CN102398016A - 一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置 - Google Patents

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李新涛
陈星霖
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Abstract

本发明提供一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，包括真空搅拌熔炼炉、料斗，真空搅拌熔炼炉的上端安装有真空搅拌熔炼炉盖，真空搅拌熔炼炉盖的侧上方通过支架安装有颗粒输送装置，颗粒输送装置呈倾斜布置，颗粒输送装置的上端通过软管与料斗底端相连通，在料斗底端口上设有真空阀，料斗的顶端上安装有料斗盖，料斗盖上接有抽真空旁路接口，抽真空旁路接口与抽真空***相连，料斗盖上还安装有惰性气体吹扫装置，惰性气体吹扫装置在料斗内，惰性气体吹扫装置通过外接口与惰性气源装置相连。本发明可以精确控制颗粒加入量、加入速度的颗粒加入装置，达到提高复合材料质量及质量稳定性的目的。

Description

一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置
技术领域
本发明涉及一种真空搅拌铸造颗粒增强金属基复合材料的加料装置，属于复合材料制备领域。
背景技术
现代科学技术的发展对材料性能的要求越来越高，单一材料往往难以满足使用要求。与传统金属材料相比，颗粒增强金属基复合材料具有较高的比强度、比刚度、耐磨性能以及热膨胀系数小等优点，同时具有很大的材料设计自由度，因此被誉为21世纪的新材料，成为国内外材料研究的热点。
制备颗粒增强金属基复合材料常用的方法有粉末冶金、喷射沉积和真空搅拌铸造等方法。其中真空搅拌铸造是指将增强颗粒以一定的方式加入金属熔体，在真空条件下依靠搅拌头旋转产生的涡流将增强颗粒强制带入并均匀分布到熔体中。由于真空搅拌铸造法对设备要求低、工艺简单，适合连续生产，最有希望实现大规模工业化生产。
由于增强颗粒与基体金属熔体润湿性差，因此增强颗粒在加入熔体前需要进行预处理，以提高两者的润湿性能。对于真空搅拌铸造技术而言，将预处理后的颗粒在短时间内全部搅入熔体中是关键环节。
中国专利公开号CN1676237A公开了一种真空机械双搅拌方法，该方法在非真空条件下将增强颗粒一次性加到高温熔体表面，然后抽真空进行搅拌铸造。该方法存在的问题是颗粒长时间积于熔体表面会引起颗粒温度升高而结团，增加了其在熔体中的分散难度；同时颗粒在非真空条件下接触高温熔体会形成氧化渣，降低复合材料的质量。
中国专利公开号CN101157996A和CN101158001A，公开了另一种制备颗粒增强铝基复合材料的装置，其颗粒加入方法是在熔炼炉侧上方安装一个颗粒预处理炉，颗粒在该炉内采用加热的方法进行预处理，并由送料机构在真空条件下将颗粒送入熔炼炉。该方法存在的问题是颗粒在预处理炉内要进行长时间高温处理，容易造成预处理炉变形，影响整台装置的真空密封。而且增强颗粒极易吸附在预处理炉内壁、送料机构及其与传输通道之间的缝隙内，无法精确控制颗粒加入量，难以保证复合材料质量稳定性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，可以精确控制颗粒加入量、加入速度的颗粒加入装置，达到提高复合材料质量及质量稳定性的目的。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，包括真空搅拌熔炼炉、料斗，所述真空搅拌熔炼炉的上端安装有真空搅拌熔炼炉盖，其特征在于：所述真空搅拌熔炼炉盖的侧上方通过支架安装有颗粒输送装置，颗粒输送装置呈倾斜布置，所述颗粒输送装置的上端通过软管与料斗底端相连通，在料斗底端口上设有真空阀，所述料斗的顶端上安装有料斗盖，料斗盖上接有抽真空旁路接口，抽真空旁路接口与抽真空***相连，所述料斗盖上还安装有惰性气体吹扫装置，惰性气体吹扫装置在料斗内，惰性气体吹扫装置通过外接口与惰性气源装置相连；
