一種制備半固態(tài)漿料的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半固態(tài)壓鑄生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備半固態(tài)漿料的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]半固態(tài)成形技術(shù)是21世紀前沿性的金屬加工技術(shù)，近年來得到快速發(fā)展。半固態(tài)成形技術(shù)打破了傳統(tǒng)的枝晶凝固模式，使合金組織均勻，降低了鑄件內(nèi)部缺陷，提高了鑄件的綜合性能。在半固態(tài)流變壓鑄工藝中，半固態(tài)漿料的質(zhì)量是半固態(tài)成形技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵因素，直接決定了半固態(tài)鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量與成本，是半固態(tài)鑄造的關(guān)鍵。
[0003]目前，關(guān)于半固態(tài)漿料的制備工藝有很多，如機械攪拌法、電磁攪拌法、控制凝固法、應(yīng)變激活工藝、粉末冶金法等，但是這些方法大多僅適用實驗室研究，由于技術(shù)受限，不能推廣應(yīng)用到實際壓鑄生產(chǎn)過程，在實際生產(chǎn)中均存在一定問題，比如制備的半固態(tài)漿料固液比難控制，球狀晶組織比例小，固體含量不穩(wěn)定，制備效率低等。
[0004]制漿工藝的控制對半固態(tài)漿料的質(zhì)量至關(guān)重要，特別是制漿過程中漿料溫度以及對枝晶物理作用力的控制。現(xiàn)有的機械攪拌法以及機械攪拌結(jié)合介質(zhì)冷卻的制漿方法降溫效率低，半固態(tài)漿料固體含量低，球狀晶圓整度低，半固態(tài)漿料的質(zhì)量較差，導致一般的制漿工藝不能用于連續(xù)批量壓鑄生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決上面描述的問題。本發(fā)明的目的是提供一種制備半固態(tài)漿料的方法及裝置。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種制備半固態(tài)漿料的方法，包括以下步驟:
[0007]IS將第一預(yù)定溫度的熔融合金放入盛漿容器中，其中所述第一預(yù)定溫度高于所述合金液相線溫度30?120攝氏度；
[0008]2S當熔融合金溫度降為第二預(yù)定溫度時，調(diào)節(jié)機械攪拌桿位置，使機械攪拌桿第二端深入到距離盛漿容器底部5?25毫米處，轉(zhuǎn)動機械攪拌桿，其中機械攪拌桿的攪拌速度為100?900轉(zhuǎn)每分鐘，第二預(yù)定溫度高于合金液相線溫度20?60攝氏度；
[0009]同時，以第一預(yù)定流量將冷卻介質(zhì)通入機械攪拌桿中，其中冷卻介質(zhì)的溫度為-10?100攝氏度，第一預(yù)定流量為5?25升每分鐘；
[0010]3S當半固態(tài)漿料的溫度到達合金液相線溫度以下10?90攝氏度時，停止攪拌與冷卻，制得半固態(tài)漿料。
[0011]其中，所述步驟2S包括步驟21S和步驟22S，具體步驟為:
[0012]21S當熔融合金溫度高于合金液相線溫度20?60攝氏度時，機械攪拌桿的攪拌速度為100?400轉(zhuǎn)每分鐘，冷卻介質(zhì)的溫度為-10?50攝氏度，冷卻介質(zhì)流量為10?25升每分鐘；
