CN100365143C - 一种铝20锡半固态浆料机械搅拌制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铝20锡半固态浆料机械搅拌制备方法，属于铝20锡半固态研究领域，利用连续上下移动的双面双弧形叶片旋转产生的周向运动、向内运动和向上运动，打碎铝20锡熔体凝固过程中形成的初生固相，并不断地将石墨坩埚内周围的铝20锡熔体移到内部、将下部的铝20锡熔体移到上部，来阻止锡液滴的离心运动与沉淀运动，当铝20锡熔体的周向运动状态接近双面双弧形叶片周向运动状态时，改变双面双弧形叶片的旋转方向，来保持搅拌效果；利用铝20锡熔体的高粘度和初生固相颗粒来进一步阻止锡液滴的离心运动与沉淀运动，得到锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料，解决现有制备方法存在的“设备结构复杂”的技术问题。

Description

一种铝20锡半固态浆料机械搅拌制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝20锡半固态浆料机械搅拌制备方法。

背景技术

公开号：CN1740369A，发明名称：“一种铝20锡半固态浆料制备方法”上，阐述了制备铝20锡半固态浆料的方法，其基本技术方案如下：1)利用电磁搅拌装置打碎铝20锡合金液凝固过程中形成的初生枝晶；2)利用机械搅拌装置阻止锡液滴的离心与沉淀运动，得到锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。在该方法中，电磁搅拌装置和机械搅拌装置的共同作用，阻止了由于铝与锡密度的差别引起的锡液滴的离心与沉淀运动，得到了锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。但是，在该方法中，由于同时使用了电磁搅拌装置和机械搅拌装置，导致设备结构十分复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有制备方法存在的“设备结构复杂”的不足，提供一种能够制备出锡液滴均匀悬浮于铝20锡熔体中的铝20锡半固态浆料的机械搅拌制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

利用机械搅拌器的双面双弧形叶片旋转时产生的周向运动、向内运动和向上运动，来打碎铝20锡熔体凝固过程中形成的初生固相，并不断地将双面双弧形叶片周围的铝20锡熔体移到内部、将下部的铝20锡熔体移到上部，来阻止双面双弧形叶片周围的锡液滴的离心运动与沉淀运动，当铝20锡熔体的周向运动状态接近双面双弧形叶片周向运动状态而导致阻止锡液滴离心运动与沉淀运动效果变差时，机械搅拌器改变旋转方向，利用双面双弧形叶片另一面的双弧形来阻止双面双弧形叶片周围的锡液滴的离心运动与沉淀运动；借助于机械搅拌器的上下移动控制装置，来驱动机械搅拌器进行上下运动，从而在整个坩埚范围内阻止锡液滴的离心运动与沉淀运动；利用铝20锡熔体的高粘度和初生固相颗粒来进一步阻止锡液滴的离心运动与沉淀运动，得到锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。

铝20锡半固态浆料的机械搅拌制备装置主要包括：机械搅拌器及其驱动与上下移动控制装置、石墨坩埚、上盖、堵塞、Ar气管及热电偶。

石墨坩埚采用机械连接方式固定于底架上，其壁内间隔均布加热管和冷却管，分别与外部电源与冷却液供给系统连接。

机械搅拌器由圆形搅拌杆和四个双面双弧形叶片构成，材质为耐热陶瓷；圆形搅拌杆的下端为方形，其四面与圆形搅拌杆相切，四个双面双弧形叶片位于圆形搅拌杆的方形下端，其根部与圆形搅拌杆的方形下端的四个表面垂直，互成90°，厚度与圆形搅拌杆的方形下端的厚度相同；双面双弧形叶片左右二侧面为双弧形面，对称分布，在长度方向上，凹弧面为圆弧形，弧度为20～30°，左右二侧的凹弧面与双面双弧形叶片上表面的相交弧线在双面双弧形叶片根部相切；双面双弧形叶片在厚度方向上，凹弧面朝上，为圆弧形，弧度为45～90°，凹弧面下部与双面双弧形叶片下表面相切；双面双弧形叶片最外端部与石墨坩埚内壁之间的距离为5mm。

机械搅拌器的驱动装置由电机、齿轮传动机构和定位机构构成。定位机构位于机械搅拌器的圆形搅拌杆上部，由上下二个轴瓦进行横向定位，由上下二个止推轴承进行纵向定位，机械搅拌器驱动装置的电机、齿轮传动机构和定位机构分别采用机械连接方式固定于导向板上，导向板可在固定于支架上的导向槽内进行上下移动。

机械搅拌器上下移动控制装置由电机、传动机构、上行程开关和下行程开关构成。传动机构由齿条与齿轮、涡轮与蜗杆传动构成，齿条的下端与机械搅拌器驱动装置的导向板采用机械连接方式连接，电机的转向由上、下行程开关控制，也就是，当机械搅拌器的双面双弧形叶片向上移动到铝20锡熔体上方时，齿条的上部触动下行程开关，电机改变转向，使机械搅拌器向下移动；当机械搅拌器的双面双弧形叶片向下移动到石墨坩埚底部时，齿条的上部触动上行程开关，电机改变转向，使机械搅拌器向上移动，机械搅拌器上下移动控制装置的电机、传动机构、行程开关采用机械连接方式固定于支架上。

