本发明涉及轻量化高比强零部件，尤其是在高温工况下服役的承载零部件的制造，具体是涉及一种基于双熔体混合的压铸成型工艺。
背景技术：
1、铝合金具有导热性能好、轻质高强、耐腐蚀、易加工等特点，在汽车、航空航天等领域具有广泛的应用前景。国内外研究学者针对不同的应用环境有针对性地开发出了一系列铝合金，特别是针对铝合金的力学性能方面，通过一系列的沉淀强化、加工硬化等方式提升其力学性能。但是在高温服役环境中，常规铝合金的力学性能存在不同程度的降低，这是由于在高温条件下沉淀强化相的粗化，位错回复和晶粒粗化导致的。为进一步提升其高温力学性能和高温热稳定性，研发人员通过向铝基体中添加陶瓷颗粒开发出了弥散强化铝基复合材料，其中典型代表是tib2陶瓷颗粒弥散强化铝基复合材料(al-tib2)。al-tib2通过基体中tib2陶瓷颗粒阻碍位错移动、晶界粗化的方式来提升材料的力学性能。相比于沉淀强化，弥散相tib2陶瓷颗粒热稳定性高，在高温条件下依然保持弥散细小的形态，从而改善了铝合金的高温热稳定性。
2、常规制备弥散强化铝基复合材料的工艺流程为：常规的制备流程是将陶瓷粉体注入铝基熔体中，充分混合后，注入模具中进行铸造，而后自然冷却凝固形成零部件粗坯，最后通过机加工获得成品。但是这一常规流程存在诸多问题：首先，铸造件中存在气泡，致密度较低，进而影响力学性能；其次，随着坯体的自然冷却，弥散相存在粗大聚合的现象，从而抑制弥散强化机制的充分发挥。此外，通过外界引入的弥散相陶瓷颗粒，其颗粒尺寸一般都在微米级别，纳米陶瓷粉末由于本身的表面效应，极其容易团聚，而弥散强化金属基复合材料中弥散相的尺寸、分布等特性对铝基复合材料的力学性能和高温热稳定性具有重要的影响。
技术实现思路
1、针对上述现有制备工艺存在的缺陷，有必要针对陶瓷颗粒弥散强化铝基复合材料的成型工艺进行改进。首先，相对于常规制备工艺从外界直接添加陶瓷颗粒，通过原位反应的形式可引入尺寸更小、弥散度更高的陶瓷颗粒，从而进一步提升弥散强化性能；此外，通过加快陶瓷弥散强化铝基熔体的冷却速度从而避免弥散相陶瓷颗粒聚合粗大；最后，改善常规铸造铝基零部件的组织结构，避免气孔等宏观缺陷的存在，对提升力学性能效果显著，有利于获得高温力学性能优异的铝基零部件。因此，本发明不同于常规的基于铝合金熔体的铸造工艺路线，提出了基于双熔体的压铸成型制备工艺路线，包括以下步骤：
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
3、一种基于双熔体混合的压铸成型工艺，首先，在两个铝基熔体中分别混入陶瓷颗粒弥散相前驱体元素，分别获得含有a元素、b元素的铝基熔体；进而将两种铝基熔体进行混合，并进行充分的机械搅拌和电磁搅拌，从而确保熔体中的a元素与b元素充分反应，生成axby陶瓷颗粒；随之将其注入到压铸机中进行压铸成形，从而获得axby陶瓷颗粒弥散强化的铝基零部件。
4、作为本发明的优选技术方案，本发明所提出的这种基于双熔体混合的压铸成型工艺，具体步骤如下：
5、步骤1.含a元素铝基熔体和含b元素铝基熔体的制备：
6、在真空环境下，通过电磁感应加热将左、右两个坩埚中的铝合金加热熔融态，然后分别向其中加入适当比例的axby陶瓷颗粒的前驱体a单质粉末和b单质粉末，确保左、右两个熔体中a元素和b元素的摩尔比为x：y＝1：1-3；利用机械搅拌并保温一段时间，以保证a、b元素分别在铝熔体中分布均匀，分别获得al-a熔体和al-b熔体；
7、步骤2.双熔体混合：
8、在真空环境下，同时打开左、右坩埚的出口，al-a熔体和al-b熔体同时汇入中间加热包，随后采用电磁搅拌、机械搅拌耦合的形式，确保双熔体中的a、b元素获得充分的反应；然后在混合熔体之中加入六氯乙烷粉末进行除气，待六氯乙烷反应完全之后扒渣，静置一段时间，再加入除渣剂，待除渣剂反应完全之后扒渣，静置一段时间，再次扒渣，得到最终混合熔体，即axby陶瓷颗粒弥散强化铝基熔体；
9、步骤3.压铸成型：
10、压铸模具预先加热保温，随后通过螺旋传送杆将axby陶瓷颗粒弥散强化铝基熔体注入压铸机的料筒中，并进行浇筑压射保压；最后形成axby陶瓷颗粒弥散强化铝基压铸件。
