[发明专利]无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统与工艺

说明书

本发明涉及一种无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统与工艺，该系统包括机械手，保温炉，舀料勺，合金液，电磁搅拌器，真空阀，机械搅拌棒，导气管和上、下封盖；工艺步骤为舀料勺舀取合金液后，转移到下封盖，上封盖移动与下封盖贴合形成封闭空间，打开真空阀和电磁搅拌器，运行搅拌棒，快速抽真空同时对熔体进行电磁搅拌处理和慢速机械搅拌；待达到所需真空度，将惰性气体通过导气管注入到熔体内部，与此同时，开启快速机械搅拌，待封闭空间内压力与外界基本一致后停止通气，待浆料温度下降到预设半固态温度后停止处理，并开启上封盖，将制备好的浆料送入成形设备成形。本发明特别适合大体积铝、镁合金高品质半固态浆料制备及成形。

技术领域

本发明属于半固态成形技术领域，特别是涉及一种无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统与工艺。

背景技术

半固态成形技术是上世纪70年代美国麻省理工学院M.C.Flemings等人发明的一种节能环保的先进金属成形工艺。金属半固态浆料的制备是半固态成形技术的基础与关键。目前，半固态浆料的制备方法多种多样，如双螺旋搅拌法、机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波搅拌法、冷却斜槽法、强力剪切法等；随着新能源汽车和5G通信的快速发展，构件趋于一体化成形，尺寸增大，上述传统制浆方法难以制备出高品质大体积半固态浆料，存在易氧化、易引入夹杂、易卷气、易产生粗大枝晶/蔷薇晶、晶粒尺寸和分布不均匀等问题，影响成形件性能，限制了半固态成形的快速发展。

为了实现高品质大体积半固态浆料的稳定制备和高性能大尺寸构件半固态成形产业化，相关研究人员和工业界人士不断探索新工艺，以期开发出适合高品质大体积半固态浆料的制备工艺，以推动我国半固态成形进一步发展。目前工业界针对高品质大体积半固态浆料的制备开始采用真空环境+机械搅拌制浆，尽管与非真空环境相比，卷气量有所下降，但受制于动态环境难以获得高真空度，因此制备浆料仍含有不少的卷气量；另外，尽管施加快速机械搅拌，但考虑的只是破碎枝晶和快速降温，忽略制浆过程熔体内部温度场和成分场的均匀性、熔体内部的流动方式以及初生晶球状生长环境与条件，因此所制备浆料含有不少尺寸较为粗大的的枝晶或蔷薇晶、且局部固相率不均匀，削弱了半固态成形件性能。同时，现有真空工艺在制浆结束后，需将密闭空间内的真空释放，待内外压力平衡稳定后才能打开上封盖转移浆料，影响制浆效率，半固态成形节拍时间长；因此仍需开发新的适合于大体积高品质半固态浆料制备与成形的系统和工艺，实现无氧化、无夹杂、高纯净、晶粒细小圆整均匀、大体积半固态浆料稳定高效制备及成形，从而推动高性能大尺寸构件半固态成形推广应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有大体积半固态浆料制备过程中易氧化、易卷入夹杂、易卷气、组织不均匀、浆料综合品质差、成形件综合性能偏低等问题，提供了一种无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统与工艺，即在抽真空过程，通过电磁搅拌与慢速机械搅拌，避免卷气的同时，使依附于舀料勺和搅拌杆等壁面形成的晶核，进入熔体内部，抑制其因过冷而产生枝晶；在抽真空结束后，往熔体内部通入惰性气体，同时开启快速机械搅拌，借助通入熔体内部的惰性气体在上浮过程中产生扰动，与机械搅拌和电磁搅拌结合使熔体内部在制浆过程中产生多区域循环对流，均匀成分场和温度场，避免局部区域晶粒枝晶化或蔷薇化；另外，利用惰性气体上浮过程，使熔体内部夹杂上浮，氢等气体逸出，并在电磁搅拌作用下，夹杂粘附于舀料勺内壁，从而从浆料内部分离，提升制备浆料品质；浆料温度下降到预设温度后，即可打开上封盖，无需释放真空，提高制浆效率；随即将浆料倒入成形设备压室，在压力作用下填充模具模腔，并保压，凝固，开模，取件，获得高性能大尺寸半固态成形件。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统，所述成形系统包括：

保温炉，用于盛放和保温合金液；

舀料勺，用于舀取保温炉内的合金液，并在舀料勺内制备半固态浆料；

机械手，与舀料勺衔接，用于控制舀料勺舀取合金液、转移合金液和倒出半固态浆料；