[發(fā)明專利]離心激冷制備半固態(tài)合金的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110368937.0
• 申請(qǐng)日: 2011-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN102409188A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓言言;周全;陳樂平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/00
• 分類號(hào): C22C1/00
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于半固態(tài)金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種離心激冷制備半固態(tài)合金的方法。

背景技術(shù)

自20世紀(jì)70年代，F(xiàn)lemings教授創(chuàng)立了半固態(tài)金屬成形的概念、理論和技術(shù)以來，半固態(tài)金屬加工技術(shù)受到國際材料界的廣泛關(guān)注，已成為當(dāng)今最活躍的研究領(lǐng)域之一。這種方法不僅可以降低成本，提高鑄件質(zhì)量與成品率，同時(shí)具有高效、節(jié)能、利于環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。目前一些發(fā)達(dá)國家已開始應(yīng)用于汽車制造業(yè)、通訊、電器、計(jì)算機(jī)及其輔助設(shè)備領(lǐng)域、航空航天等領(lǐng)域，并具有廣闊的發(fā)展前景。金屬及合金半固態(tài)成形技術(shù)一般分兩類，一類是半固態(tài)金屬或合金觸變成形，即先讓球狀初晶的金屬或合金半固態(tài)漿料完全凝固成坯料，再對(duì)適當(dāng)長度的坯料進(jìn)行半固態(tài)重熔加熱，將處于固液兩相區(qū)的半固態(tài)坯料送至壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)進(jìn)行成形；另一類是將球狀初晶的金屬或合金半固態(tài)漿料直接送至壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)進(jìn)行直接成形，即流變成形。無論是流變成形還是觸變成形，其中半固態(tài)(或稱非枝晶組織)合金的制備是整個(gè)過程的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，其目的是獲得適于半固態(tài)成型的初生相為球狀或顆粒狀的非枝晶組織，保證半固態(tài)金屬材料的供給。國內(nèi)外研究者在此方面作了大量研究工作，提出了許多制備方法與思想。其中主要包括：

①　機(jī)械攪拌法。此法是最早采用的方法，主要用于研究金屬的流變學(xué)性質(zhì)與流變鑄造。美國專利第3902544、3948650和3954455號(hào)公開了幾種制備金屬半固態(tài)漿料的機(jī)械攪拌方法，該方法利用旋轉(zhuǎn)葉片或攪拌棒將凝固中的初生固相枝晶打碎，獲得球狀或粒狀初晶的金屬半固態(tài)漿料。機(jī)械攪拌法存在下列缺點(diǎn)：1)?攪拌室和攪拌棒的壽命不長，金屬更易于氧化和污染，金屬內(nèi)部質(zhì)量很低；2）存在攪拌死角，影響漿料均勻性；3)設(shè)備笨重、操作困難、生產(chǎn)效率低，固相分?jǐn)?shù)只能限定在30%～60%范圍內(nèi)。

②　電磁攪拌法。為了克服機(jī)械攪拌法的諸多缺點(diǎn)，發(fā)展了電磁攪拌法。美國專利第4229210、4434837號(hào)公開了幾種制備金屬半固態(tài)漿料或連鑄坯料的電磁攪拌方法，利用強(qiáng)烈的電磁感應(yīng)力抑制初生枝晶的析出，制備球狀或粒狀初晶半固態(tài)金屬漿料，然后利用連鑄技術(shù)生產(chǎn)出球狀晶半固態(tài)金屬的連鑄坯料。電磁攪拌技術(shù)相對(duì)比較成熟，已在工業(yè)化生產(chǎn)得到了應(yīng)用。但該制備方法中金屬液的過熱度一般都在50℃以上，要求必須進(jìn)行強(qiáng)烈的電磁攪拌，即電磁攪拌所產(chǎn)生的剪切速率一般在500～1500s^-1，在這樣的剪切速率下，被攪拌金屬液的旋轉(zhuǎn)速度很高，一般都超過500?r/min，這時(shí)才能獲得細(xì)小和球狀初晶的半固態(tài)金屬漿料。如果剪切速率小于500s^-1，初晶的形態(tài)變差，多為薔薇狀初晶，而且連鑄坯料表面的枝晶層較厚，這種坯料的觸變性不良，不適于半固態(tài)成形。為了進(jìn)行強(qiáng)烈的電磁攪拌，電磁攪拌設(shè)備龐大，投資過高，而且電磁攪拌功率很大、效率很低、耗能很大，因此球狀或粒狀初晶半固態(tài)金屬連鑄坯料的成本較高，不適用大規(guī)格(Φ＞150mm)坯料的制備，亦不能直接制成零件。

③　傾斜板技術(shù)（中國專利ZL?200410009295.5，ZL200710176134.9及ZL?02145565.5）。在非攪拌條件下，將略高于液相線溫度的熔融金屬倒在傾斜板上，由于傾斜板的冷卻作用，在傾斜板上會(huì)有細(xì)小的晶粒形核長大，這些晶粒由于自重作用和熔融金屬流體的沖擊會(huì)從傾斜板上脫落、翻轉(zhuǎn)并落入容器中，通過合理的控制容器溫度，即可制得含有一定固相體積分?jǐn)?shù)的半固態(tài)漿料，隨后可進(jìn)行流變成形和觸變成形。該技術(shù)已由傳統(tǒng)所用的平直冷卻板發(fā)展到波浪形的斜板以及對(duì)傾斜板振動(dòng)、加熱等。目前該技術(shù)主要應(yīng)用于鋁合金和鎂合金半固態(tài)漿料的制備。

④　阻尼冷管法（楊浩強(qiáng).半固態(tài)鎂合金漿料制備及連續(xù)鑄軋過程的數(shù)值模擬研究[D]，博士學(xué)位論文，北京：北京有色金屬研究總院，2006）。將液相線溫度以上幾度的合金熔體通過一個(gè)阻尼冷管，利用管子的阻尼攪拌作用獲得理想的半固態(tài)漿料，獲得的半固態(tài)漿料可直接進(jìn)行流變鑄造或流變成形，也可制成坯料，目前已連續(xù)鑄軋出AZ91D鎂合金板帶。但該方法要求金屬液的澆注溫度非常接近該金屬液的液相線溫度，這使得金屬熔體溫度的控制變得十分困難；此外，該設(shè)備較為復(fù)雜，影響因素較多，獲得半固態(tài)合金需要一定的壓頭高度，即熔體液面必須高度穩(wěn)定，且具體的液面高度與合金及工藝要求相關(guān)，尚需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)中很難控制，直接影響了此種方法的應(yīng)用。