制备金属或合金半固态浆料以及非铝硅系铝合金半固态浆料的方法技术

本发明专利技术涉及制备金属或合金半固态浆料以及非铝硅系铝合金半固态浆料的方法，所述方法为：将金属或合金熔体加入容器中，然后对其进行电磁感应加热处理，频率为500‑1500Hz，待熔体温度下降至半固态温度区间时，得到金属或合金半固态浆料。本发明专利技术利用电磁感应的趋肤效应来加热表层浆料，减小浆料内部的温度梯度，解决了流变制浆过程中浆料温度与微观结构不均匀的问题，所得半固态浆料具有高固相含量、浆料温度和微观组织均匀、熔体无污染、装卸浆料方便等优点，尤其适用于非铝硅系铝合金的制备，推动了半固态金属成形技术的工业化生产，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
制备金属或合金半固态浆料以及非铝硅系铝合金半固态浆料的方法
本专利技术涉及金属或合金的半固态成形
，具体涉及制备金属或合金半固态浆料以及非铝硅系铝合金半固态浆料的方法。
技术介绍
20世纪70年代末，美国麻省理工学院M.C.Flemings等研究人员发现了金属或合金半固浆料的流变特性，并利用其专利技术了金属半固态成形技术，从此，金属或合金半固态浆料的制备和成形引起了世界各国学者的普遍关注和研究。半固态浆料的制备是金属半固态成形技术的基础与关键，据“Behaviorofmetalalloysinthesemisolidstate”(M.C.Flemings,MetallurgicalTransactionsB,1991,22B:269-293)、《金属材料半固态加工理论与技术》(康永林，毛卫民，胡壮麒，科学出版社，2004)、《半固态金属成形技术》(毛卫民，冶金工业出版社，2004)、《Semi-solidProcessingofAlloys》(D.H.Kirkwood,M.Suéry,P.Kapranos,H.V.Atkinson,K.P.Young,Springer-VerlagBerlinHeidelberg,2010)、《金属半固态加工技术》(谢水生，李兴刚，王浩，张莹，冶金工业出版社，2012)、《ComprehensiveMaterialsProcessing》(S.Hashmi,G.F.Batalha,C.J.VanTyne,B.Yilbas,Elsevier,2014)和《Semi-SolidProcessingofAluminumAlloys》(S.Nafisi,R.Ghomashchi,SpringerInternationalPublishing,2016)等文献的报道，获取金属或合金半固态浆料有多种方法，例如单螺旋搅拌法、双螺旋搅拌法、电磁搅拌法、气泡搅拌法、低过热度浇注和弱机械搅拌法、紊流效应法、化学晶粒细化法、超声波处理法、喷射沉积法、冷却斜槽法、连续流变转换法、旋转热焓平衡法等。但为了提升半固态浆料温度和微观解构的均匀性，增加制浆方法对不同体系合金适用的广泛性，同时降低制备成本，实现稳定连续可靠的工业化生产，各国学者、研究人员以及工业界仍在不断努力和探索，试图找到新的金属或合金半固态浆料的制备技术。CN101098974A提供了一种生产液-固金属组合物的方法和装置，将熔融金属装入容器中，然后将一定量的固态金属也装入所述容器中，在熔融金属冷却时对其进行机械搅拌，以使得熔融金属与固态金属之间发生热焓交换，在熔体中产生大量的固体颗粒，从而获得金属半固态浆料。这种方法原理简单、操作便捷，但不适合制备高固相含量的半固态浆料，并且搅拌过程容易引起气体和氧化皮卷入熔体，污染熔体。CN1772414A提供了一种施加复合电磁搅拌连续制备半固态金属浆料的方法，将熔炼合格的过热金属液连续不断地浇入到一个预热的中间包内，对中间包内的金属液施加电磁搅拌，使其在均匀冷却条件下温度接近液相线温度；然后，中间包内的金属液体经与之相连的导流管导出，同时在导流管外施加强烈电磁搅拌和冷却，来获得等轴、细化、均质的半固态金属浆料；最后，经过导流管的金属液进入一个保温器。经保温处理后的上述浆料可以直接被输送到压铸、轧制、模锻等常规成形设备上进行流变成形。该方法设备结构复杂，工艺复杂，搅拌效果不均匀，不能确保浆料内部温度场和微观结构的均匀性，不适用于制备高固相含量的半固态浆料。EP14729084.5提供了一种一种气泡扰动制备半固态金属浆料的新方法，在合金熔体冷却过程中，将石墨壁上开有许多小孔的石墨搅拌杆浸入低过热度的合金熔体中，将惰性气体通过石墨棒的小孔导入合金熔体中，在熔体浮力和旋转的石墨搅拌棒所产生的离心力作用下，气泡将在熔体中上升并做螺旋形轨迹的运动，对熔体产生强对流弱搅拌作用，当合金熔体温度降至半固态温度区间时便可获得半固态浆料。该方法会导致部分气泡滞留在合金熔体中，石墨棒的小孔容易堵塞，需要频繁清理，且不适合制备高固相含量的半固态浆料。