[发明专利]连续搅拌装置制备半固态金属或金属基复合浆料的方法

说明书

一种连续搅拌装置及利用该装置制备半固态金属浆料或金属基复合浆料的方法，涉及半固态金属浆料或金属基复合浆料制备技术领域。本发明的目的是要解决传统搅拌法制备半固态金属浆料或金属基复合浆料存在金属浆料制备与浆料浇铸、材料成型不能连续进行的问题。方法：将金属浆料加入到坩埚内，利用加热装置将金属浆料加热，同时启动电机带动搅拌杆转动，搅拌得到半固态金属浆料。将金属浆料加入到坩埚内，利用加热装置将金属浆料加热，同时启动电机带动搅拌杆转动，搅拌后向坩埚内加入增强颗粒，继续搅拌，得到金属基复合浆料。本发明可获得一种连续搅拌装置及利用该装置制备半固态金属浆料或金属基复合浆料的方法。

技术领域

本发明涉及半固态金属浆料或金属基复合浆料制备技术领域，具体涉及一种连续搅拌装置及利用该装置制备半固态金属浆料或金属基复合浆料的方法。

背景技术

半固态金属成形是20世纪70年代新发现的一种凝固现象的应用，它不是利用凝固过程来控制组织的变化或缺陷的产生，而是通过半固态金属液产生的流变性和熔融性来控制制件的质量。它对解决传统压铸件缺陷多、寿命低、耗能大等问题具有重要作用，因此受到国内外有关学者的关注。

半固态成形包括流变成形和触变成形。将制得的半固态非枝晶浆料直接进行成形加工，称为流变成形（Rheoforming）；而将这种浆料先凝固成铸锭，再根据需要将金属铸锭分切成一定大小，使其重新加热至半固态温度区间而进行的加工成为触变成形（Thixoforming）。

流变成形，由于直接获得的半固态浆液的保存和输送很不方便，因此在实际应用中很少。但是与触变成形相比，流变成形更节省能源，流程更短，设备更紧凑，因此流变成形技术仍然是金属半固态成形加工技术的一个重要发展方向。镁合金流变成形的发展主要以射铸成形的发展为主，它类似于塑料注射成形法：开始将粉末状或块状金属通过料斗送入高温螺旋混合机加热至半融化状态后，以混料螺旋为活塞，通过喷嘴高速射入压铸模具内成形。美国Dow Chemical公司研制了镁合金的半固态触变成形工艺与设备，并于1991年实现商业化。美国contell大学的K.K.Wang等人、Kono Kaname、英国Brunel大学的Z，Fan，S.Jiand M.J.Bevis等人也在不同程度上研究开发了半固态金属流变注射成形机，其中包括螺旋搅拌流变成形机、叶片搅拌注射成形机和双螺杆半固态金属流变注射成形机。

触变成形与流变成形相比更为实际可行。与传统的压铸相比，触变注射成形无需液态金属熔炼和浇注等过程，从而使生产过程更加清洁、安全和节能。主要表现为单位成形件的原材料消耗大大减少、无爆炸危险、没有熔渣产生；成形过程中卷人的气体大幅度减少，零件空隙度小于0.069%，因此，成形件可以热处理，保证制件的质量；缩松少，致密度高，成品率可达50%或更高，而压铸只能达到35%；具有良好的耐蚀能力，机械性能高于或相当于压铸件。与传统压铸相比，工作温度约降低100℃，有利于提高压铸模寿命。生产过程具有良好的一致性，成形件尺寸精度高，可达到近终形或终形成形。触变成形根据其工艺过程可以分为非枝晶组织的制备、二次部分重熔及半固态触变成形三个过程。

半固态加工技术中的第一个重要工艺就是如何获得优质的非枝晶组织，即触变结构。目前用于非枝晶组织坯料生产的工艺主要有：

(1)机械搅拌法：最直接的枝晶破碎方法就是机械搅拌法，通过搅拌棒或者叶片对熔体直接施加搅拌，利用半固态金属流层速度不同产生的剪切力或者采用螺旋式搅拌器来强化凝固过程中金属液的流动使得枝晶折断、破碎、变形，从而形成弥散球状固相颗粒的半固态合金。它具有以下优点：1.设备构造简单、工艺参数容易控制；2.搅拌中可以获得很高的剪切速率，利于形成细小的近球形的微观结构。

(2)电磁搅拌法：是在机械搅拌法的原理上衍生的一种清洁、高效、灵活的方法。它利用电磁感应在凝固的金属液中产生感应电流，感应电流在外加磁场的作用下促使金属固液浆料激烈地搅动，使传统的枝晶组织转变为非枝晶组织，一般用于生产直径≯150mm的棒坯。该方法在很大程度上克服了机械搅拌的缺点，可实现连铸，生产效率高。