一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，該方法采用放置在棒頭中凝固的金屬溶液Ⅰ作為晶核形成物，將棒頭放入金屬溶液Ⅱ中使金屬溶液Ⅰ溶解形成晶核，同時，棒頭轉動和吹入惰性氣體，使金屬溶液Ⅱ能夠高效混合均勻，確保了半固態(tài)漿料的混合均勻性。本發(fā)明采用固態(tài)的金屬溶液Ⅰ再熔化作為金屬溶液Ⅱ中形成的晶核，不僅操作方式簡便，而且能夠使晶核在半固態(tài)漿料中的分布均勻，提高了半固態(tài)漿料的混合效率和質量；不會向半固態(tài)漿料內(nèi)引入其他雜質，確保了半固態(tài)漿料的質量和潔凈度；利用金屬溶液Ⅱ凝固散出的熱量將棒頭中的金屬溶液Ⅰ熔化，只需要一次熔融金屬原料，節(jié)約了能源消耗量，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法
[0001]

【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種半固態(tài)合金的制備方法，具體涉及一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法。

【背景技術】
[0003]20世紀70年代初發(fā)展起來的半固態(tài)鑄造技術，使傳統(tǒng)鑄造方式發(fā)生了深刻變化。國內(nèi)外學者提出了許多半固態(tài)金屬漿料制備工藝方法，如機械攪拌法、電磁攪拌法、控制凝固法、應變激活工藝、粉末冶金方法以及其他方法等。目前很多的半固態(tài)金屬制漿方法存在:熔體易受污染，能量消耗大；工藝參數(shù)不易控制，鑄件質量不穩(wěn)定等問題。
[0004]泰國Songkla大學的Wannasin等提出的氣體攪拌的流變成型技術,通過鉆有細小孔洞的石墨棒向合金熔體中通氬氣使熔體激冷形核，由氣流產(chǎn)生的強烈攪拌破碎了石墨棒附近的枝晶，而且對流所產(chǎn)生的局部熔體過熱使得枝晶部分重熔并變得圓整。華中科技大學皺瑩和張磊等人通過電機帶動石墨棒旋轉吹氣制得了 AZ91D鎂合金半固態(tài)漿料。王文俊等人在旋轉石墨棒的基礎上加上了機械振動，提出氣流攪拌機械振動復合法制取半固態(tài)漿料的工藝。
[0005]因此氣流攪拌法制備漿料具有過程簡單，成本低的優(yōu)勢。目前大多的氣體攪拌法固液比較難控制，漿料組織尚不夠理想，或者需要添加異質形核劑甚至用電磁攪拌進一步球化和細化晶粒。其制備過程操作不便，產(chǎn)品質量較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明需要解決的技術問題就在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，該方法制備流程短、易于控制、制備能耗和成本低，漿料中的晶核分布均勻。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明采用技術方案為:
一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，具體操作步驟為:
(1)預制金屬溶液I，并將金屬溶液I澆入帶有密集孔洞的棒頭中冷卻待用；金屬溶液I凝固后再次放入金屬溶液II中熔化，在攪拌棒攪動和惰性氣體的混合作用下，在金屬溶液II中形成晶核，使半固態(tài)漿料更加均勻；
(2)熔煉金屬溶液II;金屬溶液II是半固態(tài)漿料的主要組分，所以，金屬溶液II的使用量大于金屬溶液I的使用量。
[0008](3)將上步所得金屬溶液II放入反應容器內(nèi)自然冷卻，當金屬溶液II的溫度下降到液相線以上10°c?20°C時，將冷卻后的棒頭套入可旋轉吹氣的攪拌棒下端，攪拌棒下端與棒頭伸入金屬溶液II內(nèi)進行吹氣攪拌處理，吹入的氣體為惰性氣體，處理時間為30?120s ； 攪拌棒能夠旋轉，帶動棒頭在金屬溶液II內(nèi)旋轉，使金屬溶液II與金屬溶液I混合均勻，同時，惰性氣體也使?jié){料混合更加高效和均勻，確保漿料的質量。
