一种制备半固态浆料的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备半固态浆料的方法，采用机械搅拌与气体搅拌相结合的方法制备浆料，包括在浆料不同温度下对搅拌速度、气体流量的控制过程，该方法制备的半固态浆料球状晶圆整度高，质量高。本发明专利技术还公开了一种适用于该制备方法的制浆装置，包括盛浆容器、机械搅拌杆、搅拌叶片、惰性气体控制装置、气体流通管、测温装置等结构，其中，搅拌叶片上设置有气孔，气流通入机械搅拌杆后通过搅拌叶片进入浆料中，机械搅拌作用与气泡剪切作用同时进行。该制浆方法及装置制浆效率高，适用于铝合金、镁合金、锌合金或铜合金等多种合金的半固态浆料制备，解决了半固态浆料固体含量低，浆料质量差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种制备半固态浆料的方法及装置
本专利技术涉及半固态压铸生产领域，尤其涉及一种制备半固态浆料的方法及装置。
技术介绍
半固态成形技术是21世纪前沿性的金属加工技术，近年来得到快速发展。半固态成形技术打破了传统的枝晶凝固模式，使合金组织均匀，降低了铸件内部缺陷，提高了铸件的综合性能。在半固态流变压铸工艺中，半固态浆料的质量是半固态成形技术的基础和关键因素，直接决定了半固态铸造产品的质量与成本，是半固态铸造的关键。目前，关于半固态浆料的制备工艺有很多，如机械搅拌法、电磁搅拌法、控制凝固法、应变激活工艺、粉末冶金法等，但是这些方法大多仅适用实验室研究，由于技术受限，不能推广应用到实际压铸生产过程，在实际生产中均存在一定问题，比如制备的半固态浆料固液比难控制，球状晶组织比例小，固体含量不稳定，制备效率低等。制浆工艺的控制对半固态浆料的质量至关重要，特别是制浆过程中浆料温度以及对枝晶物理作用力的控制。现有的气流搅拌法制浆效率低，制浆质量较差，半固态浆料固体含量低，球状晶圆整度低，导致一般的制浆工艺不能用于连续批量压铸生产。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上面描述的问题。本专利技术的目的是提供一种制备半固态浆料的方法及装置。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种制备半固态浆料的方法，包括以下步骤：1S将第一预定温度的熔融合金放入盛浆容器中，其中所述第一预定温度高于所述合金液相线温度30～100摄氏度；2S当熔融合金温度降为第二预定温度时，调节机械搅拌杆位置，使机械搅拌杆第二端深入到距离盛浆容器底部10～30毫米处，转动机械搅拌杆，其中机械搅拌杆的搅拌速度为200～900转每分钟，第二预定温度高于合金液相线温度20～70摄氏度；同时，以第一预定流量将惰性气体通入机械搅拌杆中，其中第一预定流量为15～50升每分钟；3S当半固态浆料的温度到达合金液相线温度以下10～90摄氏度时，停止搅拌与惰性气体通入，制得半固态浆料。其中，所述步骤2S包括步骤21S和步骤22S，具体步骤为：21S当熔融合金温度高于合金液相线温度20～70摄氏度时，机械搅拌杆的搅拌速度为400～900转每分钟，通入惰性气体的流量为15～35升每分钟；22S当浆料温度低于合金液相线温度5～15摄氏度时，机械搅拌杆的搅拌速度为200～400转每分钟，通入惰性气体的流量为30～50升每分钟。