CN100507035C - 铝合金半固态浆料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金半固态浆料的制备方法，具有以下步骤：①得到铝合金粉末：将铝合金通过高压惰性气体雾化的方法得到铝合金雾化粉末，或者收集将铝合金通过喷射成形的方法得到的铝合金过喷粉末；②将与步骤①中的铝合金相同成分的另外的铝合金加热制成铝合金熔体，并在半固态温度区间内进行保温；③在保温过程中，将步骤①得到的铝合金粉末加入到步骤②制成的铝合金熔体中并搅拌，制得铝合金半固态浆料。本发明的方法可以在很短的时间内得到细小组织组成的半固态浆料，满足半固态加工的需要。并且本发明工艺过程简单，设备结构简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明属于半固态金属加工领域，具体涉及一种铝合金半固态浆料的制备方法。
背景技术
半固态金属加工技术具有许多优良的特点，近年来得到迅速发展。利用半固态加工方法能够生产形状复杂的零部件，像汽车用刹车制动缸体和铝合金轮毂，空调设备部件，转向与传动系统零件，活塞，航空航天上使用的电子器件的连接部件等。
半固态金属加工要求用于成型的浆料具有均匀、细小、等轴的非枝晶组织，浆料通过制浆工艺得到。因此，通过制浆工艺获得具有半固态金属成型的理想组织(即浆料)是半固态金属成型技术的基础与关键，也是半固态成型研究领域的重点课题。
目前普遍采用的是通过机械搅拌、电磁搅拌等方法来打碎枝晶，得到半固态浆料。例如中国专利CN1746327A公开了一种利用电磁搅拌器制备半固态铝合金浆料的方法，中国专利CN1740369A公开了同时利用电磁搅拌装置和机械搅拌器制备铝20锡半固态浆料方法，中国专利CN1858278A公开了一种利用机械搅拌器制备铝20锡半固态浆料的方法。
上述几种方式均要求将已结晶的枝晶打碎，因此需要有较大的剪切力，而且由于结晶处在半固态温度区间，液相含量高，先结晶的晶粒生长速度快，难于得到晶粒细小、近球形的半固态浆料，工艺过程难于控制，而且能量消耗大，设备结构复杂成本高。
高压惰性气体雾化法是一种物理制备粉末的方法，它主要是利用高速的气流直接击碎液态金属或者合金来制取粉末，是粉末制备最常用的方法。
喷射成形技术是一种用快速凝固方法制备大块致密金属材料的先进材料制备技术，而且兼有半固态成形、近终型成形和快速凝固成形等特点，经过近30年的发展，目前已进入广泛的商业应用。但是，在喷射成形过程中，高压惰性气体将合金熔体雾化成细小液滴形成的高速射流到达基体后产生紊流，使得除大部分的金属沉积在一定形状的基体上外，还有一小部分的合金凝固后成为微细粉末悬浮在雾化室内，形成了喷射成形的副产品-过喷粉末。这些粉末除做一些特殊的用途外，不能重熔进行回用，随着喷射成形生产的不断增大，这些粉末将造成积压或浪费。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中的不足，提供一种工艺过程简单、设备结构简单、成本低的铝合金半固态浆料的制备方法。
本发明的发明构思是：采用快速凝固的方法(喷射成形过程中得到的副产品或者直接采用惰性气体进行雾化)制备的晶粒细小、近球形的等轴晶体结构的粉末，加入到固种成分的金属熔体中加以搅拌，在很短的时间内得到细小组织组成的半固态浆料。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种铝合金半固态浆料的制备方法，具有以下步骤：①得到铝合金粉末：将铝合金通过高压惰性气体雾化的方法得到铝合金雾化粉末，或者收集将铝合金通过喷射成形的方法得到的铝合金过喷粉末；②将与步骤①中的铝合金相同成分的另外的铝合金加热制成铝合金熔体，并在半固态温度区间内进行保温；③在保温过程中，将步骤①得到的铝合金粉末加入到步骤②制成的铝合金熔体中并搅拌，制得铝合金半固态浆料。
上述步骤①和步骤②中所述的铝合金的成分为AlaMbNc；其中a、b、c为重量份数，a+b+c＝100，86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1；M为Mg、Si、Cu、Zn中的至少一种；N为Mn、Ti、Fe、Cr中的一种或者两种或者三种。
上述步骤①所述的雾化粉末或者过喷粉末的平均粒径为40μm～60μm。
上述步骤①中所述的高压惰性气体雾化的方法是指将铝合金熔化后直接通过高压惰性气体雾化成细小液滴，凝固后进行收集，过筛即得铝合金雾化粉末。
上述步骤②中所述的半固态温度区间为550℃～650℃。
