專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鐵15銅-3.5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒均勻分散方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒的均勻分散方法。
背景技術(shù)：
公開(kāi)號(hào)CN1768979A，發(fā)明名稱(chēng)“一種QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料制備方法”上， 闡述了 QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料的電磁+機(jī)械制備方法，即，利用電磁攪拌裝置進(jìn)行攪拌，打碎QTi3. 5鈦青銅合金液凝固過(guò)程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相顆粒與液相構(gòu)成的QTi3. 5鈦青銅半固態(tài)漿料；然后，借助機(jī)械分散器及其上下移動(dòng)控制裝置，不斷地將坩堝內(nèi)漂浮在QTi3. 5鈦青銅半固態(tài)漿料上部的石墨顆粒分散到QTi3. 5鈦青銅半固態(tài)漿料中。在這種電磁+機(jī)械制備方法中，機(jī)械分散器為單葉片層機(jī)械分散器，采用單層葉片， 在葉片與半固態(tài)漿料的有效接觸范圍內(nèi)，借助葉片對(duì)石墨顆粒施加分散作用力，不斷地將石墨顆粒分散到半固態(tài)漿料中，在專(zhuān)利CN1768979A中公開(kāi)的機(jī)械分散器單層弧形葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，單葉片層機(jī)械分散器及其上下移動(dòng)控制裝置運(yùn)行即均勻分散15 20min后，可得到石墨顆粒均勻分布的QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料。鐵15銅是含銅量為15wt%的鐵合金，鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料是含有 3. 5wt%氮化硼顆粒和96. 5wt%初生固相顆粒與液相的半固態(tài)漿料，采用CN1768979A專(zhuān)利方法、在公開(kāi)的機(jī)械分散器單層弧形葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，需要均勻分散 14 18分鐘后，才能得到氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料。對(duì)于鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的制備，在實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的前提下，機(jī)械分散器及其上下移動(dòng)控制裝置的運(yùn)行時(shí)間即均勻分散時(shí)間越短，能耗越小，成本越低，而且鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料受到的污染也越少，其質(zhì)量越高，因此可實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間越短越好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有電磁+機(jī)械制備方法“均勻分散時(shí)間長(zhǎng)” 的不足，提供一種能夠快速實(shí)現(xiàn)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒均勻分散的方法，進(jìn)一步縮短實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時(shí)間。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是采用電磁+機(jī)械制備方法，利用雙葉片層機(jī)械分散器，在上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為46 48°和37 39°的條件下，對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散。本發(fā)明的有益效果是對(duì)于熔體中的顆粒，要想盡快完成其在熔體中的分散，必須加強(qiáng)分散強(qiáng)度。在半固態(tài)漿料電磁+機(jī)械制備方法中，如果在單層葉片對(duì)半固態(tài)漿料中的顆粒實(shí)施分散后，緊接著再利用另一層葉片實(shí)施第二次分散，那么，半固態(tài)漿料中顆粒的分散效果將會(huì)明顯好轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)顆粒均勻分布的均勻分散時(shí)間將進(jìn)一步縮短，本發(fā)明就是利用上下層弧形葉片凹弧面弧度優(yōu)化組合后的雙層葉片的連續(xù)二次分散，進(jìn)一步促進(jìn)了氮化硼顆粒在半固態(tài)漿料中的均勻分布，從而達(dá)到了縮短均勻分散時(shí)間的目的。利用本發(fā)明，對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時(shí)間可縮短到8分20秒，比采用CN1768979A專(zhuān)利方法的最短均勻分散時(shí)間14分鐘至少縮短了 40%。