机械搅拌器的上下移动速度控制在5～20mm/s，Ar气管固定于上盖的孔内，热电偶固定于石墨坩埚的侧壁内，其端部与铝20锡熔体接触，堵塞位于石墨坩埚底部。

铝20锡半固态浆料的制备工艺步骤如下：

步骤1，制备铝20锡熔体，控制在700℃；

步骤2，将上述铝20锡熔体倒入预热温度为500℃的石墨坩埚，盖上上盖，接通Ar气以防氧化；

步骤3，启动机械搅拌器及其上下移动控制装置，对铝20锡熔体进行搅拌，同时，接通并调节石墨坩埚壁内冷却管的冷却水与加热管的电源，将铝20锡熔体温度控制在铝20锡半固态浆料拟达到固相率所需温度，利用连续上下移动的机械搅拌器的双面双弧形叶片旋转产生的周向运动、向内运动和向上运动，打碎铝20锡熔体凝固过程中形成的初生固相，并不断地将石墨坩埚内周围的铝20锡熔体移到内部、将下部的铝20锡熔体移到上部，来阻止锡液滴的离心运动与沉淀运动，机械搅拌器的旋转方向每隔一定时间改变一次，来保持阻止锡液滴离心运动与沉淀运动的效果，利用铝20锡熔体的高粘度和初生固相颗粒进一步阻止锡液滴的离心运动与沉淀运动，搅拌一定时间后，得到具有锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。

本发明的有益效果是：利用本发明，无需电磁搅拌装置，直接可以从高温液态通过降温进行机械搅拌制备锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料，解决了现有制备方法存在的“设备结构复杂”的问题。

附图说明

图1为本发明方法制备铝20锡半固态浆料装置的主视图。

图中，圆形搅拌杆1，双面双弧形叶片2，石墨坩埚3，加热管4，冷却管5，铝20锡半固态浆料6，堵塞7，上盖8，Ar气管9，底架11，轴瓦12，止推轴承13，电机14，齿轮传动机构15，导向板16，导向槽17，齿条18，电机19，传动机构20，上行程开关21，下行程开关22，支架23。

图2为本发明方法制备铝20锡半固态浆料装置的A-A视图。

图中10.热电偶。

图3为本发明方法制备铝20锡半固态浆料装置的B-B局部视图。

图4为本发明方法制备的固相率为40％的铝20锡半固态浆料的微观组织。

具体实施方式

结合附图对本发明方法制备铝20锡半固态浆料装置的具体说明如下：

铝20锡半固态浆料的机械搅拌制备装置主要由机械搅拌器及其驱动与上下移动控制装置、石墨坩埚3、上盖8、堵塞7、Ar气管9及热电偶10构成。

石墨坩埚3采用机械连接方式固定于底架11上，其壁内间隔均布加热管4和冷却管5，分别与外部电源与冷却液供给系统连接；

机械搅拌器由圆形搅拌杆1和四个双面双弧形叶片2构成，材质为耐热陶瓷；圆形搅拌杆1的下端为方形，其四面与圆形搅拌杆1相切，四个双面双弧形叶片2位于圆形搅拌杆1的方形下端，其根部与圆形搅拌杆1的方形下端的四个表面垂直，互成90°，厚度与圆形搅拌杆1的方形下端的厚度相同；双面双弧形叶片2左右二侧面为双弧形面，对称分布，在长度方向上，凹弧面为圆弧形，弧度为20～30°，左右二侧的凹弧面与双面双弧形叶片2上表面的相交弧线在双面双弧形叶片2根部相切；双面双弧形叶片2在厚度方向上，凹弧面朝上，为圆弧形，弧度为45～90°，凹弧面下部与双面双弧形叶片2下表面相切；双面双弧形叶片2最外端部与石墨坩埚3内壁之间的距离为5mm。

机械搅拌器的驱动装置由电机14、齿轮传动机构15和定位机构构成。定位机构位于圆形搅拌杆1上部，由上下二个轴瓦12进行横向定位，由上下二个止推轴承13进行纵向定位，机械搅拌器驱动装置的电机14、齿轮传动机构15和定位机构分别采用机械连接方式固定于导向板16上，导向板16可在固定于支架23上的导向槽17内进行上下移动。