CN1748904A提供了一种金属合金的半固体浓缩加工的方法，提供一个起始温度低于金属固相线温度的坩锅，将金属熔体倾倒入坩锅，金属熔体从高温冷却至半固态温度区间(低于液相线温度，且高于固相线温度)，并使金属熔体在半固态温度时维持足够的时间，让金属熔体和坩锅在金属的液相线温度和固相线温度间达到热平衡，以形成球状固相合金分散于液相中的半固态金属，并且可以除去存在于金属半固态结构中的一些(非全部)液相，以生成高固相含量的半固态结构。该方法的不足之处是难以保证浆料内部温度场和微观组织的均匀性，且不适用于非铝硅系铝合金。此外，还有很多制备半固态金属浆料的方法，例如CN1330990A公开了一种球状初晶半固态金属浆料或连铸坯料的制备方法和装置，CN1566395A公开了一种镁合金不等径弯道挤压-剪切诱导等温球晶化半固态坯复合制备法，CN1594618A公开了一种半固态金属及合金浆料或坯料的制备方法，CN101054636A公开了一种制备半固态合金的波浪型倾斜板振动装置及制备方法，CN104988343A公开了一种气冷多管搅拌制备轻合金半固态浆料的装置及方法，CN105234356A公开了一种变质剂诱导孕化铝合金半固态浆料的制备方法，CN105665654A公开了一种强化冷却搅拌制备半固态浆料方法和装置，CN206065349U公开了一种半固态金属浆料的电磁搅拌装置、CN108187562A公开了一种无卷气铝20锡半固态浆料的高效搅拌方法及装置等。以上各种制备半固态合金浆料的方法各有自己的特点，但也都存在各自的不足，大多数还只是停留在实验室研究阶段，且存在浆料内部温度场和微观结构不均匀、难以制备高固相含量的半固态浆料、污染熔体、不适用于非铝硅系铝合金等缺点，因此仍需提出新的制浆装置和方法。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了制备金属或合金半固态浆料以及非铝硅系铝合金半固态浆料的方法，解决了流变制浆过程中浆料温度与微观结构不均匀的问题，所得半固态浆料具有高固相含量、浆料温度和微观组织均匀、熔体无污染、装卸浆料方便等优点，尤其适用于非铝硅系铝合金的制备，推动了半固态金属成形技术的工业化生产，具有良好的应用前景。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种制备金属或合金半固态浆料的方法，所述方法为：将金属或合金熔体加入容器中，然后对其进行电磁感应加热处理，频率为500-1500Hz，待熔体温度下降至半固态温度区间时，得到金属或合金半固态浆料。金属或合金的固相分数对温度比较敏感，较小的温度差异就会导致较大的固相率差异，因此在制备半固态浆料时其对温度场的均匀性有着很高的要求。而传统制浆方法中，采用的是低频电流(频率一般小于50Hz)，目的是获得电磁搅拌效应(不产生电磁感应加热效果)，其主要利用电磁力对熔体实施搅拌，起到成分均匀化的作用，但是电磁力由熔体表面向芯部快速衰减，对芯部熔体搅拌效果很弱，导致搅拌效果不理想，无法实现使温度场均匀化的效果。本专利技术利用中频电磁感应设备对金属或合金熔体进行处理，通过控制电磁场的频率为500-1500Hz，利用电磁感应的趋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备金属或合金半固态浆料的方法，其特征在于，所述方法为：将金属或合金熔体加入容器中，然后对其进行电磁感应加热处理，频率为500‑1500Hz，待熔体温度下降至半固态温度区间时，得到金属或合金半固态浆料。

【技术特征摘要】
1.一种制备金属或合金半固态浆料的方法，其特征在于，所述方法为：将金属或合金熔体加入容器中，然后对其进行电磁感应加热处理，频率为500-1500Hz，待熔体温度下降至半固态温度区间时，得到金属或合金半固态浆料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属或合金熔体的初始温度高于金属或合金液相线10-60℃。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述容器的初始温度低于所述金属或合金的固相线温度；优选地，所述容器的初始温度为0-300℃。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述容器的材质为石墨、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、铸铁、不锈钢、钛、钛合金、镍或镍合金中的任意一种。5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述将金属或合金熔体加入容器的过程中倾斜容器，使金属或合金熔体与容器的内壁接触后进入容器。6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，利用中频电磁感应加热设备在所述容器外部对其进行电磁感应加热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢宏兴，朱强，李干，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44