圖1為本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒進(jìn)行均勻分散裝置的主視圖。圖中，機(jī)械分散器的導(dǎo)向桿2，機(jī)械分散器的弧形葉片3，陶瓷坩堝4，加熱管5，冷卻管6，堵塞7，鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料8，外罩9，上蓋10，Ar氣管11，熱電偶12， 導(dǎo)向套13，電機(jī)14，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15，上行程開(kāi)關(guān)16，下行程開(kāi)關(guān)17，支架18。圖2為本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒進(jìn)行均勻分散裝置的A-A視圖。圖中，電磁攪拌裝置的電磁極對(duì)1。圖3為采用本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒進(jìn)行均勻分散后得到的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的微觀(guān)組織。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法均勻分散鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒裝置的具體說(shuō)明如下均勻分散鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒裝置包括電磁攪拌裝置、 機(jī)械分散器及其上下移動(dòng)控制裝置、陶瓷坩堝4、上蓋10、堵塞7、外罩9、Ar氣管11及熱電偶12。電磁攪拌裝置的功率為10kW，其三對(duì)電磁極對(duì)1均布在陶瓷坩堝4周?chē)?，與坩堝外壁之間的距離a為5mm，坩堝壁內(nèi)間隔均布加熱管5和冷卻管6，分別與外部電源與冷卻液供給系統(tǒng)連接，電磁極對(duì)1外側(cè)加外罩9 ；機(jī)械分散器為雙葉片層機(jī)械分散器，由方形導(dǎo)向桿2和間隔b為20mm的上下二個(gè)葉片層構(gòu)成，材質(zhì)為耐熱陶瓷，在二個(gè)葉片層中各有四個(gè)除了凹弧面弧度不同以外其它形狀與對(duì)應(yīng)分布狀態(tài)完全相同的弧形葉片3，下層的四個(gè)弧形葉片3，位于導(dǎo)向桿2下部，與導(dǎo)向桿2的四個(gè)表面垂直且與之同寬，互成90°，凹弧面朝下，為圓弧形，弧度為37 39°， 迎著熔體周向運(yùn)動(dòng)方向布置，凹弧面上部切線(xiàn)與水平線(xiàn)平行，凹弧面下部與導(dǎo)向桿2的下端面位于同一水平面內(nèi)，葉片外端部與坩堝內(nèi)壁之間的距離c為5mm ；上層的弧形葉片凹弧面弧度為46 48° ；機(jī)械分散器上下移動(dòng)控制裝置由電機(jī)14、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15、上行程開(kāi)關(guān)16和下行程開(kāi)關(guān)17構(gòu)成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15位于機(jī)械分散器導(dǎo)向桿2上部與電機(jī)14之間，由齒條與齒輪、渦輪與蝸桿傳動(dòng)構(gòu)成，電機(jī)14的轉(zhuǎn)向由上行程開(kāi)關(guān)16和下行程開(kāi)關(guān)17控制，也就是，當(dāng)機(jī)械分散器的上層葉片向上移動(dòng)到半固態(tài)漿料8上方時(shí)，導(dǎo)向桿2觸動(dòng)上行程開(kāi)關(guān)16，電機(jī)14改變轉(zhuǎn)向，使機(jī)械分散器向下移動(dòng)；當(dāng)機(jī)械分散器的下層葉片向下移動(dòng)到陶瓷坩堝4底部時(shí)， 導(dǎo)向桿2觸動(dòng)下行程開(kāi)關(guān)17，電機(jī)14改變轉(zhuǎn)向，使機(jī)械分散器向上移動(dòng)；
機(jī)械分散器的上下移動(dòng)速度控制在1 lOmm/s，導(dǎo)向桿2依靠導(dǎo)向套13定位，Ar 氣管11與熱電偶12通過(guò)上蓋10上的孔和機(jī)械分散器葉片之間的孔隙插入坩堝，堵塞7位于坩堝底部，電機(jī)14、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15、上行程開(kāi)關(guān)16、下行程開(kāi)關(guān)17、導(dǎo)向套13采用機(jī)械連接方式固定于支架18上。一種鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒均勻分散方法，利用電磁攪拌裝置進(jìn)行攪拌，打碎鐵15銅合金液凝固過(guò)程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相顆粒與液相構(gòu)成的鐵15銅半固態(tài)漿料；然后，借助機(jī)械分散器及其上下移動(dòng)控制裝置，不斷地將坩堝內(nèi)漂浮在鐵15銅半固態(tài)漿料上部的氮化硼顆粒分散到鐵15銅半固態(tài)漿料中，得到氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料，包括以下步驟步驟1，制備鐵15銅合金液，溫度控制在1500°C ；步驟2，將鐵15銅合金液與230目的氮化硼顆粒倒入陶瓷坩堝4中，坩堝由其壁內(nèi)的加熱管5預(yù)熱到1270°C，蓋上上蓋10后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動(dòng)電磁攪拌裝置，進(jìn)行攪拌，同時(shí)，關(guān)閉加熱管5的電源并向坩堝壁內(nèi)的冷卻管6內(nèi)接通冷卻水進(jìn)行冷卻，將熔體冷卻至1270 1320°C均勻分散溫度后，關(guān)閉冷卻水，打開(kāi)并調(diào)節(jié)加熱管5的電源，使熔體溫度穩(wěn)定在該均勻分散溫度；步驟4，在該均勻分散溫度下，電磁攪拌5分鐘后，啟動(dòng)機(jī)械分散器及其上下移動(dòng)控制裝置，均勻分散一定時(shí)間后，得到組織均勻的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料8。實(shí)施方式一，在機(jī)械分散器的上下移動(dòng)速度為3mm/s、均勻分散溫度為1270°C下， 在雙葉片層機(jī)械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為46°和37°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分10秒。