上述步骤③中粉末的加入量与熔体的质量比为1:10～1:2，搅拌时间为2～10分钟。
本发明具有的积极效果：(1)由于雾化后的铝合金雾化粉末本身是快速凝固的颗粒，内部组织晶粒细小且为等轴晶粒，将其加入到金属熔体中提高了金属熔体的冷却速度，增加颗粒周围过冷度，促进金属熔体的成核，因而可以在很短的时间内得到细小组织组成的半固态浆料，满足半固态加工的需要。(2)喷射成形过程中还有一小部分的合金微细粉末悬浮在雾化室内，这些细小的、近球形的副产品铝合金过喷粉末同样是快速凝固的颗粒，内部组织晶粒细小且为等轴晶粒，也可以达到本发明效果，这样避免了浪费，节约成本。(3)本发明的粉末颗粒与金属熔体的质量比可调，这样可以得到具有很好的流变性能的半固态铝合金浆料。(4)本发明不需要有较大剪切力的机械搅拌以及电磁搅拌中的复杂设备，工艺过程大大简化。
具体实施方式
实施例1(6061铝合金半固态浆料的制备)
本实施例的6061铝合金的成分为1.0Mg-0.65Si-0.35Cu-0.20Cr，余量为Al。
①将20kg的6061铝合金熔化后用高压惰性气体雾化成细小液滴，待凝固后进行收集，过200目筛，得到平均粒径为60μm的铝合金雾化粉末；
②将20kg的6061铝合金加热到720℃熔化成金属熔体，金属熔体经精练后，冷却至液相线以下的温度650℃，并在此温度中进行保温；
③保温过程中取2kg步骤①得到的铝合金雾化粉末加入到金属熔体中，搅拌2分钟即得到具有均匀、细小、等轴的非枝晶组织的铝合金半固态浆料。
实施例2(A356铝合金半固态浆料的制备)
本实施例的A356铝合金的成分为6.8Si-0.3Mg-0.2Cu-0.1Mn-0.2Ti，余量为Al。
①收集A356铝合金喷射成形过程中悬浮在雾化室内的铝合金过喷粉末，过200目筛，得到平均粒径为40μm的铝合金过喷粉末；
②将20kg的A356铝合金加热700℃熔化成金属熔体，金属熔体经精练后，冷却至液相线以下的温度590℃，并在此温度中进行保温；
③保温过程中取4kg步骤①得到的铝合金过喷粉末加入到金属熔体中，搅拌5分钟即得到具有均匀、细小、等轴的非枝晶组织的铝合金半固态浆料。
实施例3(7075铝合金半固态浆料的制备)
本实施例的7075铝合金的成分为5.6Zn-2.8Mg-1.7Cu-0.4Si-0.2Cr，余量为Al。
①将20kg的7075铝合金熔化后用高压惰性气体雾化成细小液滴，待凝固后进行收集，过200目筛，得到平均粒径为50μm的铝合金雾化粉末；
②将20kg的7075铝合金加热750℃C熔化成金属熔体，金属熔体经精练后，冷却至液相线以下的温度550℃，并在此温度中进行保温；
③保温过程中取10kg步骤①得到的铝合金雾化粉末加入到金属熔体中，搅拌10分钟即得到具有均匀、细小、等轴的非枝晶组织的铝合金半固态浆料。
实施例4(2024铝合金半固态浆料的制备)
本实施例的2024铝合金的成分为4.4Cu-1.5Mg-0.4Mn-0.5Fe，余量为Al。
①收集2024铝合金喷射成形过程中悬浮在雾化室内的铝合金过喷粉末，过200目筛，得到平均粒径为40μm的铝合金过喷粉末；
②将20kg的2024铝合金加热700℃熔化成金属熔体，金属熔体经精练后，冷却至液相线以下的温度610℃，并在此温度中进行保温；
③保温过程中取5kg步骤①得到的铝合金过喷粉末加入到金属熔体中，搅拌6分钟即得到具有均匀、细小、等轴的非枝晶组织的铝合金半固态浆料。
本发明的铝合金材料除了以上四种以外，还包括其他符合AlaMbNc的铝合金。
其中M除了实施例所列举的Mg、Si、Cu、Zn四种金属组合、Mg、Si、Cu三种金属组合以及Cu和Mg的组合之外，还可以是Mg、Si、Cu、Zn中可形成合金的其他任意三种金属组合或者其他任意两种金属组合或者任意一种金属。
N除了实施例所列举的Cr、Mn和Fe的组合以及Mn和Ti的组合之外，还可以是Mn、Ti、Fe、Cr中可形成合金的任意三种金属组合或者其他任意两种金属组合或者其他任意一种金属。
本发明各实施例的具体工艺参数及材料力学性能见表1
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 铝合金材料 | 6061 | A356 | 7075 | 2024 |
| Al含量(wt％) | 97.8 | 92.4 | 89.3 | 93.2 |
| 粉末与熔体的质量比 | 1:10 | 1:5 | 1:2 | 1:4 |
| 粉末平均粒径(μm) | 60 | 40 | 50 | 40 |