[0009](4)棒頭中由金屬溶液I凝固得到的固態(tài)金屬熔化吸收熱量，使反應容器內(nèi)的金屬溶液II的溫度下降，同時棒頭中的金屬溶液I熔化并在攪拌棒吹氣的作用下與金屬溶液II混合均勻；當反應容器內(nèi)的混合金屬溶液溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得所述輕金屬合金半固態(tài)漿料。惰性氣體吹入金屬漿料內(nèi)，加快其散熱速度，確保其在最快時間內(nèi)降溫形成半固態(tài)漿料。
[0010]優(yōu)選的，步驟(3)中吹氣攪拌處理的攪拌棒轉速為50?200轉/分鐘，吹入的惰性氣體流速為5?15升/分鐘。
[0011]優(yōu)選的，棒頭為銅棒頭或石墨棒頭。
[0012]同時，為了使棒頭能夠高效混合漿料，提高半固態(tài)漿料的質量和制備效率，棒頭為圓柱體形，棒頭的中軸線上設有豎向的氣流通孔；氣流通孔圓周外側的棒頭內(nèi)設有多個與氣流通孔平行的凝固通孔；氣流通孔上端與攪拌棒的下端密封連接；凝固通孔用于金屬溶液I的澆入和凝固；棒頭下底面可拆卸的設有用于防止凝固通孔內(nèi)金屬溶液I流出的圓形擋板，圓形擋板的中央設有與氣流通孔下端配合的氣孔。在棒頭內(nèi)的金屬溶液I凝固后，即可拆去圓形擋板。
[0013]優(yōu)選的，金屬溶液I與金屬溶液II的重量比為(0.5?I): 100。由于金屬溶液II為半固態(tài)漿料的主要組分，而金屬溶液I只是用于形成晶核，所以，金屬溶液I的使用量遠遠小于金屬溶液II的使用量。
[0014]優(yōu)選的，金屬溶液I與金屬溶液II的成分不相同?？蛇x的，金屬溶液I與金屬溶液II的成分相近或相同。根據(jù)半固態(tài)漿料的制備要求，根據(jù)實際需要準備金屬溶液I。
[0015]優(yōu)選的，棒頭上設有3?35個凝固通孔,凝固通孔的孔徑為2?25mm ;氣流通孔的孔徑為10mm。
[0016]可選的，金屬溶液II為鋁硅合金。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為:
本發(fā)明輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，采用固態(tài)的金屬溶液I再熔化作為金屬溶液II中形成的晶核，不僅操作方式簡便，而且能夠使晶核在半固態(tài)漿料中的分布均勻，提高了半固態(tài)漿料的混合效率和質量；
本發(fā)明輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，采用棒頭將凝固的金屬溶液I放入金屬溶液II中，使其慢慢熔化形成晶核，這樣不會向半固態(tài)漿料內(nèi)引入其他雜質，確保了半固態(tài)漿料的質量和潔凈度；
本發(fā)明輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，利用金屬溶液II凝固散出的熱量將棒頭中的金屬溶液I熔化，只需要一次熔融金屬原料，節(jié)約了能源消耗量，降低了生產(chǎn)成本；
本發(fā)明輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，采用棒頭吹入惰性氣體將漿料高效混合，采用棒頭的轉動使?jié){料混合效率更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明制備方法的原理示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明棒頭的剖面結構示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例1制備得到的鋁合金半固態(tài)漿料組織的200倍放大圖。
[0021]圖1中11是棒頭，12是攪拌棒，13是料勺即反應容器，14是惰性氣體產(chǎn)生的氣泡，15是激冷晶核，16是枝晶碎斷。
[0022]圖2中21、22、23、25、26、27是棒頭上的凝固通孔，凝固通孔中為凝固的金屬溶液
I,24是用于套入攪拌棒的氣流通孔，28是棒頭的本體，31是圓形擋板，32是擋板上的氣孔。

【具體實施方式】
[0023]下列實施例將進一步說明本發(fā)明。
[0024]實施例1
本發(fā)明采用技術方案為一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，步驟為:
(I)預制金屬溶液I，用電阻爐熔融I公斤Al-10%si合金錠，將金屬溶液I即Al-10%Si合金澆入棒頭中冷卻待用；每個銅棒頭內(nèi)金屬溶液I重量為0.03公斤；
棒頭為圓柱體形，棒頭的中軸線上設有豎向的氣流通孔；氣流通孔圓周外側的棒頭內(nèi)設有多個與氣流通孔平行的凝固通孔；氣流通孔上端與攪拌棒的下端密封連接；棒頭下底面可拆卸的設有用于防止凝固通孔內(nèi)金屬溶液I流出的圓形擋板，圓形擋板的中央設有與氣流通孔下端配合的氣孔。棒頭上設有12個凝固通孔，凝固通孔的孔徑為25mm ;氣流通孔的孔徑為10mm。棒頭為石墨棒頭。
[0025](2)熔煉金屬溶液II ;用另一個電阻爐熔煉純鋁錠3.4公斤、Al-25%Si中間合金
1.6公斤，將熔體混合均勻后得到金屬溶液II ；
(3)將上步所得金屬溶液II放入反應容器內(nèi)自然冷卻，金屬溶液I與金屬溶液II的重量比為0.6:100。當金屬溶液II的溫度下降到液相線以上10°C?20°C時，將冷卻后的棒頭套入可旋轉吹氣的攪拌棒下端,攪拌棒下端與棒頭伸入金屬溶液II內(nèi)進行吹氣攪拌處理，吹入的氣體為惰性氣體，處理時間為50s ;吹氣攪拌處理的攪拌棒轉速為50轉/分鐘，吹入的惰性氣體流速為10升/分鐘。
[0026](4)棒頭中由金屬溶液I凝固得到的固態(tài)金屬熔化吸收熱量，使反應容器內(nèi)的金屬溶液II的溫度下降，同時棒頭中的金屬溶液I熔化并在攪拌棒吹氣的作用下與金屬溶液II混合均勻；當反應容器內(nèi)的混合金屬溶液溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得金屬合金半固態(tài)漿料。
[0027]實施例2
一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，其步驟為:
(I)預制金屬溶液I，用電阻爐熔融I公斤A356鋁錠，將金屬溶液I即A356鋁澆入棒頭中冷卻待用；每個棒頭內(nèi)金屬溶液I重量為0.05公斤；
棒頭為圓柱體形，棒頭的中軸線上設有豎向的氣流通孔；氣流通孔圓周外側的棒頭內(nèi)設有多個與氣流通孔平行的凝固通孔；氣流通孔上端與攪拌棒的下端密封連接；棒頭下底面可拆卸的設有用于防止凝固通孔內(nèi)金屬溶液I流出的圓形擋板，圓形擋板的中央設有與氣流通孔下端配合的氣孔。棒頭上設有35個凝固通孔，凝固通孔的孔徑為5_ ;氣流通孔的孔徑為10mm。棒頭為銅棒頭。
[0028](2)熔煉金屬溶液II ;用另一個電阻爐熔煉A356鋁錠5公斤，熔體即為金屬溶液
II ；
(3)將上步所得金屬溶液II放入反應容器內(nèi)自然冷卻，金屬溶液I與金屬溶液II的重量比為1:100。當金屬溶液II的溫度下降到液相線以上10°C?20°C時，將冷卻后的棒頭套入可旋轉吹氣的攪拌棒下端，攪拌棒下端與棒頭伸入金屬溶液II內(nèi)進行吹氣攪拌處理，吹入的氣體為氬氣，處理時間為90s ;吹氣攪拌處理的攪拌棒轉速為200轉/分鐘，吹入的氬氣流速為15升/分鐘。
[0029](4)棒頭中由金屬溶液I凝固得到的固態(tài)金屬熔化吸收熱量，使反應容器內(nèi)的金屬溶液II的溫度下降，同時棒頭中的金屬溶液I熔化并在攪拌棒吹氣的作用下與金屬溶液II混合均勻；當反應容器內(nèi)的混合金屬溶液溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得金屬合金半固態(tài)漿料。
[0030]實施例3
一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，其步驟為:
(I)預制金屬溶液I，用電阻爐熔融I公斤AZ91鎂錠，將金屬溶液I即AZ91鎂澆入棒頭中冷卻待用；每個棒頭內(nèi)金屬溶液I重量為0.04公斤；
棒頭為圓柱體形，棒頭的中軸線上設有豎向的氣流通孔；氣流通孔圓周外側的棒頭內(nèi)設有多個與氣流通孔平行的凝固通孔；氣流通孔上端與攪拌棒的下端密封連接；棒頭下底面可拆卸的設有用于防止凝固通孔內(nèi)金屬溶液I流出的圓形擋板，圓形擋板的中央設有與氣流通孔下端配合的氣孔。棒頭上設有22個凝固通孔，凝固通孔的孔徑為15_;氣流通孔的孔徑為10mm。棒頭為銅棒頭。