實(shí)施方式二，在機(jī)械分散器的上下移動(dòng)速度為lmm/s、均勻分散溫度為1270°C下， 在雙葉片層機(jī)械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為46°和39°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分20秒。實(shí)施方式三，在機(jī)械分散器的上下移動(dòng)速度為lOmm/s、均勻分散溫度為1320°C 下，在雙葉片層機(jī)械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為48°和37°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分20秒。實(shí)施方式四，在機(jī)械分散器的上下移動(dòng)速度為lOmm/s、均勻分散溫度為1320°C 下，在雙葉片層機(jī)械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為48°和39°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分10秒。實(shí)施方式五，在機(jī)械分散器的上下移動(dòng)速度為5mm/s、均勻分散溫度為1296°C下， 在雙葉片層機(jī)械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為47°和38°時(shí)，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的均勻分散時(shí)間為8分10秒?？梢?jiàn)，在雙葉片層機(jī)械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為46 48°和 37 39°條件下，對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料進(jìn)行均勻分散，實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時(shí)間可縮短到8分20秒。附圖3為采用本發(fā)明方法對(duì)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒進(jìn)行均勻分散后得到的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料的微觀(guān)組織。圖中亮色塊狀區(qū)域?yàn)榈痤w粒，灰色球形或橢球形區(qū)域?yàn)槌跎滔囝w粒，其它區(qū)域?yàn)楹笊滔啵梢?jiàn)，氮化硼顆粒分布非常均勻?？梢?jiàn)，本發(fā)明可快速實(shí)現(xiàn)鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒的均勻分散。
權(quán)利要求
1. 一種鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒均勻分散方法，利用電磁攪拌裝置進(jìn)行攪拌，打碎鐵15銅合金液凝固過(guò)程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相顆粒與液相構(gòu)成的鐵15銅半固態(tài)漿料；然后，借助機(jī)械分散器及其上下移動(dòng)控制裝置，不斷地將坩堝內(nèi)漂浮在鐵15銅半固態(tài)漿料上部的氮化硼顆粒分散到鐵15銅半固態(tài)漿料中，得到氮化硼顆粒均勻分布的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料，包括以下步驟 步驟1，制備鐵15銅合金液，溫度控制在1500°C ；步驟2，將鐵15銅合金液與230目的氮化硼顆粒倒入陶瓷坩堝中，坩堝由其壁內(nèi)的加熱管預(yù)熱到1270°C，蓋上上蓋后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動(dòng)電磁攪拌裝置，進(jìn)行攪拌，同時(shí)，關(guān)閉加熱管的電源并向坩堝壁內(nèi)的冷卻管內(nèi)接通冷卻水進(jìn)行冷卻，將熔體冷卻至1270 1320°C均勻分散溫度后，關(guān)閉冷卻水，打開(kāi)并調(diào)節(jié)加熱管的電源，使熔體溫度穩(wěn)定在該均勻分散溫度；步驟4，在該均勻分散溫度下，電磁攪拌5分鐘 后，啟動(dòng)機(jī)械分散器及其上下移動(dòng)控制裝置，均勻分散一定時(shí)間后，得到組織均勻的鐵15銅-3. 5氮化硼半固態(tài)漿料；其特征在于，機(jī)械分散器為雙葉片層機(jī)械分散器，其上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為46 48°和37 39°。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵15銅-3.5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒均勻分散方法，屬于鐵15銅-3.5氮化硼半固態(tài)漿料中氮化硼顆粒均勻分散研究領(lǐng)域，本發(fā)明采用電磁+機(jī)械制備方法，利用雙葉片層機(jī)械分散器，在上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為46～48°和37～39°的條件下，對(duì)鐵15銅-3.5氮化硼半固態(tài)漿料中的氮化硼顆粒進(jìn)行均勻分散，可快速實(shí)現(xiàn)氮化硼顆粒的均勻分布，均勻分散時(shí)間可縮短到8分20秒。
文檔編號(hào)F27D27/00GK102181773SQ20111008879
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月10日
發(fā)明者劉漢武, 張鵬, 杜云慧 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)