[發明專利]環縫式電磁攪拌制備半固態合金流變漿料或坯料的方法

無效

• 申請號: 200810239964.6
• 申請日: 2008-12-16
• 公開（公告）號: CN101745629A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 徐駿;張志峰;白月龍;石力開
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B22D27/04
• 分類號: B22D27/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明屬于半固態金屬加工技術領域，涉及一種半固態金屬或合金漿料或坯料的制備方法。適用于制備半固態金屬或合金漿料或坯料。

背景技術

自從二十世紀七十年代美國麻省理工學院的Flemings教授發明了半固態金屬成形技術以來，半固態金屬漿料的制備和成形技術作為一種新型的技術立即引起了世界各國的廣泛關注，紛紛投入大量的人力、物力和財力對此技術進行相關的研究和開發，目前許多金屬漿料的制備方法已經發明出來，主要有電磁攪拌法；機械攪拌法；變形應變激活法；超聲波振動法；噴射沉積法、單/雙螺旋攪拌法；低過熱度澆注和弱電磁攪拌法；低過熱度傾斜板澆注法，熔體混合法等多種制漿方法。而在這些制備方法中，電磁攪拌法由于具有不污染合金、合金漿料純凈，控制參數易于調節，可以連續生產流變漿料或連續鑄錠等優點，已經投入商業化生產且獲得了較大范圍的應用，成為目前生產半固態金屬及合金漿料或坯料的主要制備方法。但是由于電磁感應趨膚效應的存在，使漿料內部所受的電磁攪拌力存在明顯的區另，漿料表層受到的攪拌力大而內部小。而且由于漿料的散熱主要通過表層傳出，導致漿料內部的溫度場分布也不均勻，漿料表層溫度低而內部溫度高。這些因素導致制備的半固態漿料組織分布不均勻，表層為較小的粒狀或薔薇狀，而內部往往為較為粗大的薔薇晶或樹枝晶，漿料或坯料組織較差。影響了該技術應用范圍的進一步擴大或競爭力的提高。因此目前半固態制漿行業普遍將電磁感應存在的趨膚效應看作為一種不利的因素而極力加以避免，制漿生產中也往往采用降低電磁攪拌頻率、增加電磁場的趨膚深度的手段來克服趨膚效應對漿料組織的不利影響，試圖獲得較為理想的半固態漿料組織。但是這會造成制漿設備龐大，投資成本很高，漿料制備成本也很高。

在電磁攪拌制備半固態金屬及合金漿料或坯料的方法中，美國4434837號專利和4229210都公開了幾種制備半固態金屬及合金漿料和坯料的電磁攪拌方法，其主要原理是利用強烈的電磁攪拌打碎初生枝晶，抑制初生晶粒向枝晶狀生長，從而制備出球狀或粒狀初生晶粒的半固態金屬及合金漿料。在上述專利公開的有關電磁攪拌方法中，未提到漿料內部的冷卻，也未提出獲得均勻漿料溫度場的方法。但是在采用上述專利公開的電磁攪拌方法制備半固態漿料時，漿料溫度場的分布不均勻，漿料的外層散熱快，而漿料內部中心散熱慢，導致初生晶粒在空間和時間上的產生存在明顯的差別，漿料外層初生晶粒先析出，而漿料內部初生晶粒后析出，這樣最終會導致漿料組織的不均勻性，對于大尺寸和大規格的漿料或坯料更為如此。而且由于電磁感應磁場的趨膚效應，使磁場強度從漿料的外緣到中心呈指數式遞減，導致漿料的外層受到的攪拌作用強，而在漿料的中心受到的攪拌作用很弱，因此在采用此方法得到的漿料或坯料組織中，組織分布很不均勻，外層細小，而內層粗大，且組織形態也不相同，外層的初生晶粒呈球狀或粒狀，而中心呈樹枝晶或薔薇狀，因此采用上述方法制備的半固態漿料或坯料的尺寸也受到了限制，很難制備出優質的半固態金屬及合金漿料或坯料。

中國專利200410090636.6也提出了一種施加復合電磁攪拌連續制備半固態金屬漿料的方法，該方法的主要原理是：先將熔煉合格的過熱金屬液連續不斷地澆入到一個預熱的中間包內，對中間包內的金屬液施加電磁攪拌，使其在均勻冷卻條件下溫度接近液相線溫度；然后，中間包內的金屬液體經與之相連的導流管導出，同時在倒流管外施加強烈電磁攪拌和冷卻，來獲得等軸、細化、均質的半固態金屬漿料。采用上述方法制備半固態金屬漿料，可解決現有技術中由于單純靜置保溫控制澆注金屬液體接近液相線溫度難操作性以及由此帶來的金屬液體過熱度太低時流動性變差的技術難題，也可避免了由于現有技術中制漿室尺寸較大、金屬液體攪拌不均勻導致冷卻不均勻及凝固組織不均勻的問題。在該方法中，采用了復合電磁攪拌技術，未提及如何獲得均勻的溫度場和攪拌力場的措施。但是在采用該方法制備半固態金屬漿料時，雖采用了強烈的復合電磁攪拌技術有助于半固態合金漿料的流動，但是漿料溫度場的不均勻性和漿料組織的不均勻性仍然明顯存在，無法生產優質的半固態合金漿料或坯料。

總之，目前國內外采用的電磁攪拌方法制備半固態金屬及合金漿料或坯料的設備及方法中，即使采用低頻攪拌等多種措施，也由于趨膚效應和漿料固有的散熱特性的存在，漿料的溫度場分布和組織分布仍存在較大的不均勻性，不易生產出優質的半固態漿料或坯料，限制了該技術的進一步發展和應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備半固態金屬或合金漿料或坯料的方法，通過該方法得到的半固態漿料組織均勻，細小，形態好，有利于生產出合格優質的半固態金屬或合金坯料或漿料。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：