所述颗粒输送装置包括可调速电机、螺旋送料器、保温通道以及可调角度出料口，所述螺旋送料器的一端与保温通道一端相连，其方向平行，保温通道另一端穿过真空搅拌熔炼炉盖延伸至真空搅拌熔炼炉内，且与可调节出料口相连，所述螺旋送料器的另一端与可调速电机驱动连接，所述保温通道上侧开有一开口与软管相连通。
进一步地，上述的一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，其中，可调节出料口通过动密封装置与真空搅拌熔炼炉盖外的旋转曲柄相连接。
更进一步地，上述的一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，其中，颗粒输送装置的倾斜角度在0o到90o内。
更进一步地，上述的一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，其中，料斗由光滑的金属或陶瓷内衬、保温层和金属外壳组成。
本发明技术方案的实质性特点和进步主要体现在：
本发明中的料斗外接有抽真空***，抽真空时料斗和真空搅拌熔炼炉分别进行，可以避免整体抽真空时颗粒堵塞料斗出口，达到所需真空度后由送料机构直接将颗粒送入真空搅拌熔炼炉，可有效避免抽真空过程中增强颗粒接触高温熔体后形成氧化渣；同时通过改变螺旋送料器的转速，可以精确控制增强颗粒加入速度，避免颗粒在熔体表面堆积；惰性气体吹扫装置和倾斜的保温通道可以使料斗内的增强颗粒全部进入真空搅拌熔炼炉中，避免其粘附在料斗内衬与输送机构上；同时由于真空搅拌熔炼炉内惰性气体的存在，可以降低合金元素的挥发；可调角度的出料口能够避免真空炉搅拌机构升降过程中与其相碰，并可在真空环境下精确控制颗粒加入的位置。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明结构示意图；
图2：可调角度出料口外接示意图；
图3：可调角度出料口的工作原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，包括真空搅拌熔炼炉16、料斗3，真空搅拌熔炼炉6的上端安装有真空搅拌熔炼炉盖15，真空搅拌熔炼炉盖15的侧上方通过支架1安装有颗粒输送装置20，颗粒输送装置20呈倾斜布置，其颗粒输送装置20的倾斜角度可以在0o到90o内的任意位置上，颗粒输送装置20的上端通过软管与料斗3底端相连通，料斗3由光滑的金属或陶瓷内衬4、保温层5和金属外壳6组成，在料斗3底端口上设有真空阀11，料斗3的顶端上安装有料斗盖8，料斗盖8上接有抽真空旁路接口7，抽真空旁路接口7与抽真空***17相连，料斗盖8上还安装有惰性气体吹扫装置9，惰性气体吹扫装置9在料斗3内，惰性气体吹扫装置9通过外接口与惰性气源装置10相连；颗粒输送装置20包括可调速电机2、螺旋送料器12、保温通道13以及可调角度出料口14，螺旋送料器12的一端与保温通道13一端相连，其方向平行，保温通道13另一端穿过真空搅拌熔炼炉盖15延伸至真空搅拌熔炼炉16内，且与可调节出料口14相连，螺旋送料器12的另一端与可调速电机2驱动连接，从而准确控制增强颗粒的加入速度，保温通道13上侧开有一开口与软管相连通。
如图2、图3所示，可调节出料口14通过动密封装置19与真空搅拌熔炼炉盖15外的旋转曲柄18相连接，使其可调节出料口14可以调整不同的角度位置，能够避免真空搅拌熔炼炉16内的升降装置升降过程中与其相碰触。
