一种半固态浆料制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半固态浆料制备方法和装置。该方法综合利用气流搅拌、电磁振动及添加异质形核剂三种工艺。带孔石墨头和空心搅拌杆相连，旋转电机通过齿轮传动驱动搅拌杆旋转并带动石墨头旋转；气体经过套筒并通过空心搅拌杆到达石墨头，然后从小孔溢出，实现对金属液的旋转吹气搅拌。电磁振动台能实现对坩埚中金属液的电磁振动。向金属液中添加异质形核剂，促进浆料组织的进一步球化和细化。金属液熔炼好之后，将石墨头深入金属液，对金属液旋转吹气搅拌。同时对金属液进行振动，通过送粉管加入异质形核剂，从而制备出初生晶粒圆整的半固态浆料。所制半固态浆料纯净无污染，所用设备简单，工艺参数容易控制，制浆流程短，能耗小，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半固态浆料制备
，具体涉及一种新的半固态浆料制备方法和 装置，尤其适合于铝镁等轻合金的半固态浆料制备。
技术介绍
目前，国内外关于半固态制浆的方法和装置多种多样，概括起来可以分为强搅拌 和弱搅拌两大类。强搅拌法主要包括机械搅拌、电磁搅拌、单辊剪切冷却等，弱搅拌法主要 有倾斜式冷却剪切技术、近液相线浇注、应变诱发熔化激活等。其中每一种方法都有各自 的优点，同时有它的弊端。强搅拌法中的机械搅拌法虽然设备简单，但是容易卷入气体，熔 体易受污染，工艺参数不易控制，搅拌能量消耗大且晶粒尺寸较大；电磁搅拌法虽然不污染 熔体、生产效率高，但设备复杂、成本较高；单辊剪切冷却技术适于批量生产，但是不易控制 和操作；弱搅拌法中的倾斜式冷却剪切技术虽然成本低、流程短，但是工艺参数不易控制， 还需要结合其它半固态方法；近液相线铸造法工艺简单、适用范围广，但是晶粒组织效果不 佳。总之，很多半固态浆料制备方法存在工艺参数复杂难以控制、设备投资大、能耗高、浆料 不纯净或不稳定等问题。Yurko James A. Holland, MI, Brower ；Rodger ff. Allendale, MI, Martinez ；Raul A. Somerville, MA, Flemings等于2004年申请专利，他们利用石墨棒代替传统的金属搅拌 装置对金属液进行搅拌，这样可以避免对熔体的污染，并且石墨棒和金属液的润湿作用也 较小，但是他们没有引入气体，单一石墨棒对金属液的搅拌作用是很有限的，而且所制熔体 的多少受到石墨棒大小的限制。2006年，J. Wannasin，R. A. Martinez和M. C. Flemings又对 石墨棒进行了改进，即在石墨棒上开孔并向金属液中通入氩气，从而可以实现金属液的晶 粒球化和细化作用。关于振动使枝晶碎断和细化的作用已经成为国内外学者的共识。2009年， Chaowalit Limmaneevichitr、Songwid Pongananpanya 禾口 JulathepKajornchaiyakul 通过 对金属液施加机械振动并配合适当的浇注温度制得了铝合金半固态浆料；2008年，吴树森 等通过向金属液中引入超声振动制备铝合金半固态浆料。关于异质形核剂(晶粒细化剂) 对半固态组织的影响方面，刘政、胡咏梅研究表明，稀土 Y以及钠或钠盐均能影响ZL101铝 合金半固态初生相的形貌，使其更细小、更圆整。目前，很多半固态制浆方法存在熔体易于卷气夹杂、易受污染，设备复杂、能耗大、 成本高，不易控制和操作繁琐等缺点。
技术实现思路
为克服以上缺点，本专利技术提供了一种半固态浆料制备方法，该方法具有设备简单、 流程短、浆料质量好、能耗小、成本低、适用范围广的特点；本专利技术还提供了实现该方法的装置。本专利技术提供的一种半固态浆料制备方法，其特征在于该方法包括下述步骤第1步进行金属熔炼；第2步当金属液温度下降到预定处理温度以上20°C时，对石墨头和送粉管进行预 热，预定处理温度为金属液相线以上10°c 20°C ；第3步待熔炼金属液温度降至液相线以上10°C 20°C范围内时，利用旋转石墨头 对金属液实施吹气搅拌，并对金属液进行电磁振动，还通过送粉管加入异质形核剂，进行复 合制浆处理，处理的时间是2 4分钟，处理过程中，石墨头的转速为0 200转/分钟，吹 入的气体为氩气，气体流速为2 5m3/h，电磁振动的频率为1 400HZ，振幅为0 5mm，异 质形核剂为质量分数为0. 005 0. 15%的钠或质量分数为0. 1 0. 8%的钇；第4步将处理后的浆料恒温静置30 90秒。