其中，具体包括以下步骤：1S将第一预定温度的熔融合金放入盛浆容器中，其中所述第一预定温度高于所述合金液相线温度65摄氏度；21S当熔融合金温度高于合金液相线温度45摄氏度时，调节机械搅拌杆位置，使机械搅拌杆第二端深入到距离盛浆容器底部20毫米处，转动机械搅拌杆，机械搅拌杆的搅拌速度为650转每分钟，惰性气体的流量为25升每分钟；22S当浆料温度低于合金液相线温度10摄氏度时，机械搅拌杆的搅拌速度为300转每分钟，惰性气体的流量为40升每分钟；3S当半固态浆料的温度到达合金液相线温度以下50摄氏度时，停止搅拌与惰性气体通入，制得半固态浆料。其中，所述合金包括铝合金、镁合金、铜合金或锌合金。其中，所述步骤2S中，惰性气体包括氮气或氩气。并且，所述惰性气体经过干燥处理。根据本专利技术的另一个方面，提供一种适用于上述制备半固态浆料方法的装置，所述制备半固态浆料的装置包括盛浆容器、测温装置、机械搅拌杆、N个搅拌叶片、惰性气体控制装置和气体流通管，N为大于1的整数；其中，所述机械搅拌杆为中空结构，包括第一端和第二端，搅拌状态下所述第二端进入浆料中，所述气体流通管的第一端与所述惰性气体控制装置相连，所述气体流通管的第二端插入所述机械搅拌杆内，并且，所述N个搅拌叶片上设置有气孔，所述搅拌叶片为中空结构并且与所述机械搅拌杆的中空部分相连通，测温装置设置在所述盛浆容器内。其中，所述搅拌叶片与所述机械搅拌杆呈第一预定角度α，α为20～50度。其中，所述N个搅拌叶片与所述机械搅拌杆第二端的垂直间距H为5～30毫米。并且，所述机械搅拌杆沿所述盛浆容器的中轴线竖直插入，所述机械搅拌杆的第二端与所述盛浆容器底部的距离可沿所述中轴线调节。根据本专利技术提供的制备半固态浆料的方法，惰性气体通入到机械搅拌杆中，并随着机械搅拌杆的搅拌，惰性气体进入浆料中进行搅拌冷却作用。其中，在步骤1S中熔融合金的温度高于合金液相线温度30～100摄氏度，熔融合金在放入盛浆容器中时会进一步降温，该状态下的熔融合金充分考虑了与盛浆容器的热交换过程，使热交换后的熔融合金温度范围包含后续步骤的温度操作范围；在步骤2S中，开始搅拌时的温度设为高于合金液相线温度20～70摄氏度，此时插入机械搅拌杆，对浆料进行搅拌通气体作用。机械搅拌以及惰性气体的进入对浆料有一定的激冷作用，高于合金液相线温度20～70摄氏度的温度范围具备一定缓冲作用，使浆料即将形成枝晶结构时，盛浆容器内的能量与温度场是均一的。机械搅拌杆的搅拌速度为200～900转每分钟，搅拌作用能够有效地打碎初生枝晶组织，同时通入惰性气体，惰性气体通过搅拌叶片上的气孔通入浆料中，弥补机械搅拌过程中的不足，同时惰性气体对浆料起到冷却作用，惰性气体的流量为15～50升每分钟，在该流量范围内，不会因为通气剧烈而引起浆料的飞溅，同时产生的气泡充分剪切折断后的初生固相，形成更多的球状晶组；在步骤3S中，将合金液相线温度以下10～90摄氏度的温度设置为制浆终点，该温度使合金浆料具有较高的半固态含量。机械搅拌杆插入的深度，需结合气流作用和机械搅拌作用两方面考虑，机械搅拌杆的第二端与盛浆容器底部越接近，气泡在浆料中的停留时间越长，但同时会弱化浆料上部的搅拌作用，结合搅拌叶片与机械搅拌杆第二端的位置关系，选取机械搅拌杆第二端深入到距离盛浆容器底部10～30毫米处，不仅导热良好，而且搅拌均匀，充分。其中，步骤2S包括两个阶段，即步骤21S和步骤22S：在21S阶段中，当熔融合金温度高于合金液相线温度20～70摄氏度时，机械搅拌杆的搅拌速度为400～900转每分钟，通入惰性气体的流量为15～35升每分钟；在22S阶段中，当浆料温度低于合金液相线温度5～15摄氏度时，机械搅拌杆的搅拌速度为200～400转每分钟，通入惰性气体的流量为30～50升每分钟。