11、优选地，步骤1含弥散相前驱体的铝基熔体的制备阶段：铝合金主要选择a356系，在450℃环境下干燥1小时。弥散相axby颗粒可选择tib2、al2o3、y2o3等，故其中的前驱体元素分别为ti、b、y、o等，例如：在制备tib2弥散强化铝基复合材料时，a、b元素分别为ti、b元素，其中前驱体元素的摩尔比为x：y＝1：2，控制投加量确保其可完全原位反应，生成tib2陶瓷颗粒。保温时间为0.5-2h，加热温度为660-680℃，搅拌模式采用机械和电磁搅拌耦合的方式，机械搅拌转速为500-1000rpm，电磁搅拌的频率为4000-8000hz，搅拌方向相反。其熔炼环境为真空状态，真空度维持在6.67×10-5pa-6.67×10-1pa。
12、优选地，步骤2双熔体混合阶段：为了促进熔体中a元素与b元素的充分混合反应，采用机械和电磁搅拌耦合的方式搅拌混合，机械搅拌转速为500-1000rpm，电磁搅拌的频率为4000-8000hz，搅拌方向相反。中间加热包的保温温度为660-700℃，保温时间(原位反应时间)为0.5-5min，可以通过中间加热包的液位高度来间接表征。其熔炼环境为真空状态，真空度维持在6.67×10-5pa-6.67×10-1pa。
13、优选地，步骤3压铸成型阶段：压铸模具的预先保温温度为220-300℃，反应完全的axby陶瓷颗粒弥散强化铝基熔体通过螺旋杆注入料筒中，料筒温度为180-300℃，随后在25-50mpa的压强下射入压铸模具中冷却成型，其入射速度在6-10m/s。
14、优选地，本发明基于双熔体混合的压铸成型工艺得到的axby陶瓷颗粒弥散强化铝基压铸件中，axby弥散相陶瓷颗粒的含量为0.1-5.0wt.％。
15、与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
16、1.相比于传统的直接添加微米级的axby陶瓷颗粒，本发明采用“双熔体混合”的方式通过原位反应引入axby陶瓷颗粒，更有利于定向调控颗粒形态大小，形成细小弥散的纳米级颗粒，从而提高弥散强化效果。
17、2.本发明在压铸axby陶瓷颗粒弥散强化铝基熔体过程中，axby陶瓷颗粒同时作为凝固的形核点，可明显细化压铸件的晶粒尺寸，进一步提升强化效果。弥散强化和细晶强化共同作用进而改善压铸件力学性能不佳的缺点，从而在力学性能上媲美锻造铝合金零部件。
18、3.相比于传统铸造，压铸工艺中，熔体的冷却速度相对较快，可抑制axby陶瓷颗粒在铝基熔体凝固前的粗化聚合现象，从而维持铝基体中axby陶瓷颗粒弥散细小的形态。
19、4.本发明针对axby陶瓷颗粒弥散强化铝基材料利用了压铸成型技术，可避免形成气孔等缺陷外，还具有比较精确的尺寸，避免了高强铝基复合材料机加工困难这一缺点，在节省能效的同时提高生产效率，并且本发明的工艺流程适合工业化生产。
1.一种基于双熔体混合的压铸成型工艺，其特征在于，首先，在两个铝基熔体中分别混入陶瓷颗粒弥散相前驱体元素，分别获得含有a元素、b元素的铝基熔体；进而将两种铝基熔体进行混合，并进行充分的机械搅拌和电磁搅拌，从而确保熔体中的a元素与b元素充分反应，生成axby陶瓷颗粒；随之将其注入到压铸机中进行压铸成形，从而获得axby陶瓷颗粒弥散强化的铝基零部件。
2.如权利要求1所述的压铸成型工艺，其特征在于，步骤如下：
3.如权利要求2所述的压铸成型工艺，其特征在于，步骤1坩埚内保温时间为0.5-2h，加热温度为660-680℃，步骤2中间加热包的保温温度为660-700℃，保温时间为0.5-5min。
4.如权利要求2所述的压铸成型工艺，其特征在于，步骤1和2中采用机械和电磁搅拌耦合的方式搅拌混合，机械搅拌转速为500-1000rpm，电磁搅拌的频率为4000-8000hz，搅拌方向相反。
5.如权利要求2所述的压铸成型工艺，其特征在于，步骤1和2中熔炼环境为真空状态，真空度维持在6.67×10-5pa-6.67×10-1pa。
6.如权利要求2所述的压铸成型工艺，其特征在于，步骤3中压铸模具的预先保温温度为220-300℃，反应完全的axby陶瓷颗粒弥散强化铝基熔体通过螺旋杆注入料筒中，料筒温度为180-300℃，随后在25-50mpa的压强下射入压铸模具中冷却成型，其入射速度在6-10m/s。
7.如权利要求2-6任一项所述的压铸成型工艺，其特征在于，制备的axby陶瓷颗粒弥散强化铝基熔体或axby陶瓷颗粒弥散强化铝基压铸件中axby弥散相陶瓷颗粒的含量为0.1-5.0wt.％，所述axby陶瓷颗粒选自tib2、al2o3或y2o3，对应a元素和b元素的摩尔比为1：2或2：3。