具体应用时，首先将增强颗粒进行高温预处理2~3小时后，当颗粒温度降至200~500℃时打开料斗盖8，同时关闭真空阀11，将增强颗粒倒入料斗3重，关闭料斗盖8后打开抽真空旁路接口7，此时真空搅拌熔炼炉16内已经完成金属熔化、除气精炼、打渣等处理，接着关闭真空搅拌熔炼炉盖15，然后通过抽真空***17开始将真空搅拌熔炼炉16进行抽真空，当真空度达到要求后关闭抽真空***17，打开真空阀11，再启动可调速电机2，可调速电机2驱动螺旋送料器12将增强颗粒送入真空搅拌熔炼炉16内，加料将结束时启动惰性气体吹扫装置9，用惰性气体将残余颗粒全部送入真空搅拌熔炼炉16中，实现最大限度的使用。
其中，颗粒输送装置20呈0o到90o的倾斜放置与惰性气体吹扫装置9吹扫可以料斗3内的增强颗粒全部进入真空搅拌熔炼炉16中，颗粒高温预处理完毕后再加入料斗3，关闭真空阀11，料斗3单独进行抽真空，可以避免整体抽真空时颗粒堵塞料斗3的出口；同时在颗粒加入过程中，启动惰性气体吹扫装置9，惰性气体可将粘在料斗3中的内衬4、螺旋送料器12与保温通道13之间间隙的颗粒吹入真空搅拌熔炼炉16内，可精确保证颗粒加入量。同时，由于惰性气体的存在，可在一定程度上降低真空搅拌熔炼炉16内的真空度，减轻合金元素的挥发。
综上所述，本发明通过料斗上设有抽真空***，抽真空时料斗和真空搅拌熔炼炉分别进行，可以避免整体抽真空时颗粒堵塞料斗出口，达到所需真空度后由送料机构直接将颗粒送入真空搅拌熔炼炉，可有效避免抽真空过程中增强颗粒接触高温熔体后形成氧化渣；同时通过改变螺旋送料器的转速，可以精确控制增强颗粒加入速度，避免颗粒在熔体表面堆积。惰性气体吹扫装置和倾斜的保温通道可以使料斗内的增强颗粒全部进入真空搅拌熔炼炉中，避免其粘附在料斗内衬与输送机构上。同时由于真空搅拌熔炼炉内惰性气体的存在，可以降低合金元素的挥发。可调角度的出料口能够避免真空炉搅拌机构升降过程中与其相碰，并可在真空环境下精确控制颗粒加入的位置。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，包括真空搅拌熔炼炉、料斗，所述真空搅拌熔炼炉的上端安装有真空搅拌熔炼炉盖，其特征在于：所述真空搅拌熔炼炉盖的侧上方通过支架安装有颗粒输送装置，颗粒输送装置呈倾斜布置，所述颗粒输送装置的上端通过软管与料斗底端相连通，在料斗底端口上设有真空阀，所述料斗的顶端上安装有料斗盖，料斗盖上接有抽真空旁路接口，抽真空旁路接口与抽真空***相连，所述料斗盖上还安装有惰性气体吹扫装置，惰性气体吹扫装置在料斗内，惰性气体吹扫装置通过外接口与惰性气源装置相连；
所述颗粒输送装置包括可调速电机、螺旋送料器、保温通道以及可调角度出料口，所述螺旋送料器的一端与保温通道一端相连，其方向平行，保温通道另一端穿过真空搅拌熔炼炉盖延伸至真空搅拌熔炼炉内，且与可调节出料口相连，所述螺旋送料器的另一端与可调速电机驱动连接，所述保温通道上侧开有一开口与软管相连通。
2.根据权利要求1所述的一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，其特征在于：所述可调节出料口通过动密封装置与真空搅拌熔炼炉盖外的旋转曲柄相连接。
3.根据权利要求1所述的一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，其特征在于：所述颗粒输送装置的倾斜角度在0o到90o内。
4.根据权利要求1所述的一种真空搅拌铸造金属基复合材料的增强颗粒加入装置，其特征在于：所述料斗由光滑的金属或陶瓷内衬、保温层和金属外壳组成。
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