一種超硬鋁鋰合金的噴射成形裝置的制作方法

本發明屬于鋁合金噴射成形技術領域，具體涉及一種超硬鋁鋰合金的噴射成形裝置。

背景技術：

鋁鋰合金具有低密度、高彈性模量、高比強度和比剛度、良好的疲勞性能、優良的高溫和低溫性能、優異的耐腐蝕性能、卓越的超塑性成形性和好的焊接性等諸多優異的綜合性能，其強度可以和2024、7075等鋁合金媲美；用其代替常規的高強度鋁合金可使結構質量減輕10％～20％，剛度提高15％～20％，而且鋁鋰合金與復合材料相比，具有耐高低溫、耐損傷和可修理、易維護的優點，因此，鋁鋰合金成為21世紀航空航天和兵器工業領域最具潛力的金屬結構材料。

現有生產超硬鋁鋰合金的工序是將配制好的液態合金熔體經鑄造，凝固形成鋁鋰合金錠坯，然后再通過對錠坯施加擠壓、軋制、鍛造、環軋等一種或多種變形使其成為航空航天可使用的原材料或構件；通常情況下涉及凝固過程的生產環節(包括模鑄、半連續鑄造等)并不是生產零件的最終工序，但是由于金屬材料的“組織遺傳”現象，凝固過程中所形成的材料組織卻幾乎伴隨著零件的整個生命周期，一旦在凝固生產環節發生化學成分的不均勻性以及粗大組織形態，后續加工將很難有效改善，最終影響著零件的性能；據報道有色金屬材料生產過程中，約70％的廢品是與鑄錠存在的缺陷有關，另外，凝固錠坯組織也影響材料的加工性能，因此，凝固生產環節是金屬材料生產中最重要的工序；對于鋁鋰合金鑄錠的生產，現有半連續鑄造凝固技術主要存在宏觀偏析嚴重的特點。

偏析對鑄錠質量影響很大，枝晶偏析一般通過加工和熱處理可以消除，但在枝晶臂間距較大時不能消除，會給制品造成電化學性能不均勻；晶界偏析使易熔共晶富集在晶粒邊界呈網狀組織，易使鑄錠在冷卻過程中產生熱裂，并使制品易發生晶界腐蝕；宏觀偏析會使鑄錠及加工產品的組織和性能很不均勻，同時也會導致鑄錠的加工性能和成品率降低，使材料成本提高，各類偏析都是凝固過程中溶質再分布的必然結果。

鋁鋰合金相比其他普通鋁合金更容易發生偏析，主要有以下原因：

1)Li的密度僅為鋁的1/5，因此比重偏析使鋰很難均勻地加入鋁中，據報道含1％鋰的鋁合金中，約1/20的鋰原子在熔體內部，約1/2的鋰原子在相界。

2)Li是表面活性物質，在熔體中有很高的遷移率，另外金屬Li的熔點(182℃)與Al相差較大，因此，在鋁鋰合金的凝固過程中Li原子容易脫溶形成結晶的第二相；

3)Li可以大幅度降低熔體表面張力，添加1％的鋰，表面張力降低60％。這大大促進了Cu、Mg、Mn、Zn等其他合金元素的擴散，導致它們在晶界上偏析形成低熔點共晶相和粗大難溶第二相，這些粗大第二相在晶界處斷斷續續，分布很不均勻，這會導致鑄錠在后續加工過程中出現熱裂，以及材料韌性較低等。

因此，用鑄錠冶金法很難制備Li質量分數超過3％的Al-Li合金，不能滿足輕型合金的要求，在制備低Li含量鋁鋰合金過程中也會因為偏析導致性能不穩定，成品率低，成本提高等。

要想獲得化學成分均勻無偏析的鋁鋰合金錠坯，有兩個努力方向，一個是讓整個錠坯所有位置都以非常緩慢且相同的冷卻速度凝固，給合金原子足夠長的時間來擴散均勻；另一個就是快速凝固，瞬間將均勻的液態合金熔體凝固為固態，讓合金原子來不及擴散偏聚；然而實際生產中幾乎不可能采用第一種方式，通常的做法仍然是不斷改進鑄造技術，從模鑄到半連續鑄造，不斷提高冷卻速率。然而錠坯規格越大，冷卻過程中錠坯內部和表面的溫度梯度越大，冷卻速度相差越大，越容易導致宏觀偏析致使錠坯開裂報廢，因此，傳統鑄造技術很難生產出三維大規格鋁鋰合金錠坯。

