[发明专利]一种组合式弧面倾斜板半固态合金浆料制备装置

说明书

技术领域

    本发明涉及一种制备半固态合金浆料的组合式弧面倾斜板装置，属于材料科学技术领域。

背景技术

    半固态金属(SSM)加工技术是上世纪70年代，由美国麻省理工学院Flemings领导的研究团队发现的，其原理是金属在凝固过程中，施以机械或电磁搅拌，使初生枝晶破碎，得到一种固相与液相共存的，初生固相细小、等轴且均匀悬浮于液相的固-液混合浆料（固相分数最高可达60%），然后铸造成型的加工方法。

该技术的核心在于使固-液混合浆料或坯料获得非枝晶、初生相球化或细化，浆料组织中一般包含有10~100μm的球形、近球形晶或等轴晶，与传统的合金中树枝晶相比，这种组织的合金表现出较小的流动阻力，因而具有良好的成形性能。半固态成形温度介于液相和固相之间，因而这种方式与传统成形方式有很大不同，同时又兼备液态成形和固态成形两者的优点，因而被誉为二十一世纪最有前途的金属成形方法。

目前，国外投入商业化生产的半固态成形技术主要有：机械搅拌技术、电磁搅拌技术、喷射沉积技术与应变诱导熔体活化技术等。在成形工艺方面主要采用触变成形，但是，经过多年的实践和研究发现采用触变铸造技术还存在一些不足： a、制坯成本高；b、二次加热过程能耗高；c、表面氧化严重；d、重熔后过高液相分数的坯料难以搬运：e、不利于成形薄壁复杂零件；f、锯屑不能及时回收，增加了成本。为了解决这些难题，同时扩大半固态铸造的应用范围，近年来，半固态流变成形技术又成为主攻方向，并且越来越受到重视，也出现了一些新的流变铸造技术。最早，MIT 的 Flemings 等人通过机械搅拌的方法制备了半固态浆料，在冷却到合适的固相分数时，直接送入压铸机压室进行流变压铸成形，分别研究了铝合金A380和铜合金905的流变压铸。但是由于浆料输送困难，因此一直没能得到实际应用。为了避免半固态浆料存储和输送带来的困难，日本日立公司Shibata等人提出了一种方案：利用立式压铸机的特点，在压射室中制备半固态浆料，然后直接压射成形。北京科技大学康永林等人开发了旋转锥筒制浆法，此方法是让一定温度的金属液通过两个特定温度的相对旋转的锥桶，在内外锥桶的剧烈剪切作用下，形成适合流变铸造的半固态浆料，但此技术还处于前期试验阶段。2001年，Martinez 和 Flemings 等人提出了一种新方法，该方法的思路是：将低过热度的金属液浇注到坩埚中，利用铜棒对其进行短时弱机械搅拌，使合金熔体冷却到液相线温度以下后，移走搅拌铜棒，让坩埚中的半固态合金熔体冷却到预定的温度或固相分数，最后，将坩埚中的半固态合金浆料倾入压铸机射室，进行流变压铸。 这种技术的关键在于：要快速地使合金熔体散去过热，并同时在合金熔体中产生低强度的循环流动，使合金熔体各处均处在形核和凝固中；一旦形成一定的初生晶核，就可以停止搅拌，初生晶粒就会转变为球状晶粒。到目前为止，半固态流变压铸得到实际应用的只有意德拉流变压铸技术，但是该技术属于专利技术，而且也存在一些不足，使用范围有限。世界各国学者也在不断开发新的流变压铸技术。我国北京科技大学和南昌大学分别开发了的半固态制浆设备，并进行了流变压铸试验，取得了一定的进展。但是，到目前为止，这些技术还处于试验研究阶段，原因主要是现有的流变压铸技术设备不能够很好的解决将浆料的制备和压铸过程相衔接的问题，浆料的储运输送困难，因而在实际生产推广时效果差，使实际的应用难以实现。

日本UBE公司提出Cooling Slope(倾斜板浇注法)制备铝合金和镁合金半固态坯料的新工艺，并在欧洲申请了专利。倾斜板一般是由合金钢或石墨制成，其内部通水冷却，表面喷涂一层氮化硼(B)，以防止半固态金属粘附在冷却斜板表面上。其原理为：将略高于液相线温度的熔融金属倒在冷却板上，由于倾斜板的冷却作用，在板壁上有细小的晶粒形核长大，金属流体的冲击和物体的自重作用使晶粒从板壁上脱落并翻转，以达到搅拌效果。在普通平直倾斜板的基础上，管仁国研发了波浪式倾斜板制备半固态浆料技术。在普通直管法的基础上，杨湘杰研发了转动输送管法制备半固态浆料技术。