[发明专利]激冷机械搅拌制备镁合金液态/半固态熔体的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种有色金属塑性成型技术，高强韧性镁合金或其它合金细晶材料的制备和型材的生产；尤其涉及激冷机械搅拌制备镁合金液态/半固态熔体的方法及装置。

 

背景技术

镁合金是一种最轻的工程结构金属材料，具有密度小、比强度高、良好的导电能力和电磁屏蔽性能、减振和阻尼性能好且容易回收利用等特点；镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。镁合金可应用于汽车、航空航天以及3C产品(家用电器、计算机、通信电子器件)等领域。例如：手机，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。镁合金的比重虽然比塑料重，但单位重量的强度和弹性率比塑料高。所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。

但是，由于镁合金的密排六方结构使得它的塑性成型能力差，并且镁合金的强度低，抗腐蚀性能差，在一定的程度上限制了镁合金的广泛应用。目前，通过细化晶粒来改善其微观组织是一种有效的提高镁合金材料成型能力的方法。

在镁合金的熔炼工艺或合金化的过程中，需要加入合金元素，希望加入的合金元素能够混合均匀，同时希望获得组织细小均匀的金属固态/半固态坯料。目前多采用机械搅拌或人工搅拌的方法，将钢铁制的工具或搅拌器伸进熔炉进行搅拌，从而使得合金熔体旋转而 达到搅拌的目的。这种方式效率低，生产出的镁合金材料组织不均匀，晶粒粗大。

通过金属熔体预处理和凝固过程控制是实现凝固组织细化的主要途径。目前镁合金熔体预处理主要包括细化剂或变质剂的化学处理和施加外场的物理处理。 近年有不少针对Mg-Al系合金细化剂的研究工作，如通过添加碳酸盐或其它含碳化合物以形成Al₄C₃来细化Mg-Al系合金组织，但因劳动强度与熔体净化的难题未在生产中应用。通过添加RE、Sr、Ca等可实现Mg-Al系合金变质细化，但也带来合金组成改变以及成本增加等问题。 通过包括机械搅拌、交变电磁场、脉冲磁场和静电磁场、脉冲电流、超声场等物理场来处理金属熔体和控制凝固过程，可以实现凝固组织细晶化和均匀化等效果。

 

发明内容

针对现有镁合金机械搅拌技术的不足，本发明的主要目的在于细化镁合金材料微观组织、提高镁合金组织均匀性，提供一种激冷机械搅拌制备镁合金液态/半固态熔体的方法及装置。

本发明的技术方案如下：一种激冷机械搅拌制备镁合金液态/半固态熔体的方法，其特征在于：在盛装液态/半固态熔体镁合金的容器内，采用旋转的搅拌器进行搅拌，搅拌器的叶片是两片或以上；在搅拌的同时，将冷却水经过搅拌器的搅拌轴内腔通入每片叶片的内部空腔，经每片叶片和搅拌轴内腔的冷却水的冷却作用，形成激冷与机械搅拌的处理方式，获得晶粒细化的镁合金。

一种激冷机械搅拌制备镁合金液态/半固态熔体的装置，其特征在于：储存冷却水的进水箱，经水管与设置在容器内的搅拌轴相密封连接，搅拌轴为空心结构，内部的内腔作为水流通道与水管相连通；搅拌轴上设置的电动装置带动搅拌轴转动，产生搅拌作用；在搅拌轴上安装有两片以上的叶片，每片叶片为中空结构，其内部空腔与搅拌轴内部的内腔相连通，形成冷却水流动通道；从搅拌轴内腔上部通入的冷水从叶片的上端流入，从下端流出，再流入内腔的下部，最后流出搅拌轴。

进一步的特征是：所述叶片为六片，作为搅拌桨均布在搅拌轴的周围。

所述中空结构的叶片，其上、下端分别密封连接在搅拌轴的内腔的上、下部分，由依次连接的第一横段、向上延伸的上竖段、第一过渡段、向下延伸的下竖段、第二过渡段和第二横段构成，形成“S”型结构；其上端通过第一横段、下端通过第二横段分别连接在搅拌轴上；在叶片与搅拌轴之间形成一个空腔；搅拌轴的内腔的上、下部分之间，设置有堵头。

所述中空结构的叶片，其上、下端分别密封连接在搅拌轴的内腔的上、下部分，由依次连接的第一横段、向上延伸的上竖段、第一过渡段、向下延伸的下竖段、第二过渡段和第二横段构成，形成“S”型结构；其上端通过第一横段、下端通过第二横段分别连接在搅拌轴上；在叶片与搅拌轴之间形成一个空腔；搅拌轴的内腔的上、下部分之间，设置内径缩小的毛细管道，将内腔的上、下两部分连通。

本发明采用激冷机械搅拌技术制备镁合金液态/半固态熔体，显著改善现有镁合金熔体/半固态浆料的组织和质量，经凝固和塑性变形处理后得到晶粒细化镁合金棒材、带材、板材、型材等。可以获得高生产率，