机械搅拌器上下移动控制装置由电机19、传动机构20、上行程开关21和下行程开关22构成。传动机构20由齿条18与齿轮、涡轮与蜗杆传动构成，齿条18的下端与机械搅拌器驱动装置的导向板16采用机械连接方式连接，电机19的转向由上行程开关21、下行程开关22控制，也就是，当双面双弧形叶片2向上移动到铝20锡熔体上方时，齿条18的上部触动下行程开关22，电机19改变转向，使机械搅拌器向下移动；当双面双弧形叶片2向下移动到石墨坩埚3底部时，齿条18的上部触动上行程开关21，电机19改变转向，使机械搅拌器向上移动，机械搅拌器上下移动控制装置的电机19、传动机构20、上行程开关21、下行程开关22采用机械连接方式固定于支架23上；

Ar气管9固定于上盖8的孔内，热电偶10固定于石墨坩埚3的侧壁内，其端部与铝20锡半固态浆料6接触，堵塞7位于坩埚3底部。

在机械搅拌器的功率为2kW、转速为3转/秒、每隔3分钟改变一次机械搅拌器的旋转方向、双面双弧形叶片2长度方向上凹弧面的弧度为20°、厚度方向上凹弧面的弧度为50°、机械搅拌器的上下移动速度为5mm/s的条件下，具体实施步骤：

步骤1，制备铝20锡熔体，温度控制在700℃；

步骤2，将上述铝20锡熔体倒入石墨坩埚3中，石墨坩埚3的预热温度为500℃，由其壁内的加热管4实现预热，盖上上盖8后，接通Ar气以防氧化；

步骤3，启动机械搅拌器及其上下移动控制装置，对铝20锡熔体进行搅拌，同时，关闭加热管4的电源并向石墨坩埚3壁内的冷却管5内接通冷却水进行冷却，将铝20锡熔体冷却至585℃后，关闭冷却水，打开并调节加热管4的电源，使铝20锡熔体温度稳定在585℃，稳定搅拌10min后，得到固相率为40％、锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料6。

在双面双弧形叶片2长度方向上凹弧面的弧度为30°、厚度方向上凹弧面的弧度为90°、机械搅拌器的转速为5转/秒、上下移动速度为15mm/s、每隔2分钟改变一次机械搅拌器的旋转方向、石墨坩埚3内铝20锡熔体的温度控制在570℃、其它参数同上的条件下，稳定搅拌8min后，得到固相率为50％、锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料6。

在双面双弧形叶片2长度方向上凹弧面的弧度为25°、厚度方向上凹弧面的弧度为70°、机械搅拌器的转速为4转/秒、上下移动速度为20mm/s、每隔1分钟改变一次机械搅拌器的旋转方向、石墨坩埚3内铝20锡熔体的温度控制在600℃、其它参数同上的条件下，稳定搅拌9min后，得到固相率为30％、锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料6。

附图4为本发明方法制备的固相率为40％的铝20锡半固态浆料的微观组织，图中呈球形或椭球形的白色部分为初生固相颗粒，呈球形或椭球形的黑色部分为锡颗粒，由图可见，铝20锡半固态浆料中的初生固相颗粒与锡液滴均匀地分布在半固态浆料中，所以，本发明方法可用于制备重金属锡均匀悬浮于熔体中的铝20锡半固态浆料。

Claims (2)

1.一种铝20锡半固态浆料机械搅拌制备方法，其特征在于，铝20锡半固态浆料机械搅拌制备方法的工艺步骤：

步骤1，制备铝20锡熔体，控制在700℃；

步骤2，将上述铝20锡熔体倒入预热温度为500℃的石墨坩埚，盖上上盖，接通Ar气以防氧化；

步骤3，启动机械搅拌器及其上下移动控制装置，对铝20锡熔体进行搅拌，同时，接通并调节石墨坩埚壁内冷却管的冷却水与加热管的电源，将铝20锡熔体温度控制在铝20锡半固态浆料拟达到固相率所需温度，利用连续上下移动的机械搅拌器的双面双弧形叶片旋转产生的周向运动、向内运动和向上运动，打碎铝20锡熔体凝固过程中形成的初生固相，并不断地将石墨坩埚内周围的铝20锡熔体移到内部、将下部的铝20锡熔体移到上部，来阻止锡液滴的离心运动与沉淀运动，机械搅拌器的旋转方向每隔1～3分钟改变一次，来保持阻止锡液滴离心运动与沉淀运动的效果，利用铝20锡熔体的高粘度和初生固相颗粒进一步阻止锡液滴的离心运动与沉淀运动，搅拌一定时间后，得到锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料；机械搅拌器的双面双弧形叶片左右二侧面为双弧形面，对称分布，在长度方向上，凹弧面为圆弧形，弧度为20～30°，左右二侧的凹弧面与双面双弧形叶片上表面的相交弧线在双面双弧形叶片根部相切；双面双弧形叶片在厚度方向上，凹弧面朝上，为圆弧形，弧度为45～90°，凹弧面下部与双面双弧形叶片下表面相切。

2.根据权利要求1所述的一种铝20锡半固态浆料机械搅拌制备方法，其特征在于，机械搅拌器的连续上下移动速度控制在5～20mm/s，搅拌时间为8～10min，铝20锡熔体温度控制在560～600℃。

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