[发明专利]一种制备细晶粒变形铝合金半固态浆料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半固态铝合金浆料制备技术领域，特别提供了一种不经搅拌，只通过原位反应合成颗粒和简易的保温传送管道就能获得细晶粒高强度变形铝合金半固态浆料的方法。该方法不仅适用于难度较大的变形铝合金半固态浆料的制备，还可用于铸造铝合金，镁合金和其它合金体系半固态浆料的制备。

背景技术

20 世纪70 年代初期美国麻省理工学院的Flemings 等发明了半固态金属成形技术（semi-solid metal forming，简称SSM）。即在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，得到一种液态金属母液中均匀悬浮着一定量的球状初生固相或退化的枝晶固相（degenerated dendrite）的固—液混合浆料（也称流变浆料），这种固—液混合浆料即为半固态浆料。由于半固态加工技术具有许多独特的优点，如近(净)成形、产品质量高和节能等，因而被广泛应用在汽车电器、航空航天等领域，是21世纪最具前途的金属材料加工技术之一。

半固态加工一般由制浆，流变成形或者二次加热与触变成形几个环节组成，其中制浆是整个过程中的基础和关键，目的是获得适用于半固态成形均匀细小的球状晶。国内外研究者在此方面做了大量的工作，提出了许多制浆工艺。其中包括：（1）机械搅拌。原理是利用旋转叶片或者搅拌棒将凝固中的初生枝晶打碎，获得半固态浆料。机械搅拌可以获得很高的剪切速率，有利于形成微小的球状晶。但存在以下问题：①搅拌死角，影响浆料的均匀性。②高速搅拌条件下，搅拌室和搅拌棒的寿命短，而且污染合金液，降低半固态浆料或坯料的内部质量。③设备笨重，操作复杂，生产效率。（2）电磁搅拌。为了克服机械搅拌的诸多缺点，发展了电磁搅拌法。电磁搅拌技术相对比较成熟，已经在工业生产中得到应用，但通常认为该技术只适用于直径小于150mm坯锭。此外，为了得到细小的球状初生晶，需要的电磁功率很大，坯料的制备成本较高。（3）应变诱导熔体活法技术。原理是将常规铸造枝晶组织在高温下进行挤压变形，以破碎枝晶组织。施加足够的冷变形量后，再加热到两相区。加热过程中，合金首先发生再结晶，形成亚晶粒和亚晶界，随后晶界处低熔点溶质元素和低熔点相熔化，导致近球状固相被低熔点液相包围，形成半固态浆料。该技术对制备高熔点合金非枝晶组织具有独特的优越性，但由于其工艺复杂，生产成本高，效率低，仅用于小规格的坯料生产。（4）其他方法。除以上方法外，还有许多制浆技术处于研究和开发中，如喷射沉积法、粉末冶金技术与二次加热结合法、等温处理法、超声波处理法、被动搅拌法等，这些方法或者只适用于某些特殊产品，或者处于实验室研究阶段，尚未投入工业生产。

通常，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。目前流变成形研究的铝合金主要集中在铸造铝合金A356、A357等上。虽然这类合金浆料的制备较易，但成形后材料的力学性能较差。对应用更为广泛的高性能变形铝合金的流变挤压铸造成形技术的研究和应用报道甚少。将高强变形铝合金从液态直接近净成形为零件，一直是材料工作者追求的目标。传统的7 xxx系铝合金大多是通过铸锭、冷热变型加工、热处理等多道工序获得最终的型材产品。由于这类合金结晶范围宽、析出相与基体之间比重差异大，因此传统工艺生产7 xxx系铝合金时易造成难以充型、组织粗大和明显的宏观偏析。流变挤压铸造技术利用半固态浆料的流变性能进行充型并在压力作用下凝固成形，为生产致密性高、力学性能优良的变形铝合金结构件提供了可能。