還有就是使用粉末冶金，先快速凝固將鋁鋰合金制備成化學成分均勻的粉末，再通過壓制、燒結生產出鋁鋰合金錠坯；但是粉末冶金除過工序長，粉末表面易氧化引入雜質，難以致密化等缺點外，大規格也是其無法突破的瓶頸，很難采用粉末冶金生產滿足航空航天大規格鋁鋰合金錠坯的需求。

綜上，工業規格鋁鋰合金的生產具有很大的技術瓶頸，采用傳統鑄造技術幾乎不能夠很好生產出滿足工業化應用的三維大規格鋁鋰合金錠坯，目前尚無利用噴射成形技術生產工業規格鋁鋰合金的報道；因此，發明一種超硬鋁鋰合金的噴射成形裝置對鋁鋰合金的大規模應用有重要意義。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種超硬鋁鋰合金的噴射成形裝置。

一種超硬鋁鋰合金的噴射成形裝置，包括：旋轉機構、升降機構、接收盤，其特征在于：所述升降機構包括絲桿、絲桿套、導桿、升降支架，所述絲桿套固定在升降支架的中部，絲桿套內的內螺紋絲桿外側的外螺紋螺紋連接，升降支架的兩側沿豎直方向設有兩組導桿孔，兩組導桿穿過導桿孔，兩組導桿固定在升降電機固定座與底盤之間，絲桿的一端通過絲桿聯軸器與升降電機的主軸相連接，所述旋轉機構包括轉軸、旋轉電機、旋轉電機固定座，所述轉軸的上端部與接收盤相連接，轉軸的下端部通過轉軸聯軸器與旋轉電機的主軸相連接，旋轉電機固定在旋轉電機固定座上，旋轉電機固定座的兩端通過固定架固定在升降支架的前部，所述接收盤設置在沉積室的下部，沉積室頂部的側方設有漏包，漏包的下部通過噴嘴與沉積室相通。

優選地，所述絲桿的另一端插入到軸承箱中，軸承箱固定在底盤的中部。

優選地，所述轉軸穿過軸套，軸套固定在沉積室底部的中心處。

優選地，所述旋轉電機和升降電機均為步進電機。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

本發明通過噴射成形技術實現超硬鋁鋰合金的成形，具有成形速率高、工藝穩定性好、錠坯成品率高的優點；同時通過旋轉機構和升降機構實現接收盤的旋轉和自由升降，通過控制旋轉電機和升降電機的轉速即可對鋁鋰合金錠胚的噴射成形過程進行控制，從而進一步的提高了產品的品質。

附圖說明

圖1為本發明一種超硬鋁鋰合金的噴射成形裝置的結構示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖3為本發明中升降機構的結構示意圖。

圖中，1、漏包，2、噴嘴，3、沉積室，4、鋁鋰合金錠胚，5、接收盤，6、軸套，7、轉軸，8、升降支架，9、導桿，10、底盤，11、旋轉電機固定座，12、旋轉電機，13、轉軸聯軸器，14、固定架，15、升降電機固定座，16、升降電機，17、絲桿聯軸器，18、絲桿，19、絲桿套，20、軸承箱。

具體實施方式

參見圖1、圖2、圖3，一種超硬鋁鋰合金的噴射成形裝置，包括：旋轉機構、升降機構、接收盤5，其特征在于：所述升降機構包括絲桿18、絲桿套19、導桿9、升降支架8，所述絲桿套19固定在升降支架8的中部，絲桿套19內的內螺紋絲桿18外側的外螺紋螺紋連接，升降支架8的兩側沿豎直方向設有兩組導桿孔，兩組導桿9穿過導桿孔，兩組導桿9固定在升降電機固定座15與底盤10之間，絲桿18的一端通過絲桿聯軸器17與升降電機16的主軸相連接，所述旋轉機構包括轉軸7、旋轉電機12、旋轉電機固定座11，所述轉軸7的上端部與接收盤5相連接，轉軸7的下端部通過轉軸聯軸器13與旋轉電機12的主軸相連接，旋轉電機12固定在旋轉電機固定座11上，旋轉電機固定座11的兩端通過固定架14固定在升降支架8的前部，所述接收盤5設置在沉積室3的下部，沉積室3頂部的側方設有漏包1，漏包1的下部通過噴嘴2與沉積室3相通。

所述絲桿18的另一端插入到軸承箱20中，軸承箱20固定在底盤10的中部。

所述轉軸7穿過軸套6，軸套6固定在沉積室3底部的中心處。

所述旋轉電機12和升降電機16均為步進電機。

本發明技術方案在上面結合附圖對發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性改進，或未經改進將發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。