一种制备金属半固态浆料的装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种制备金属半固态浆料的装置及应用，属于材料科学技术领域；该装置由熔炉、转棒诱导形核系统、旋转磁场发生器和结晶器三部分组成，过热金属熔体加热到预定温度后经过浇道正对转棒浇注，在转棒的切向力作用下，金属液绕转棒铺展形成熔体薄膜，促使熔体整体过冷，诱导熔体薄膜内部初生相大量形核，磁场的存在促使液膜在转棒周围均匀铺展，产生均匀过冷，熔体薄膜短暂地铺展后飞离转棒，防止初生相的进一步长大，最终获得得细小球状或近球状的显微组织，在该装置中通过控制金属熔体的温度、流速、转棒的转速、磁场发生器的电流大小来得到组织均匀、圆整的半固态合金浆料。

【技术实现步骤摘要】
一种制备金属半固态浆料的装置及应用
本专利技术涉及一种制备金属半固态浆料的装置及应用，属于材料科学

技术介绍
金属半固态成形（Semi-SolidFormingofMetals）就是在具有一定固液区间的金属凝固过程中，通过对其进行强烈搅拌、加入晶粒细化剂等方法来改变初生固相的形核和长大过程，得到一种晶粒细小、圆整、均匀分布的固液混合浆料。金属半固态成形技术自从上世纪70年代被美国麻省理工学院Flemings的研究团队发现并提出以来，国内外学者提出了很多制备半固态浆料的方法，其中电磁搅拌技术在其中占据了主导地位，电磁搅拌不同于机械搅拌，不会在搅拌的过程中污染合金浆料，还可以防止在搅拌过程中气体的卷入，电磁搅拌参数容易控制，便于控制半固态浆料的生产。电磁搅拌法之所以能够作为半固态浆料的主流制备方法就是利用了电磁力产生的金属液的强迫流动来影响和控制凝固过程，即利用通过磁场与金属液的相对运动，在金属液中产生感生电动势、电流及磁场，与外加磁场的交互作用使金属液承受洛伦兹力而产生强迫流动，它是属于外场作用下枝晶破碎球化技术。传统的电磁搅拌技术就是在凝固过程中，对以枝晶方式生长的合金初生相实施剧烈搅拌，使枝晶发生断裂，进入熔体内部，实现晶粒的倍增，搅拌的强大越大，晶粒倍增现象越明显，晶粒越细，但是这种传统的电磁搅拌技术制浆方法能量消耗大、制备时间长且当搅拌强度超过某一特定值时，由于晶粒间的相互碰撞，晶粒细化的作用反而变差。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种交变磁场耦合作用下转棒诱导形核制备金属半固态浆料的方法及其装置，该方法在制浆过程中，金属液膜在转棒上均匀铺展，均匀过冷，在转的诱导作用下迅速形核，金属液膜在与转棒短暂接触后迅速飞离，防止了晶粒的进一步长大，获得均匀、细小的等轴晶粒，而且可以与具体的成型系统直接结合起来，具有操作简单、能量消耗低、制备时间短的优点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备金属半固态浆料装置，实现金属熔体的均匀过冷，能够更好的促进初生相的形核且使游离晶核在熔体中均匀分布，最终获得组织均匀的半固态浆料，提高制备半固态浆料的质量，减少制备时间。该制备金属半固态浆料的装置包括支撑架1、磁场发生器3、调速电机5、速度控制器6、传动皮带7、转棒10、石墨塞杆11、热电偶12、熔炉13、浇道15、电流控制器16、结晶器17，磁场发生器3、调速电机5、熔炉13固定于支撑架1上，转棒10固定于支撑架1上且位于磁场发生器3的内腔里，调速电机5与转棒10通过传动皮带7相连，在熔炉13上设有石墨塞杆11、热电偶12、浇道15，浇道15与熔炉13连通，浇道15的入口设于石墨塞杆11的下端，浇道15的出口正对转棒10，在磁场发生器3的下部设有结晶器17，调速电机5与速度控制器6连接，电流控制器16和磁场发生器3相连。本专利技术所述转棒10和旋转磁场发生器3内筒为中空，转棒10上设有转棒冷却水入口8、转棒冷却水出口9，旋转磁场发生器3上设有磁场发生器内筒冷却水入口2、磁场发生器内筒冷却水出口4，可通入循环冷却水。本专利技术的另一目的是将制备金属半固态浆料的装置用于制备金属半固态浆料，其特征在于：转棒的转速为100~3000r/min，电流的大小为5~50A，在整个诱导形核过程中通入保护气体，减少氧化和气体卷入，提高半固态浆料的质量。本专利技术所述装置的转棒可通过调速电机带动并在磁场发生器产生的磁场中旋转，过热金属熔体加热到预定温度后经过浇道正对转棒浇注，在转棒的切向力作用下，金属液绕转棒铺展形成熔体薄膜，转棒激冷作用促使熔体薄膜整体过冷，诱导熔体薄膜内部初生相大量形核，磁场发生器产生的磁场促使液膜在转棒周围均匀铺展，获得厚度均匀的液膜，熔体薄膜短暂地铺展后，在转棒的离心力作用下飞离转棒，防止进一步过冷和初生相的进一步长大，同时在交变磁场在熔体内部产生的感应磁场，使得熔体内部得到充分搅拌，提高溶质和温度分布的均匀性，降低晶粒选择性生长的程度，达到晶粒细化、球化的效果。本专利技术所述装置中浇注速度，转棒和磁场发生器的参数容易控制，操作简单，可连续浇注，在不改变压铸机、离心机等成型系统结构的前提下，本装置可直接安装在其进料口，实现短流程的半固态成形。本专利技术所述装置的使用过程：浇注开始前，通过速度控制器6和电流控制器16设定调速电机5的转速和磁场发生器3的电流大小，过热金属熔体14在熔炉13中加热到预定温度后经过浇道15正对转棒10浇注，在转棒10的切向力作用下，金属液绕转棒铺展形成熔体薄膜，转棒10激冷作用促使熔体薄膜整体过冷，诱导熔体薄膜内部初生相大量形核，磁场发生器3产生的磁场促使液膜在转棒10周围均匀铺展，获得厚度均匀的液膜，熔体薄膜短暂地铺展后，在转棒10的离心力作用下飞离转棒10，防止进一步过冷和初生相的进一步长大，在结晶器17中获得具有细小球状或近球状的显微组织的半固态浆料，在该装置中通过控制金属熔体的温度、流速、转棒的转速、磁场发生器的电流大小来得到组织均匀、圆整的半固态合金浆料。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术的装置及方法可以获取组织均匀、圆整的半固态合金浆料，通过本装置及方法制备的半固态合金浆料，其显微组织得到明显细化，形态更加圆整，初生相分布更均匀；（2）本专利技术的装置及方法可以获取无污染的半固态合金浆料，在浆料的制备过程中不需添加任何变质剂且可以对其气氛保护，不会将其它成分带入合金中而影响实验结果；（3）由于转棒转速和磁场强度可以调节，转棒和磁场发生器内筒的直径大小可以改变，因此可以根据具体的实验条件选择适当的工艺参数；（4）装置结构简单、制浆流程短、可连续制浆、成本低、效率高，与此同时，能够与其他成形设备结合，直接制备具有优良性能的半固态器件，降低了半固态浆料储存和输送所需的成本。附图说明图1是本专利技术的激冷棒与电磁搅拌复合制备半固态浆料装置结构示意图；图2是处理前的金相组织图；图3是实施例1制备的半固态浆料金相组织图；图4是实施例2制备的半固态浆料金相组织图；图5是实施例3制备的半固态浆料金相组织图；图中：1-支撑架，2-磁场发生器内筒冷却水入口，3-磁场发生器，4-磁场发生器内筒冷却水出口，5-调速电机，6-速度控制器，7-传动皮带，8-转棒冷却水入口，9-转棒冷却水出口，10-转棒，11-石墨塞杆，12-热电偶，13-熔炉，14-低过热度熔体，15-浇道，16-电流控制器，17-结晶器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本法的保护范围并不限于所述内容。实施例1本实施例所述制备金属半固态浆料装置包括：支撑架1、磁场发生器3、调速电机5、速度控制器6、传动皮带7、转棒10、石墨塞杆11、热电偶12、熔炉13、浇道15、电流控制器16、结晶器17，磁场发生器3、调速电机5、熔炉13固定于支撑架1上，转棒10固定于支撑架1上且位于磁场发生器3的内腔里，调速电机5与转棒10通过传动皮带7相连，在熔炉13上设有石墨塞杆11、热电偶12、浇道15，浇道15与熔炉13连通，浇道15的入口设于石墨塞杆11的下端，浇道15的出口正对转棒10，在磁场发生器3的下部设有结晶器17，调速电机5与速度控制器6连接，电流控制器16和磁场发生器3相连，如图1所示。本专利技术所述转棒10和旋转磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备金属半固态浆料的装置，其特征在于：该装置包括支撑架（1）、磁场发生器（3）、调速电机（5）、速度控制器（6）、传动皮带（7）、转棒（10）、石墨塞杆（11）、热电偶（12）、熔炉（13）、浇道（15）、电流控制器（16）、结晶器（17），磁场发生器（3）、调速电机（5）、熔炉（13）固定于支撑架（1）上，转棒（10）固定于支撑架（1）上且位于磁场发生器（3）的内腔里，调速电机（5）与转棒（10）通过传动皮带（7）相连，在熔炉（13）上设有石墨塞杆（11）、热电偶（12）、浇道（15），浇道（15）与熔炉（13）连通，浇道（15）的入口设于石墨塞杆（11）的下端，浇道（15）的出口正对转棒（10），浇道（15）的出口正对转棒（10），在磁场发生器（3）的下部设有结晶器（17），调速电机（5）与速度控制器（6）连接，电流控制器（16）和磁场发生器（3）相连。

【技术特征摘要】
1.一种制备金属半固态浆料的装置在制备金属半固态浆料中的应用，其特征在于：在整个诱导形核过程中通入保护气体；所述制备金属半固态浆料的装置包括支撑架（1）、磁场发生器（3）、调速电机（5）、速度控制器（6）、传动皮带（7）、转棒（10）、石墨塞杆（11）、热电偶（12）、熔炉（13）、浇道（15）、电流控制器（16）、结晶器（17），磁场发生器（3）、调速电机（5）、熔炉（13）固定于支撑架（1）上，转棒（10）固定于支撑架（1）上且位于磁场发生器（3）的内腔里，调速电机（5）与转棒（10）通过传动皮带（7）相连，在熔炉（13）上设有石墨塞杆（11...

【专利技术属性】
技术研发人员：周荣锋，何志坚，陈宗宝，蒋业华，周荣，卢德宏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：