[实用新型]一种制备半固态合金流变浆料或坯料的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于半固态金属加工技术领域，涉及一种半固态金属及合金浆料或坯料的制备装置。适用于制备半固态金属及合金浆料或坯料。

背景技术

目前，生产半固态浆料或坯料的制备方法主要有：电磁搅拌法；喷射沉积法；单/双螺旋搅拌法；机械搅拌法；变形应变激活法；超声波振动法；近液相线浇注法；低过热度倾斜板浇注法，熔体混合法等多种制备方法。而在这些制备方法中，电磁搅拌法由于具有不污染合金、合金浆料纯净，控制参数易于调节，可以连续生产流变浆料或连续铸锭等优点，已经投入商业化生产且获得了较大范围的应用，成为目前生产半固态金属及合金浆料或坯料的主要制备方法。但是在采用电磁搅拌法制备半固态浆料或坯料的过程中，存在以下缺点需要克服：(1)浆料受到的电磁搅拌力不均匀。由于电磁感应趋肤效应的存在，使浆料内部所受的电磁搅拌力存在明显的区别，浆料表层受到的搅拌力大而内部小。(2)浆料的温度场分布不均匀。由于浆料的散热主要通过表层传出，浆料内部的温度场分布不均匀，浆料表层温度低而内部温度高。这些因素导致制备的半固态浆料组织分布不均匀，表层为较小的粒状或蔷薇状，而内部往往为较为粗大的蔷薇晶或树枝晶，浆料或坯料组织较差，质量较低。影响了该技术应用范围的进一步扩大或竞争力的提高。为了克服趋肤效应对浆料组织的不利影响，目前半固态浆料制备过程中往往采用降低电磁搅拌频率、增加电磁场趋肤深度的措施试图获得较为理想的半固态浆料组织。但是这会造成制浆设备庞大，投资成本很高，浆料制备成本也很高。

在电磁搅拌制备半固态金属及合金浆料或坯料的装置中，美国4434837号专利和4229210都公开了几种制备半固态金属及合金浆料和坯料的电磁搅拌装置，其主要原理是利用强烈的电磁搅拌打碎初生枝晶，抑制初生晶粒向枝晶状生长，从而制备出球状或粒状初生晶粒的半固态金属及合金浆料。在上述专利公开的有关电磁搅拌装置中，未提到获得较为均匀的浆料搅拌力场和温度场的方法。而且在采用上述专利公开的电磁搅拌方法制备的半固态浆料或坯料初生相组织中，组织分布很不均匀，浆料外层初生相细小，而内层粗大，且组织形态也不相同，外层的初生相组织呈球状或粒状，而中心呈树枝晶或蔷薇状，因此采用上述装备制备的半固态浆料或坯料的组织和质量均较差。而且设置的变频系统也增加了投资成本和浆料的制备成本。

中国专利200420112702.0也提出了一种复合电磁搅拌法连续制备半固态金属浆料的装置，该装置的主要结构和原理是：在中间包内施加电磁搅拌，使中间包过热的液体整体均匀降温到液相线温度，在导流管外均施加强烈电磁搅拌，金属液流可获得充分快速的冷却，使形核数量大幅增加，凝固组织明显细化。采用上述设备制备半固态金属浆料，可解决现有技术中由于单纯静置保温控制浇注金属液体接近液相线温度难操作性以及由此带来的金属液体过热度太低时流动性变差的技术难题，也可避免了由于现有技术中制浆室尺寸较大、金属液体搅拌不均匀导致冷却不均匀及凝固组织不均匀的问题。在该设备中，采用了复合电磁搅拌技术，未提及到浆料的内部冷却机构。但是在采用该装置制备半固态金属浆料时，虽采用了强烈的复合电磁搅拌技术有助于半固态合金浆料的流动，但是浆料温度场的不均匀性和浆料组织的不均匀性仍然明显存在，无法生产优质的半固态合金浆料或坯料，而且该设备的电磁搅拌装备采用了变频装置，购置成本较高，结构复杂，因此也限制了该设备的推广应用。

中国专利200810116181.9也提出了一种制备半固态金属及合金浆料或坯料的制备装置，该装置的主要结构及原理是：在制浆室中设置可通入冷却介质的内部冷却控制器。内部冷却控制器的外壁与制备坩埚的内侧壁之间形成的间隙。半固态合金熔体在电磁搅拌力的作用下在此缝隙中进行较为强烈的搅拌。同时内部冷却控制器中和外部冷却控制器中通入冷却介质来均匀浆料的温度场。采用本发明的装置，可最大限度降低了电磁感应趋肤效应带来的不利影响，有利于使浆料获得均匀的搅拌力。同时外部冷却控制器和内部冷却控制器通入的冷却介质可使浆料的温度场更加均匀。该发明装置克服了传统的电磁搅拌导致的搅拌力和温度场不均匀的问题，得到的半固态浆料组织分布也更为理想。但是在采用该装置时，内部冷却控制器的控制比较复杂，浆料取出往往涉及内部冷却控制器的上升、旋转等步骤，结构较为复杂，操作也比较繁琐，且还必须使内部冷却控制器严格放置于制浆室的中心，控制精度要求高。操作不方便，结构也有待简化。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术及装置的不足，提出一种半固态合金流变浆料或坯料的设备，获得高质量的半固态合金浆料或坯料。