[0013]22S當漿料溫度為低于合金液相線溫度0?10攝氏度時，機械攪拌桿的攪拌速度為400?900轉(zhuǎn)每分鐘，冷卻介質(zhì)的溫度為20?80攝氏度，冷卻介質(zhì)流量為5?15升每分鐘。
[0014]其中，具體包括以下步驟:
[0015]IS將第一預(yù)定溫度的熔融合金放入盛漿容器中，其中所述第一預(yù)定溫度高于所述合金液相線溫度75攝氏度；
[0016]21S當熔融合金溫度為高于合金液相線溫度40攝氏度時，調(diào)節(jié)機械攪拌桿位置，使機械攪拌桿第二端深入到距離盛漿容器底部15毫米處，轉(zhuǎn)動機械攪拌桿，機械攪拌桿的攪拌速度為250轉(zhuǎn)每分鐘，冷卻介質(zhì)的溫度為20攝氏度，冷卻介質(zhì)流量為18升每分鐘；
[0017]22S當漿料溫度降為低于合金液相線溫度5攝氏度時，機械攪拌桿的攪拌速度為650轉(zhuǎn)每分鐘，冷卻介質(zhì)的溫度為50攝氏度，冷卻介質(zhì)流量為10升每分鐘；
[0018]3S當半固態(tài)漿料的溫度到達合金液相線溫度以下50攝氏度時，停止攪拌與冷卻，制得半固態(tài)漿料。
[0019]其中，所述合金包括鋁合金、鎂合金、銅合金或鋅合金。
[0020]其中，所述步驟2S中，冷卻介質(zhì)包括水、導熱油和液態(tài)有機溶劑。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種適用于上述制備半固態(tài)漿料方法的裝置，所述制備半固態(tài)漿料的裝置包括盛漿容器、機械攪拌桿、N個攪拌葉片、冷卻介質(zhì)控制裝置、冷卻介質(zhì)進入管和冷卻介質(zhì)回液管，N為大于I的整數(shù)；其中，所述機械攪拌桿為中空結(jié)構(gòu)，包括第一端和第二端，攪拌狀態(tài)下所述第二端進入漿料中，所述N個攪拌葉片插入所述機械攪拌桿的中空部分，所述N個攪拌葉片與所述機械攪拌桿第二端的垂直間距hi為35?50毫米；所述冷卻介質(zhì)進入管的第一端和所述冷卻介質(zhì)回液管的第一端分別與所述冷卻介質(zhì)控制裝置相連，并且，所述冷卻介質(zhì)進入管的第二端和所述冷卻介質(zhì)回液管的第二端均設(shè)置在所述機械攪拌桿內(nèi)。
[0022]其中，所述機械攪拌桿外部包括被覆劑涂層，所述被覆劑涂層材料包括油脂、填料和油。
[0023]其中，所述攪拌葉片材質(zhì)包括表面經(jīng)過滲氮處理的H13耐熱模具鋼。
[0024]其中，所述半固態(tài)漿料的裝置還包括第一測溫裝置和第二測溫裝置，所述第一測溫裝置設(shè)置在所述盛漿容器內(nèi)，所述第二測溫裝置設(shè)置在所述冷卻介質(zhì)進入管上。
[0025]其中，所述機械攪拌桿沿所述盛漿容器的中軸線豎直插入，所述機械攪拌桿的第二端與所述盛漿容器底部的距離可沿所述中軸線調(diào)節(jié)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明提供的制備半固態(tài)漿料的方法，冷卻介質(zhì)通入到機械攪拌桿中，通過機械攪拌桿對漿料進行攪拌與冷卻。在步驟IS中熔融合金的溫度高于合金液相線溫度30?120攝氏度，熔融合金在放入盛漿容器中時會進一步降溫，該狀態(tài)下的熔融合金充分考慮了與盛漿容器的熱交換過程，使熱交換后的熔融合金溫度范圍包含后續(xù)步驟的溫度操作范圍；在步驟2S中，開始攪拌時的溫度設(shè)為高于合金液相線溫度20?60攝氏度，此時插入機械攪拌桿，對漿料進行攪拌冷卻作用。機械攪拌的插入對漿料有一定的激冷作用，高于合金液相線溫度20?60攝氏度的溫度范圍具備一定緩沖作用，使?jié){料即將形成枝晶結(jié)構(gòu)時，盛漿容器內(nèi)的能量與溫度場是均一的。