[發明專利]一種輕合金半固態漿料復合攪拌高效制備裝置

在審

• 申請號: 202011248199.1
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112452258A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 王開坤;王林春;胡志強;楊森
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B01J6/00
• 分類號: B01J6/00;B01J19/18
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種輕合金半固態漿料復合攪拌高效制備裝置，所述裝置包括驅動電機、溫控裝置、連接導管、攪拌器、攪拌器升降機構以及放置合金熔體的坩堝。在攪拌器伸入合金熔體前溫控裝置開始將高溫氣體通入攪拌器，使攪拌器處于合金半固態溫度區間或處于接近合金半固態溫度區間，避免攪拌器伸入合金熔體時產生表面激冷。在葉片中加入冷卻通道使得合金熔體能夠較快的降溫到半固態溫度區間。同時，葉片中冷卻通道上設置通孔，冷卻氣體通過通孔進入合金熔體，氣體攪拌和機械攪拌的協同作用加快半固態漿料的制備效率。剪切和冷卻的協同作用能破壞枝晶的生長環境，使合金熔體在溫度均勻的環境中生出近球狀顆粒，獲得良好的半固態漿料。

技術領域

本發明涉及半固態金屬加工領域，尤其涉及一種輕合金半固態漿料復 合攪拌的制備裝置。

背景技術

半固態金屬加工以其良好的成形性能，自20世紀70年代發明以來就 受到廣泛關注，隨著工藝技術的完善，又被廣大科學家譽為“21世紀最具前 沿的加工技術之一”。半固態金屬漿料作為半固態金屬加工工藝中最重要的 一環，半固態金屬漿料的質量決定著成型后產品的質量。獲得近球形的半固 態組織通常有兩種途徑：(1)獲得足夠多的形核核心，控制晶粒的長大過程， 抑制枝晶生長以及抑制晶粒長大；(2)對固相顆粒進行強剪切，使枝晶破碎。 基于制備半固態金屬漿料過程使用的機理，可將半固態漿料的制備工藝分為 三種：形核長大控制、攪拌/剪切、形核+攪拌/剪切。常見的半固態金屬漿料 攪拌方法有機械攪拌法、電磁攪拌法、氣泡攪拌法、低過熱度澆鑄法、超聲 波處理法和噴射沉積法等。其中機械攪拌法以其較低的成本、簡易的裝置、 較高的生產效率和良好的漿料質量為大多數半固態加工企業所接受，所以如 何利用簡易的設備降低半固態加工成本同時實現更好的半固態漿料是科研 人員不斷探索的目標。

申請號為202010522127.5的中國專利提出了螺旋管半固態漿料集成系 統，該專利提出了利用合金熔體自身的重力作用，使其在螺旋管中運動，利 用了螺旋管的特殊結構使合金熔體在流動過程中實現翻滾和剪切。螺旋管的 旋轉角通過頂板的上下移動可以實現，以此來改變剪切力的大小。高強度的 翻滾和剪切作用配合冷卻管的設計讓金屬熔體中剛形成的細小枝晶立即破 壞，形成細小、圓整的顆粒。但該方法容易造成螺旋管表面粘料，而螺旋管 的特殊結構使得清理困難，需要不斷清理，生產效率低、成本高，不利于工 業化的大規模生產。

申請號為202010593736.X的中國專利發明了一種錐桶式半固態金屬 漿料制備裝置，該專利設計了兩層保護殼，在第一保護外殼內部設有儲料外 腔，在第一保護外殼的下端設有第一出料口；在儲料機構的上端設有進料機 構，進料機構包括環形輸料管以及第二保護殼。該發明通過特殊的進料機構 避免了原料的堆積，反轉機構形成的較大的剪切力能夠提升裝置的效率。但 該裝置設計復雜、成本較高，加大了半固態金屬加工的成本，不利于工業化 推廣，且環形輸料管同樣存在著清理困難的問題，這也增加了大規模工業化 的難度。

文獻“Microstructure evolution of Al-Si semi-solid slurry by gasbubble stirring method(張磊,董選普,李繼強等.MICROSTRUCTURE EVOLUTION OF AL-SISEMI-SOLID SLURRY BY GAS BUBBLE STIRRING METHOD[J].中南大學學報(英文版),2011,(6):1789-1794.)”提出了一 種氣泡攪拌制備Al-Si合金半固態漿料的方法。該論文采用螺旋狀管形石墨 攪拌器，其壁上有直徑為1mm的小孔。石墨攪拌器通過空心攪拌棒與氬氣 鋼瓶相連。攪拌器和攪拌棒由電動機通過傳動帶旋轉。因此，可以通過旋轉 石墨攪拌器將氬氣引入熔體中。在熔體的浮力和旋轉石墨攪拌器產生的離心 力作用下，氣泡在熔體中上升并呈螺旋狀運動曲線，對熔體產生強對流和弱 攪拌作用。但該方法只使用了單一的氣體攪拌，半固態漿料制備效率低下， 且漿料制備受限于設備體積，無法滿足大規模生產的需要。

發明內容