[發明專利]生產液-固金屬組合物的方法和裝置

有效

• 申請號: 200580046335.6
• 申請日: 2005-12-09
• 公開（公告）號: CN101098974A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: M·韋森;曹海平
• 申請（專利權）人: M·韋森;曹海平
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;B22D17/00;B22D27/20
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王永建

技術領域

本發明涉及一種生產液-固金屬組合物(或混合物)的方法，包括將熔融金屬或合金裝入容器、將固態金屬或合金裝入容器以及在其冷卻時攪拌該熔融金屬或合金的步驟。

本發明還涉及一種用于實施本發明的方法的裝置。

該熔融金屬或合金的成分可以由寬范圍的多種金屬或合金組成，然而特別是由當沒有攪動地從液態凝固時易于形成枝晶或小面化生長形態的金屬或合金組成。

應當認識到，當裝入容器時，該熔融金屬或合金不必處于液態。其也可以呈固態形式裝入，并且隨后熔化，以獲得其液態或大部分的液態。如果這樣的話，在熔融相產生后，該固態金屬或合金被裝入。

還應當認識到，通常，熔融金屬或合金和固態金屬或合金裝入容器的順序是可選擇的。

背景技術

眾所周知，由半固態材料制造的部件與根據傳統工藝生產的對應部件相比具有具有許多優點。“半固態”指包括特定重量百分比的固體顆粒(固體微粒)的熔體，其中該固體顆粒由熔體的冷卻形成。這種材料的鑄造所產生的鑄件的優點是具有較少的缺陷、更佳的機械性能等。

基于半固態材料的金屬部件的生產通常包括在容器中加熱金屬或合金，以使其呈液態，隨后對熔融材料進行冷卻，直到其達到半固態狀態。一旦達到半固態狀態，該材料典型地可在一模具或用于成品或半成品制造的連續鑄造的裝置中鑄造。

隨著其固化，許多金屬和合金易于形成所謂的枝晶結構(或枝晶組織)。然而，由于這種結構具有對半固態材料的觸變性能的不利影響，應當盡可能避免形成這種結構。根據最接近的現有技術、例如美國專利6,645,323所公開的內容，這種在冷卻和固化時的枝晶結構的形成可通過攪動熔體的方式來避免。

根據美國專利6,645,323，在控制條件下并由旋轉機械裝置攪動的同時，液態熔融金屬被很快地冷卻，以形成期望的觸變性漿料。引起攪動的其它方式、例如利用電磁攪拌器也是可行的。該攪動延續到當在熔體中形成預定的少量固體物材料時的特定點。然后，在無攪動的情況繼續冷卻。當在漿料中獲得給定量的固態金屬時，其被用于鑄造操作。

然而，根據該現有技術的工藝需要熔體的外部冷卻，其通過在容器外提供的冷卻裝置或熔體內提供的冷卻裝置、例如在攪拌器中進行。因此，現有技術需要冷卻控制，包括溫度控制在內，以控制所獲得固體材料的百分率。這使得這些現有技術的方法相對緩慢并且成本高。

現有技術還教導添加固態金屬或合金，以作為促進成核的孕育劑或作為合金添加劑。

WO?2004027101公開了一種方法，該方法通過將過共晶合金和固態/半固態亞共晶合金混合來精煉過共晶合金中的初生(初級)硅。該方法提供對過共晶Al-Si中初生Si的形態、尺寸和分布的控制，該過共晶Al-Si通過亞共晶Al-Si液體與過共晶Al-Si液體混合進行鑄造，以通過獲取初生Si顆粒的形成獲取理想的機械性能。根據該現有技術，該方法還要求長時間的過共晶合金-亞共晶合金混合物的冷卻控制，以形成半固態金屬。該初生Si顆粒的大體均勻分布由混合過程中更快的溫度下降控制。冷卻過程中不建議攪拌熔體。

根據美國專利6,880,613，描述了一種方法，該方法通過將至少兩種亞共晶合金混合于固態/半固態漿料中來精煉至少兩種亞共晶合金中的初生鋁。該方法提供對亞共晶Al-Si鑄造中初生Al的形態、尺寸和分布的控制，該亞共晶Al-Si通過亞共晶Al-Si液體與固態亞共晶Al-Si顆粒混合進行鑄造，以獲取理想的機械性能。在該現有技術的一個實施例中，小塊固態亞共晶Al-Si合金用于與液態亞共晶Al-Si混合，以形成亞共晶Al-Si漿料。初生Al顆粒的大體均勻分布由混合過程中更快的溫度下降控制。混合過程中不建議攪拌熔體。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種快速形成液-固組合物的方法，其中固體顆粒均勻分布于大量液-固金屬合金中。該液-固金屬應當具有如下性能，以使得避免在進一步冷卻和缺乏任何進一步攪拌的情況下形成任何固態枝晶網絡。

本發明的另一目的是提供一種用于生產液-固金屬組合物的方法，該方法減少或甚至消除了對熔融金屬或合金的外部冷卻的需要，但仍然導致液-固漿料的快速生成，該漿料例如可被用于隨后的生產成品或半成品的鑄造工藝。本發明還應當減少液-固漿料制備過程中控制熔體溫度的需要。

本發明的又一目的是提供一種方法，其中液-固金屬組合物可以由液態金屬或合金和固態金屬或合金的新成分組合中快速產生。

本發明的再一目的是提供一種既便于實施、又低成本的方法。