实现上述的半固态浆料制备方法的装置，其特征在于，该装置的结构为电阻炉放 置于支架上，支架的下方放置电磁振动台；坩埚通过坩埚托位于电阻炉的中部位置；坩埚 托的上部支撑起坩埚，下部穿过电阻炉底部开的通孔及支架固定在电磁振动台上；套筒固 定在横梁上，送粉管、热电偶与空心搅拌杆平行，它们的一端均固定在套筒上，另一端均插 入至坩埚内；石墨头位于坩埚内，并固定在空心搅拌杆上；升降电机及齿轮均固定在横梁 上，横梁套装在立柱上，齿条固定在立柱上，升降电机带动齿轮转动，齿轮将沿着齿条上下 动作，带动横梁沿着立柱上下滑动。本专利技术方法吸收了气流搅拌、电磁振动及添加异质形核剂三种工艺的优点，具有 设备简单、工艺参数易于控制、所制浆料纯净无污染、组织均勻、能耗小、成本低、流程短、效 率高等诸多优点。与Flemings等人的装置相比，石墨头由静置到旋转，将大大增强气流搅 拌的效果，易于实现对大体积金属液的均勻搅拌；同时，电磁振动和异质形核剂的引入将对 半固态组织起到进一步的球化和细化作用。使用该方法与装置能制得初生晶粒更加圆整的半固态浆料，浆料的半固态状态能 保持更长的时间，且浆料纯净无污染、组织均勻。生产过程能耗小、成本低、设备简单、制浆 流程短、工艺参数容易控制。附图说明图1是本专利技术装置的示意图；图2是搅拌用的石墨头的形状，其中，图2. 1为主视图，图2. 2为俯视图；图3是本专利技术方法的原理示意图。图1中1-立柱，2-升降电机，3-齿轮，4-齿条，5-横梁，6-旋转电机，7-氩气 入口，8-套筒，9-送粉管，10-空心搅拌杆，11-热电偶，12-坩埚，13-金属液，14-石墨头， 15-坩埚托，16-电阻炉，17-电磁振动台，18-支架。图3中14_石墨头，19-枝晶碎断， 20-气泡，21-激冷晶核，22-异质形核剂。具体实施例方式下面通过借助实施例更加详细地说明本专利技术，但以下实施例仅是说明性的，本发 明的保护范围并不受这些实施例的限制。本专利技术方法的工艺步骤和工艺条件(1)金属熔炼将金属锭放在电阻炉内熔化并过热，过热温度一般为金属液相线以上60 70°C。(2)石墨头和送粉管预热当过热金属液温度下降到预定处理温度以上20°C时， 启动升降电机降下横梁，使石墨头和送粉管在高温金属液表面的上方进行预热。预定处理 温度通常为液相线以上10°c 20°C。(3)复合制浆处理待金属液温度降至液相线以上10°C 20°C范围内时，降下横 梁，将石墨头、送粉管及热电偶插入金属液，对金属液进行吹气搅拌、电磁振动及外加异质 形核剂的复合制浆处理，处理的时间是2 4min。实验中石墨头的转速为0 200转/分 钟。吹入的气体为氩气，流速范围为2 5m3/h。电磁振动的频率为1 400HZ，振幅为0 5mm。外加的异质形核剂为质量百分数为0. 005 0. 15%的钠(Na)或质量百分数为0. 1 0. 8% 的钇(Y)。(4)静置处理复合制浆处理完后恒温静置30 90s，即得半固态浆料。如图1所示，本专利技术装置的结构为电阻炉16放置于支架18上，支架18的下方放置电磁振动台17。金属液13在坩 埚12中，坩埚12通过坩埚托15位于电阻炉的中部位置。坩埚托15的上部支撑起坩埚12， 下部穿过电阻炉底部开的通孔及支架固定在电磁振动台17上。石墨头14位于坩埚12内，并通过螺纹连接固定在空心搅拌杆10的一端上。套筒 8焊接在横梁5上，空心搅拌杆10通过螺纹连接固定在套筒8上，送粉管9及热电偶11的 一端均与空心搅拌杆10平行地固定在套筒8上，另一端均插入至坩埚1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半固态浆料制备方法，其特征在于该方法包括下述步骤：第１步进行金属熔炼；第２步当金属液温度下降到预定处理温度以上２０℃时，对石墨头和送粉管进行预热，预定处理温度为金属液相线以上１０℃～２０℃；第３步待熔炼金属液温度降至液相线以上１０℃～２０℃范围内时，利用旋转石墨头对金属液实施吹气搅拌，并对金属液进行电磁振动，还通过送粉管加入异质形核剂，进行复合制浆处理，处理的时间是２～４分钟，处理过程中，石墨头的转速为０～２００转／分钟，吹入的气体为氩气，气体流速为２～５ｍ↑［３］／ｈ，电磁振动的频率为１～４００ＨＺ，振幅为０～５ｍｍ，异质形核剂为质量分数为０．００５～０．１５％的钠或质量分数为０．１～０．８％的钇；第４步将处理后的浆料恒温静置３０～９０秒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董选普，张磊，李建军，樊自田，王文俊，陈东风，魏必明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]