[0031](2)熔煉金屬溶液II ;用另一個電阻爐熔煉AZ91鎂錠5公斤，熔體即為金屬溶液II ;
(3)將上步所得金屬溶液II放入反應容器內(nèi)自然冷卻，金屬溶液I與金屬溶液II的重量比為0.8:100。當金屬溶液II的溫度下降到液相線以上10°C?20°C時，將冷卻后的棒頭套入可旋轉吹氣的攪拌棒下端,攪拌棒下端與棒頭伸入金屬溶液II內(nèi)進行吹氣攪拌處理，吹入的氣體為氬氣，處理時間為30s ;吹氣攪拌處理的攪拌棒轉速為120轉/分鐘，吹入的氬氣流速為5升/分鐘。
[0032](4)棒頭中由金屬溶液I凝固得到的固態(tài)金屬熔化吸收熱量，使反應容器內(nèi)的金屬溶液II的溫度下降，同時棒頭中的金屬溶液I熔化并在攪拌棒吹氣的作用下與金屬溶液
II混合均勻；當反應容器內(nèi)的混合金屬溶液溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)，制得一種AZ91鎂合金半固態(tài)漿料。
[0033]最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種輕金屬合金半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，所述制備方法的步驟為: (1)預制金屬溶液I，并將金屬溶液I澆入帶有密集孔洞的棒頭中冷卻待用； (2)熔煉金屬溶液II； (3)將上步所得金屬溶液II放入反應容器內(nèi)自然冷卻，當金屬溶液II的溫度下降到液相線以上10°C?20°C時，將冷卻后的棒頭套入可旋轉吹氣的攪拌棒下端，攪拌棒下端與棒頭伸入金屬溶液II內(nèi)進行吹氣攪拌處理，吹入的氣體為惰性氣體，處理時間為30?120s ； (4)棒頭中由金屬溶液I凝固得到的固態(tài)金屬熔化吸收熱量，使反應容器內(nèi)的金屬溶液II的溫度下降，同時棒頭中的金屬溶液I熔化并在攪拌棒吹氣的作用下與金屬溶液II混合均勻；當反應容器內(nèi)的混合金屬溶液溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得所述輕金屬合金半固態(tài)漿料。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中吹氣攪拌處理的攪拌棒轉速為50?200轉/分鐘，吹入的惰性氣體流速為5?15升/分鐘。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，棒頭為銅棒頭或石墨棒頭。
4.如權利要求1至3任一所述的制備方法，其特征在于，棒頭為圓柱體形，棒頭的中軸線上設有豎向的氣流通孔；氣流通孔圓周外側的棒頭內(nèi)設有多個與氣流通孔平行的凝固通孔；氣流通孔上端與攪拌棒的下端密封連接；凝固通孔用于金屬溶液I的澆入和凝固；棒頭下底面可拆卸的設有用于防止凝固通孔內(nèi)金屬溶液I流出的圓形擋板，圓形擋板的中央設有與氣流通孔下端配合的氣孔。
5.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，金屬溶液I與金屬溶液II的重量比為(0.5 ?I):100。
6.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，金屬溶液I與金屬溶液II的成分不相同。
7.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，棒頭上設有3?35個凝固通孔，凝固通孔的孔徑為2?25mm ;氣流通孔的孔徑為10mm。
8.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，金屬溶液I與金屬溶液II的成分相近或相同。
9.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，金屬溶液II為鋁硅合金。
【文檔編號】C22C1/02GK104232953SQ201410477109
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權日:2014年9月18日
【發(fā)明者】任懷德, 劉金, 饒龍謹, 景佰亨, 李谷南, 王繼成 申請人:珠海市潤星泰電器有限公司, 中興通訊股份有限公司