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机械搅拌器对C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiCp的影响

李鸿武 杜云慧 张鹏 曹海涛 苏丽洁

李鸿武, 杜云慧, 张鹏, 等. 机械搅拌器对C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiCp的影响[J]. 复合材料学报, 2020, 37(0): 1-7
引用本文: 李鸿武, 杜云慧, 张鹏, 等. 机械搅拌器对C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiCp的影响[J]. 复合材料学报, 2020, 37(0): 1-7
李鸿武, 杜云慧, 张鹏, 等. 机械搅拌器对C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiCp的影响[J]. 复合材料学报, 2020, 37(0): 1-7
Citation: 李鸿武, 杜云慧, 张鹏, 等. 机械搅拌器对C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiCp的影响[J]. 复合材料学报, 2020, 37(0): 1-7

机械搅拌器对C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiCp的影响

基金项目: 北京市自然基金资助项目(2162036)
详细信息
    通讯作者:

    杜云慧,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为金属基复合材料的成形 E-mail:yhdu@bjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TG249

Effect of mechanical stirrer on graphite particles and SiCp in C-SiC/Cu semi-solid slurry

  • 摘要: 利用直桨叶搅拌器在圆柱坩埚内机械搅拌C-SiC/Cu半固态浆料,研究搅拌速度200 r/min,搅拌器上下移动速度10 mm/s下C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiC颗粒(SiCp)的均匀性。结果表明:直桨叶与水平面的夹角γ与两种颗粒在坩埚顶部和底部含量偏差都存在二次关系,当γ=30°时两种颗粒在坩埚中轴向分布均匀,但同一水平面内的SiCp仍然存在偏聚现象,说明SiCp的偏聚是导致常规直桨叶机械搅拌C-SiC/Cu半固态浆料整体不均匀的主要原因;利用双层桨叶搅拌器代替常规直桨叶搅拌器,通过调整叶片层间距h,当h=10~20 mm时可以消除SiCp的偏聚现象;通过对单层桨叶搅拌器和双层桨叶搅拌器机械搅拌铸造获得的复合材料进行磨损试验发现,前者不同部位磨损率存在差异,后者磨损率几乎相同。说明SiCp的偏聚可以通过增大机械搅拌剪切力度得以消除,利用双层桨叶搅拌器进行机械搅拌可以获得均质的C-SiC/Cu半固态浆料。
  • 图  1  搅拌装置示意图:(a)整体结构;(b)A-A视图;(c)B-B视图

    图1中1.搅拌器 2.坩埚 3.冷却水管 4.加热管 5.坩埚上盖 6.氩气管 7.热电偶 8.半固态浆料 9.中心堵塞 10.下堵塞 11.上堵塞 12.底架 13.水槽 14.电机 15.传动装置 16移动板 17.移动丝杠 18.移动控制装置 19.移动电机 20.下移开关 21.上移开关 22.上架

    Figure  1.  Schematic diagram of agitator:(a)the whole setup configuration;(b)cross section of A-A;(c)cross section of B-B

    (1. stirrer 2. crucible 3. cooling-pipes 4. heating-rods 5. cover 6. Ar gas pipe 7. thermocouple 8. semi-solid slurry 9. center stopple 10. lower side stopple 11. upper side stopple 12. lower bracket 13. water tank 14. rotating motor 15. rotating gearing 16. moving board 17. moving screw 18. moving gearing 19. moving motor 20. lower switch 21. upper switch 22. upper bracket)

    图  2  单层桨叶搅拌器示意图: (a)侧视图 (b)底视图

    Figure  2.  Illustration of single blade stirrer:(a) side view (b) bottom view

    图  3  双层桨叶搅拌器示意图

    Figure  3.  Illustration of double-layer blade stirrer

    图  4  磨损试样取样示意图

    Figure  4.  schematic diagram of sample sampling for wear

    图  5  搅拌桨叶与水平面的夹角γ与坩埚底部和顶部颗粒含量之间的关系:(a)石墨颗粒;(b)SiCp

    Figure  5.  The relationship between angle γ between the stir-blade and horizontal plane and particles content at bottom and top of crucible: (a)graphite particles; (b)SiCp

    图  6  夹角γ对浆料运动的影响:(a) 浆料运动的改变 (b) 浆料沿叶片表面运动的分解

    Figure  6.  Influence of angle γ on the movement of slurry change of slurry movement (a) and decomposition of the movement along blade surface(b)

    图  7  γ与坩埚底部和顶部颗粒含量偏差d之间的关系:(a)石墨含量偏差d1;(b) SiCp含量偏差d2

    Figure  7.  The relationship between γ and particles content relative deviation at bottom and top of crucible d: (a) Graphite particles content relative deviation d1; (b)SiCp content relative deviation d2

    图  8  γ=30°时C-SiC/Cu半固态浆料冷淬铸锭的微观组织

    Figure  8.  The microstructure image of C-SiC/Cu semi-solid slurry cold quenching ingot casting when γ=30°

    图  9  双层搅拌器叶片层间距h与SiCp聚集区尺寸的关系

    Figure  9.  The relationship between double-layer-stirrer interlamellar spacing h and SiCp aggregation area size

    图  10  C-SiC/Cu铸锭微观组织

    Figure  10.  The microstructure of C-SiC/Cu ingot

    表  1  C-SiC/Cu复合材料成分配比

    Table  1.   The composition proportion of C-SiC/Cu composite

    CuGraphiteSiCImpurities
    89 vol.% 10 vol.% 1 vol.% <0.5 vol.%
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    表  2  不同位置的石墨颗粒和SiCp颗粒含量以及含量偏差d

    Table  2.   The contents of graphite particles and SiCp at different positions and the content relative deviation d

    SampleCct /vol.%Ccb/vol.%Cst/vol.%Csb /vol.%d
    1 10.0 10.1 0.99 1.00 ≈0
    2 9.9 10.0 1.01 1.00 ≈0
    3 10.1 10.0 1.00 1.01 ≈0
    Notes: Cct and Ccb are the Graphite particles content at the top and bottom of crucible; Cst and Csb are the SiCp content at the top and bottom of crucible;d is the particles content reative deviation.
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    表  3  不同搅拌器得到C-SiC/Cu复合材料不同部位的磨损率

    Table  3.   Wear rate of different parts of C-SiC/Cu composites stirred by different stirrers

    Sampling pointRstRscRsbRdtRdcRdb
    1 0.255 0.241 0.251 0.248 0.247 0.248
    2 0.241 0.254 0.249 0.249 0.248 0.248
    3 0.245 0.258 0.241 0.249 0.248 0.248
    4 0.26 0.243 0.24 0.248 0.248 0.247
    5 0.24 0.25 0.254 0.249 0.248 0.247
    6 0.252 0.24 0.251 0.247 0.247 0.248
    7 0.243 0.25 0.252 0.248 0.248 0.249
    Notes: Rst, Rsc and Rsb are wear rates of the top, center and bottom of ingot casting in the simple blade stirrer mechanical stir casting; Rdt, Rdc and Rdb are wear rates of the top,center and bottom of ingot casting in the double-layer blade stirrer mechanical stir casting
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  • 收稿日期:  2019-12-11
  • 录用日期:  2020-02-14

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