[发明专利]强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置

说明书

本发明一种强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置，具体步骤为容器从熔炼炉舀取合金熔体后，开启熔体扰动装置使靠近容器壁的熔体产生扰动，与此同时，开启熔体搅拌器对熔体进行搅拌和冷却处理，搅拌器内腔为盲孔结构，其内腔插入空心管，通过空心管对搅拌器内腔持续喷射冷却介质带走大量热量，从而对熔体强冷。在熔体扰动装置及熔体搅拌器产生的多向扰动及持续强冷复合条件下，熔体快速降温到半固态温度区间，由于多向扰动产生的对流抑制枝晶生长，从而快速获得半固态浆料。本发明解决了单一工艺制备大体积浆料时存在的熔体降温慢、容器边部熔体未受搅拌而粘料的难题。该工艺高效稳定，尤其适合于制备质量超过20kg的浆料。

技术领域

本发明属于金属半固态成形技术领域，特别是涉及一种强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置。

背景技术

金属半固态加工技术是20世纪70年代发明的一种先进、节能环保的绿色成形工艺。半固态浆料的制备是半固态加工技术的基础与关键，半固态浆料的制备方法多样，如双螺旋搅拌法、气泡搅拌法、蛇形浇道法、低过热度浇注和弱机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波处理法、喷射沉积法、冷却斜槽法等。但上述方法存在着工艺不稳定、难以持续稳定制备半固态浆料和不适合大体积半固态浆料制备的难题。为了实现大体积半固态浆料的制备和实现稳定连续可靠的工业化生产，国内外研究人员、学者及相关工业界人士仍在不断努力探索，试图开发新的制浆工艺，以进一步推动大体积浆料的高效稳定制备。

欧洲专利EP 0745691A1提出了New Rheocasting(NRC)工艺，其工艺流程为：将低过热度的合金熔体倒入倾斜板内，使其在倾斜板流动冷却过程中形成含有大量初生固相的半固态浆料，浆料流入收集坩埚后，通过控制冷却强度使浆料中的初生固相以球形方式成长，再对半固态浆料进行温度调整，以获得尽可能均匀的温度场，最终获得半固态浆料。在NRC工艺中，未采用复合工艺高效制备大体积半固态浆料，即不利用熔体搅拌装置、熔体扰动装置及合金颗粒熔化吸热的协同作用加速熔体降温和促进熔体温度场和成分场均匀来快速制备大体积半固态浆料。

文献“薄壁铝合金滤波器散热壳体RSF半固态压铸工艺模拟”(张宇，王连登，许朋朋，特种铸造及有色合金，2016)提出一种RSF浆料快速制备方法，即通过控制熔体的焓熵来快速制取半固态浆料,以获得球状晶组织结构，但该方法对大体积半固态浆料的制备存在着边部浆料受到的搅拌和扰动小，倒料时容易粘在舀料勺内壁的问题。

值得注意的是，以上半固态浆料制备方法各有各的特点，但也都存在自身不足，因此仍需开发新的适合于大体积半固态浆料高效稳定制备的新工艺，以提高浆料制备效率，降低浆料制备成本，从而推动半固态成形技术的产业化升级。

发明内容

本发明公开了一种强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

本发明的技术方案，一种强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法，该方法具体包括以下步骤：

S1)将温度高于液相线5℃～300℃的大体积合金熔体置于容器中；

S2)然后对容器内的合金熔体采用直接强冷搅拌和间接搅拌；

S3)当合金熔体的温度降到预设的半固态浆料温度，停止直接强冷搅拌和间接搅拌，得到固相率20％～60％的大体积半固态浆料，并将半固态浆料送往成形设备进行流变成形。

进一步，所述S1)中的合金熔体包括铝合金、镁合金、钢铁、锌合金、钛合金及其复合材料(铝合金的复合材料、镁合金的复合材料、钢铁的复合材料、锌合金的复合材料和钛合金的复合材料)。

进一步，所述S2)中直接强冷搅拌和间接搅拌时间为5-60s，合金熔体的降温速率为0.5～5℃/s。

进一步，所述S2)中的间接搅拌为扰动搅拌；所述扰动搅拌包括超声波搅拌、电磁搅拌或机械振动。