| 半固态保温温度(℃) | 650 | 590 | 550 | 610 |
| 搅拌时间(分钟) | 2 | 5 | 10 | 6 |
| 屈服强度(Mpa) | 314 | 286 | 573 | 379 |
| 拉伸强度(Mpa) | 330 | 305 | 652 | 478 |
| 延伸率(％) | 14.3 | 5.3 | 12.9 | 10 |
Claims (4)
1、一种铝合金半固态浆料的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
①得到铝合金粉末：将铝合金通过高压惰性气体雾化的方法得到铝合金雾化粉末，或者收集将铝合金通过喷射成形的方法得到的铝合金过喷粉末，所述的铝合金的成分为AlaMbNc；其中a、b、c为重量份数，a+b+c＝100，86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1；M为Mg、Si、Cu、Zn中的至少一种；N为Mn、Ti、Fe、Cr中的一种或者两种或者三种；
②将与步骤①中的铝合金相同成分的另外的铝合金加热制成铝合金熔体，并在半固态温度区间内进行保温，所述的半固态温度区间为550℃～650℃；
③在保温过程中，将步骤①得到的铝合金粉末加入到步骤②制成的铝合金熔体中并搅拌，制得铝合金半固态浆料，其中粉末的加入量与熔体的质量比为1:10～1:2。
2、根据权利要求1所述的铝合金半固态浆料的制备方法，其特征在于：步骤①所述的雾化粉末或者过喷粉末的平均粒径为40μm～60μm。
3、根据权利要求1所述的铝合金半固态浆料的制备方法，其特征在于：步骤①中所述的高压惰性气体雾化的方法是指将铝合金熔化后通过高压惰性气体雾化成细小液滴，凝固后进行收集，过筛即得铝合金雾化粉末。
4、根据权利要求1所述的铝合金半固态浆料的制备方法，其特征在于：步骤③中的搅拌时间为2～10分钟。
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Changzhou City, Jiangsu province Yuying road 213001 No. 2 Patentee after: JIANGSU University OF TECHNOLOGY Address before: Changzhou City, Jiangsu province Yuying road 213001 No. 2 Patentee before: Jiangsu Teachers University of Technology |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201126 Address after: 226600 Hong Wah Road, Haian Development Zone, Nantong City, Jiangsu Province, No. 59 Patentee after: NANTONG KINGWAY COMPLEX MATERIAL Co.,Ltd. Address before: Changzhou City, Jiangsu province Yuying road 213001 No. 2 Patentee before: JIANGSU University OF TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230105 Address after: 276000 Torch Building 001, Keji Avenue, High tech Zone, Linyi City, Shandong Province Patentee after: Linyi high tech urban and Rural Development Co.,Ltd. Address before: 226600 No.59, Kanghua Road, Hai'an Development Zone, Nantong City, Jiangsu Province Patentee before: NANTONG KINGWAY COMPLEX MATERIAL CO.,LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090701 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |