[发明专利]生产液-固金属组合物的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产液-固金属组合物(或混合物)的方法，包括将熔融金属或合金装入容器、将固态金属或合金装入容器以及在其冷却时搅拌该熔融金属或合金的步骤。

本发明还涉及一种用于实施本发明的方法的装置。

该熔融金属或合金的成分可以由宽范围的多种金属或合金组成，然而特别是由当没有搅动地从液态凝固时易于形成枝晶或小面化生长形态的金属或合金组成。

应当认识到，当装入容器时，该熔融金属或合金不必处于液态。其也可以呈固态形式装入，并且随后熔化，以获得其液态或大部分的液态。如果这样的话，在熔融相产生后，该固态金属或合金被装入。

还应当认识到，通常，熔融金属或合金和固态金属或合金装入容器的顺序是可选择的。

背景技术

众所周知，由半固态材料制造的部件与根据传统工艺生产的对应部件相比具有具有许多优点。“半固态”指包括特定重量百分比的固体颗粒(固体微粒)的熔体，其中该固体颗粒由熔体的冷却形成。这种材料的铸造所产生的铸件的优点是具有较少的缺陷、更佳的机械性能等。

基于半固态材料的金属部件的生产通常包括在容器中加热金属或合金，以使其呈液态，随后对熔融材料进行冷却，直到其达到半固态状态。一旦达到半固态状态，该材料典型地可在一模具或用于成品或半成品制造的连续铸造的装置中铸造。

随着其固化，许多金属和合金易于形成所谓的枝晶结构(或枝晶组织)。然而，由于这种结构具有对半固态材料的触变性能的不利影响，应当尽可能避免形成这种结构。根据最接近的现有技术、例如美国专利6,645,323所公开的内容，这种在冷却和固化时的枝晶结构的形成可通过搅动熔体的方式来避免。

根据美国专利6,645,323，在控制条件下并由旋转机械装置搅动的同时，液态熔融金属被很快地冷却，以形成期望的触变性浆料。引起搅动的其它方式、例如利用电磁搅拌器也是可行的。该搅动延续到当在熔体中形成预定的少量固体物材料时的特定点。然后，在无搅动的情况继续冷却。当在浆料中获得给定量的固态金属时，其被用于铸造操作。

然而，根据该现有技术的工艺需要熔体的外部冷却，其通过在容器外提供的冷却装置或熔体内提供的冷却装置、例如在搅拌器中进行。因此，现有技术需要冷却控制，包括温度控制在内，以控制所获得固体材料的百分率。这使得这些现有技术的方法相对缓慢并且成本高。

现有技术还教导添加固态金属或合金，以作为促进成核的孕育剂或作为合金添加剂。

WO 2004027101公开了一种方法，该方法通过将过共晶合金和固态/半固态亚共晶合金混合来精炼过共晶合金中的初生(初级)硅。该方法提供对过共晶Al-Si中初生Si的形态、尺寸和分布的控制，该过共晶Al-Si通过亚共晶Al-Si液体与过共晶Al-Si液体混合进行铸造，以通过获取初生Si颗粒的形成获取理想的机械性能。根据该现有技术，该方法还要求长时间的过共晶合金-亚共晶合金混合物的冷却控制，以形成半固态金属。该初生Si颗粒的大体均匀分布由混合过程中更快的温度下降控制。冷却过程中不建议搅拌熔体。

根据美国专利6,880,613，描述了一种方法，该方法通过将至少两种亚共晶合金混合于固态/半固态浆料中来精炼至少两种亚共晶合金中的初生铝。该方法提供对亚共晶Al-Si铸造中初生Al的形态、尺寸和分布的控制，该亚共晶Al-Si通过亚共晶Al-Si液体与固态亚共晶Al-Si颗粒混合进行铸造，以获取理想的机械性能。在该现有技术的一个实施例中，小块固态亚共晶Al-Si合金用于与液态亚共晶Al-Si混合，以形成亚共晶Al-Si浆料。初生Al颗粒的大体均匀分布由混合过程中更快的温度下降控制。混合过程中不建议搅拌熔体。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种快速形成液-固组合物的方法，其中固体颗粒均匀分布于大量液-固金属合金中。该液-固金属应当具有如下性能，以使得避免在进一步冷却和缺乏任何进一步搅拌的情况下形成任何固态枝晶网络。

本发明的另一目的是提供一种用于生产液-固金属组合物的方法，该方法减少或甚至消除了对熔融金属或合金的外部冷却的需要，但仍然导致液-固浆料的快速生成，该浆料例如可被用于随后的生产成品或半成品的铸造工艺。本发明还应当减少液-固浆料制备过程中控制熔体温度的需要。

本发明的又一目的是提供一种方法，其中液-固金属组合物可以由液态金属或合金和固态金属或合金的新成分组合中快速产生。

本发明的再一目的是提供一种既便于实施、又低成本的方法。