[發明專利]金屬合金半固態漿料的制備方法及裝置

無效

• 申請號: 201110289423.6
• 申請日: 2011-09-27
• 公開（公告）號: CN103008603A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 許善新;賈祥磊;孫玨;沈世德;陳余秋;顧棟梁
• 申請（專利權）人: 蘇州三基鑄造裝備股份有限公司
• 主分類號: B22D17/20
• 分類號: B22D17/20;B22D17/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及到金屬特種成型工藝中金屬合金半固態漿料的制備方法，包括熔融合金在容器中的冷卻方法和攪拌方法，以便用更有效的方法在熔融合金中產生設定量的微小固態結晶顆粒，成為半固態漿料。

本發明還涉及到實施本方法的裝置。

背景技術：

采用合金半固態漿料實現金屬的鑄造或鍛造成型有許多優點，可實現復雜形狀成型件的近終成型，成型件可獲得球狀顯微組織，具有良好的機械性能，因成型溫度低于液態金屬而節約能量，而且可延長成型模具壽命。所以研制金屬合金半固態漿料制備及成型技術是世界上各國同行關注的熱點和焦點。

從機理上講，制備金屬合金半固態漿料有三方面的要點：一是要對熔液進行攪拌，可以是機械式或電磁式；二是要嚴格控制熔液的溫度，以實現固相晶粒的按比例析出，防止晶粒以非球狀方式長大；三是可以添加變質劑或細化劑，以增加熔液中形成晶核的數量。從目前已發表的專利來看，大部分是針對機理一和二的方法和相應的裝置。以德國發明專利DE10?2004?032?443?A1為例，采用了在容器內設置螺旋的方法，螺旋轉動實現機械攪拌，利用容器壁內置電熱絲進行加熱和溫控。但從效果來看，若用一般螺旋的連續轉動實現攪拌，其優點是可使得半固態漿料固相與液相混合均勻而且溫度一致，裝置簡單和成本低。但螺旋的連續轉動會造成熔液表面的翻騰，加劇熔液與空氣的接觸，造成氧化；螺旋的連續運動使熔液產生定向流動，不利于容器中心與內壁處熔液的交混，也不利于剪切從內壁面開始長大的枝晶。若改用電磁式攪拌，易實現均勻化，但熔液降溫慢而效率低，裝置復雜和成本高。至于對熔液的溫度控制，目前都采用在容器外壁或壁內加裝冷卻管和加熱絲的方法，溫度控制要從容器壁慢慢滲透到熔液中心，效率低下而且造成晶粒粗大的傾向。

由此可見，目前的技術存在兩大缺點。首先是機械和電磁攪拌方法各有利弊，前者攪拌效果好而剪切差，后者剪切好而攪拌差。其次是外部控制熔液溫度的方法降溫十分緩慢，造成晶粒長大，達不到半固態漿料的合理結構。

發明內容：

本發明提出：1)采用內置式溫度控制為主的方式，實現熔液溫度快速脈動式控制，使局部熔液的溫度快速下降到共晶溫度點附近，以促使晶核產生，再緩慢上升到液相平衡溫度，以確保合金漿料中固液態相之間的比例。2)采用內置間歇對流式機械攪拌方式，在均勻熔液溫度場的同時，用沖擊的方式形成對漿料的剪切、摩擦和擠壓復合作用，機械破壞先期形成的枝晶。

兩種方法的集成使用，可使得溫度處于接近共晶點的局部熔液產生大量的晶核并長大。又通過機械式沖擊剪切、摩擦和擠壓復合作用，迅速折切斷枝晶，使晶粒呈球狀。又由于強烈的熔液內部的對流式攪拌，溫度較低的晶粒得到溫度較高熔液的焓而升溫，實現熱交換。整個過程循環進行。

本發明專利的突出的實質性特點和顯著的進步為：1)提出了脈動式控制金屬合金漿料的溫度的方法。溫度在共晶溫度和設定的液固相平衡溫度之間脈動。降溫時促進晶核的產生，升溫時控制漿料中液固相之間的比例，最終在設定的液固相平衡溫度時漿料達到預定的液固相比例要求。2)為實現本溫度控制方法，采用傳統的容器壁外冷卻的同時，增加內置式冷卻部件盤形管，在漿料靠近冷卻部件而被冷卻時，迅速產生大量晶核。3)增加了對漿料進行內置間歇式對流攪拌的方法。間歇式攪拌的間歇時間給晶核一定成長空間和時間，又由于突然進入剪切攪拌階段，晶粒的枝狀物極易剪切而折斷，形成球狀晶粒。內對流攪拌使得攪拌產生的剪切摩擦和擠壓在漿料內部進行，表面看似平靜，內部涌動翻騰，晶粒脫離冷卻部件的表面，但不加劇漿料表面接觸空氣氧化。4)為實現本攪拌方法，在機械式攪拌器上設置有相位角為90°的螺旋片右旋和左旋各一片，螺旋角應大于30°。當主軸轉動時，上端的右旋螺旋片推動漿料向下和向內部運動，下端的左旋螺旋片推動漿料向上向內部運動，使得剪切摩擦和擠壓的效果充分集成，漿料混合處處均勻。

本發明提出的方法可廣泛使用到各種金屬合金半固態漿料的制備上去。

附圖說明：

圖1是本發明“金屬合金半固態漿料制備方法及裝置”的裝置結構示意圖。圖中電動機為1，傳動鏈條為2，止推軸承為3，容器蓋為4，夾層冷卻介質口為5，滑動軸承為6，液面最低高度線為7，容器內壁為8，容器外壁為9，主軸為10，左旋螺旋片為11，溫度傳感器為12，盤形管為13，右旋螺旋片為14，定位銷為15，轉動接頭為16，盤形管冷卻介質口為17。