[发明专利]一种半固态浆料制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于半固态浆料制备技术领域，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。

背景技术

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 W.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和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。

发明内容

为克服以上缺点，本发明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；本发明还提供了实现该方法的装置。

本发明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℃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2～5m³/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。