)還包括惰性氣體干燥裝置，惰性氣體干燥裝置與所述管道二和所述管道四連通。設(shè)置惰性氣體干燥裝置，防止惰性氣體中夾帶的水分與鋰或其他元素接觸發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，惰性氣體干燥裝置連接于儲(chǔ)氣罐與中間合金熔煉爐的連通管道之間，以及儲(chǔ)氣罐與基體合金熔煉爐的連通管道之間。
[0024]本發(fā)明還提供一種鋁鋰合金制備方法，使用以上所述的噴射成形系統(tǒng)制備鋁鋰合金，包括以下步驟:
S1.準(zhǔn)備中間合金熔煉爐、基體合金熔煉爐、霧化噴槍、霧化室、真空栗和惰性氣體儲(chǔ)氣罐，用輸送管道一將中間合金熔煉爐和基體合金熔煉爐連通，用輸送管道二將基體合金熔煉爐與霧化噴槍連通；將真空栗通過(guò)管路一與中間合金熔煉爐連通，通過(guò)管路三與基體煉金熔煉爐連通；將惰性氣體儲(chǔ)氣罐通過(guò)管路二與中間合金熔煉爐連通，通過(guò)管路四與基體合金熔煉爐連通。
[0025]S2.將鋁合金裝入基體合金熔煉爐中，熔煉鋁合金形成熔融的鋁合金熔體；熔煉完后，將基體合金熔煉爐密封；
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