機械攪拌作用能夠有效地打碎初生固相，其中機械攪拌桿的攪拌速度為100?900轉(zhuǎn)每分鐘，該攪拌速度既能維持漿料內(nèi)部的攪拌作用，打碎枝晶結(jié)構(gòu)，也不會造成漿料飛濺，卷氣嚴重。施加攪拌作用的同時通入冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)的溫度為-10?100攝氏度，通入冷卻介質(zhì)流量為5?25升每分鐘，冷卻介質(zhì)與熔融合金具有較大的溫度差，推動熱交換的快速進行。最后，將合金液相線溫度以下10?90攝氏度的溫度設(shè)置為制漿終點，該溫度使合金漿料具有較高的半固態(tài)含量。
[0027]機械攪拌桿插入的深度，是從冷卻作用和攪拌作用兩方面考慮的，機械攪拌桿的第二端與盛漿容器底部越接近，漿料與機械攪拌桿導熱面積越大，結(jié)合攪拌葉片與機械攪拌桿第二端的位置關(guān)系，選取機械攪拌桿第二端深入到距離盛漿容器底部5?25毫米處，不僅換熱效果好，而且攪拌均勻，充分。
[0028]其中，步驟2S包括兩個階段，即步驟21S和步驟22S:
[0029]在21S階段中，熔融合金溫度為高于合金液相線溫度20?60攝氏度時，機械攪拌桿的攪拌速度為100?400轉(zhuǎn)每分鐘，冷卻介質(zhì)的溫度為-10?50攝氏度，冷卻介質(zhì)流量為10?25升每分鐘；
[0030]在22S階段中，漿料溫度為低于合金液相線溫度0?10攝氏度時，機械攪拌桿的攪拌速度為400?900轉(zhuǎn)每分鐘，冷卻介質(zhì)的溫度為20?80攝氏度，冷卻介質(zhì)流量為5?15升每分鐘。
[0031]在攪拌冷卻過程的21S部分，漿料由熔融態(tài)向半固態(tài)轉(zhuǎn)變，此階段以冷卻作用為主，攪拌作用為輔，使?jié){料在短時間內(nèi)均一地降溫到合金液相線附近，提高制漿效率，所以，冷卻介質(zhì)的溫度控制為-10?50攝氏度，流量控制為10?25升每分鐘，加大冷卻效果；攪拌葉片通過攪拌作用使得冷卻介質(zhì)與漿料進行熱交換，為保持漿料溫度整體均一，攪拌速度需大于100轉(zhuǎn)每分鐘，但同時為保證攪拌葉片與漿料的充分接觸，攪拌速度不超過400轉(zhuǎn)每分鐘。
[0032]在攪拌冷卻過程的22S部分，漿料溫度為為低于合金液相線溫度0?10攝氏度時，漿料中已分布一定數(shù)量的初生固相，此時以攪拌作用為主，漿料降溫為輔。冷卻介質(zhì)溫度需控制不能過冷，漿料過冷會產(chǎn)生異常粗化的初生晶相組織，并且會增大漿料的粘度，使得漿料流動性差，所以冷卻介質(zhì)的溫度控制為20?80攝氏度，冷卻介質(zhì)流量為5?15升每分鐘。另一方面，針對粘度增大的漿料，需加大攪拌作用，使?jié){料產(chǎn)生更多細小、圓整的球狀晶組織，此階段需要控制攪拌速度為400?900轉(zhuǎn)每分鐘，轉(zhuǎn)速過大易發(fā)生漿料飛濺，卷氣嚴重等問題。
[0033]通過攪拌與冷卻的相互配合，使制漿過程更加高效，且漿料質(zhì)量佳。
[0034]本發(fā)明提供的方法適合鋁合金、鎂合金、銅合金或鋅合金的半固態(tài)漿料的生產(chǎn)，在漿料制備前，取適量合金測其DSC曲線，即差示掃描量熱曲線，測其相變過程的特征點以及確定該合金的固、液相線溫度。本發(fā)明提供的制漿方法與合金的相變過程相對應(yīng)，并通過多次試驗證明，對于不同的合金普適性好，特別是非常適用于上述四種合金。
[0035]其中，冷卻介質(zhì)包括水、導熱油或液態(tài)有機溶劑，具體冷卻介質(zhì)的選擇需綜合考慮制漿過程的降溫幅度，需要說明的是，任何適用于本發(fā)明提供的方法并且實現(xiàn)降低漿料溫度技術(shù)效果的冷卻介質(zhì)均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)