在搅拌冷却过程的21S部分，合金由熔融态向半固态转变，当浆料的温度高于合金液相线温度20～70摄氏度时，此时以机械搅拌为主，搅拌速度控制为400～900转每分钟，使浆料在短时间内温度达到均一，快速降温到合金液相线附近，提高制浆效率，并且较强的机械搅拌作用能充分打断初生树枝晶结构，折断后的枝晶在气泡的作用下球化为非枝晶组织，另一方面，在该搅拌速度下为防止浆料飞溅，惰性气体的通入量不可过大，需控制为15～35升每分钟。在搅拌冷却过程的22S部分，浆料温度低于合金液相线温度5～15摄氏度时，浆料中已分布一定数量的初生固相，此时以气泡搅拌为主，气泡内氢分压为零，在该分压差的作用下浆料中的氢进入气泡内随之排除，有效净化浆料，同时通过气泡的剪切作用使得枝晶组织破碎形成晶核，大量的晶核抑制晶粒的长大，使晶粒更加细小圆整。所以气流量控制为30～50升每分钟，机械搅拌作用则主要是维持浆料温度以及固体浓度的均一，搅拌速度大于200转每分钟，同时在较大的气流作用下，为防止浆料飞溅，搅拌速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备半固态浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1S将第一预定温度的熔融合金放入盛浆容器中，其中所述第一预定温度高于所述合金液相线温度30～100摄氏度；2S当熔融合金温度降为第二预定温度时，调节机械搅拌杆位置，使机械搅拌杆第二端深入到距离盛浆容器底部10～30毫米处，转动机械搅拌杆，其中机械搅拌杆的搅拌速度为200～900转每分钟，第二预定温度高于合金液相线温度20～70摄氏度；同时，以第一预定流量将惰性气体通入机械搅拌杆中，其中第一预定流量为15～50升每分钟；3S当半固态浆料的温度到达合金液相线温度以下10～90摄氏度时，停止搅拌与惰性气体通入，制得半固态浆料。

【技术特征摘要】
1.一种制备半固态浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1S将第一预定温度的熔融合金放入盛浆容器中，其中所述第一预定温度高于所述合金液相线温度30～100摄氏度；21S当熔融合金温度降为第二预定温度时，调节机械搅拌杆位置，使机械搅拌杆第二端深入到距离盛浆容器底部10～30毫米处，转动机械搅拌杆，其中机械搅拌杆的搅拌速度为400～900转每分钟，第二预定温度高于合金液相线温度20～70摄氏度；同时，以第一预定流量将惰性气体通入机械搅拌杆中，其中第一预定流量为15～35升每分钟；22S当浆料温度低于合金液相线温度5～15摄氏度时，机械搅拌杆的搅拌速度为200～400转每分钟，通入惰性气体的流量为30～50升每分钟；3S当半固态浆料的温度到达合金液相线温度以下10～90摄氏度时，停止搅拌与惰性气体通入，制得半固态浆料。2.如权利要求1所述的制备半固态浆料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1S将第一预定温度的熔融合金放入盛浆容器中，其中所述第一预定温度高于所述合金液相线温度65摄氏度；21S当熔融合金温度高于合金液相线温度45摄氏度时，调节机械搅拌杆位置，使机械搅拌杆第二端深入到距离盛浆容器底部20毫米处，转动机械搅拌杆，机械搅拌杆的搅拌速度为650转每分钟，惰性气体的流量为25升每分钟；22S当浆料温度低于合金液相线温度10摄氏度时，机械搅拌杆的搅拌速度为300转每分钟，惰性气体的流量为40升每分钟；3S当半固态浆料的温度到达合金液相线温度以下50摄氏度时，停止搅拌与惰性气体通入，制...

【专利技术属性】
技术研发人员：任怀德，张莹，王继成，李谷南，
申请(专利权)人：珠海市润星泰电器有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44