[发明专利]镁合金半固态注射成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金半固态注射成形方法，特别是涉及一种镁合金半固态浆料制备及其成形方法，属于金属加工工艺领域。

背景技术

目前，金属半固态触变加工技术的生产过程采取的工艺路线是，以电磁搅拌或是机械搅拌+连续铸造的方法制备金属半固态坯料，根据零件要求将坯料定尺切割成锭料，把锭料放入二次加热设备进行二次加热部分重熔，待锭料恢复到半固态状态时，将其放入压铸机的压室中进行半固态压铸成形。该工艺的加工流程较长，工艺较复杂，需要二次加热，耗能高，且工艺过程难以有效控制，成本较高，在一定程度上限制了半固态工艺的大范围应用。

与上述工艺过程相反，镁合金半固态注射成形由于工艺过程的稳定性、可一步成型等优点具有良好的应用前景。注射成形是一种新的金属成形技术，其工艺过程是先将合金原料转化成一种在连续液相金属中弥散着球形或类球形金属颗粒的半固态浆料，然后再将此浆料注射到模具内成形。与传统的高压压铸工艺相比，经注射成形的零件具有如下的优点：1)无气孔，因为半固态浆料具有非牛顿粘性(即粘性与切变速率成反比)；2)收缩率小，因为浆料中含有固相成分，充模温度较低。由于半固态浆料的腐蚀性要比液态金属小，注射成形还可以增加诸如模具、螺旋输送杆和套筒等工具部件的使用寿命。一般来说，注射成形要比传统压铸技术更适用于制造具有更高强度、更好韧性和更高尺寸精度的优质模铸件。近年来，注射成形已经在多种工业部门中获得日益广泛的应用，特别是用来制造各类镁合金制品。事实上，美国金属协会已于最近将注射成形技术列为制造镁合金制品的技术标准之一

目前的注射成形工艺是借助于一种在美国专利号5040589中所描述的与普通尼龙注塑机结构相类似的设备来完成的。在此工艺过程中，屑状原料被投放到内部安装有旋转螺旋输送杆的外热式套筒中并在那里被加热到其固相线和液相线之间的某一温度。处于半熔融状态的原料在被旋转螺旋输送杆搅拌推进的同时也被转化为含有退化树枝晶粒的半固态浆料并被收集在注射喷嘴和螺旋输送杆顶端之间的空间内。当收集的浆料足够多时，螺旋输送杆被快速推进并将浆料射注进一模腔内。

尽管现有的注射成形方法和设备已被成功地使用着，但还具有下述的不足和缺陷：

(1)半固态浆料是由未熔化的切屑形成的，在半固态浆料的制备过程中固相经历了高温过程，固相内部会发生晶粒长大和晶界熔化，严重影响了材料的机械性能和抗腐蚀能力。此外在浆料中的固相成分太高的情况下，固相形态差，而且固相内枝晶可能会退化不充分，这会导致在铸件中，特别是在薄壁件中，生成缩孔缺陷以及尺寸稳定性差等问题；

(2)完全采用枝晶屑料还存在着充填密度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金半固态注射成形的方法，利用镁合金切屑和镁(铝)合金球形金属粉末熔化速度的差异，采用金属切屑和球形金属粉末的混合金属粉末制备半固态浆料，其中镁合金切屑不仅能够采用亚共晶合金，而且能够采用共晶合金，扩大了半固态合金的加工范围；即高固相体积分数的镁和镁铝合金半固态注射成形方法，显著提高镁合金半固态成品率及产品质量。

本发明的另一个目的在于提供一种用于镁合金半固态注射成形方法的装置，该装置结构紧凑，易于加工制造，使用和维护方便。

本发明的技术方案是这样实现的：镁合金半固态注射成形方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步 在金属粉末混合装置中对按照比例加入的镁合金切屑和镁(铝)合金球形金属粉末进行混合，在混合过程中通入氩气进行保护，将混合均匀的金属粉末送入注射机加料斗中；

第二步 料斗中的金属粉末经螺杆定量供给装置定量送入金属套筒中；

第三步 在集注射、搅拌、输送功能为一体的金属套筒装置内，采用螺旋输送杆对金属套筒中的金属粉末施以剪切力，并通过剪切过程中的温度调整，将镁合金切屑完全熔化，镁(铝)合金球形金属粉末表面微熔状态，形成为固液混合状态；

第四步 利用注射机将上述的半固态浆料射出至一模具内成形，形成半固态注射成形产品。

本发明中所叙述的镁(铝)合金球形金属粉末由气体雾化方法制备成尺寸为10-30μm的球形金属颗粒，内部晶粒尺寸为3-8μmm；镁合金切屑由镁合金铸锭切削制成，其空间形态为扭曲的柱状长方体，尺寸为(1-1.5)mm×(1-1.5)mm×(2-3)mm，整个切屑具有强烈的加工硬化。