CN103170603B - 一种铝合金或镁合金半固态浆料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铝合金或镁合金半固态浆料的制备方法，包括以下步骤：将铝合金或镁合金加热熔解，制得合金熔体；将合金熔体的温度加热至比其液相线温度高10～20℃后，采用钢棒或石墨棒将惰性气体吹入合金熔体中进行气体搅拌，然后再伴随惰性气体将粉末材料喷吹入合金熔体中；当温度降低到固液两相区内即制得铝合金或镁合金半固态浆料。本发明通过将惰性气体吹入合金熔体中进行气体搅拌一段时间后再伴随惰性气体将粉末材料喷吹入合金熔体中，不但有利于晶粒形核，而且有利于促使凝固的枝晶形成球状晶，从而获得更为理想的半固态浆料。本发明的制备方法工艺简单，成本低，实际生产操作方便。

Description

一种铝合金或镁合金半固态浆料的制备方法

技术领域

本发明涉及轻金属半固态浆料制备技术领域，具体涉及一种铝合金或镁合金半固态浆料的制备方法。

背景技术

金属材料的性能很大程度上取决于其组织特征，材料制备过程中对组织形态控制是提高性能的重要手段。传统铸造过程中，初生相以枝晶方式生长，当固相率达到20％左右时，则形成连续枝晶网架结构，过早地使合金丧失宏观流动性，而导致铸件性能下降。20世纪70年代初发展起来的半固态铸造技术，使传统铸造方式发生了深刻变化。采用半固态铸造成形技术所生产的产品，由于浇注温度处于固液两相区，使铸件在凝固过程中收缩量减少，铸件尺寸精度提高，成形性好，适于生产复杂件，并可以达到近净形生产，而且在组织上消除了柱状晶和粗大的树枝晶，使铸件组织细密均匀，缺陷和宏观偏析明显减少，此外对型腔热冲击的减小，相应提高了压铸型及压射室的使用寿命，提高了成品率和产品的性能，半固态铸造成形技术不但综合了铸造成形和锻压成形的优点，而且部分产品的性能会接近甚至于达到锻压产品的性能，同时拓展了成形合金的范围。

半固态成形技术属于21世纪前沿性的金属加工技术，近年来得到迅速发展。在得到成型商品前的整个流程中，半固态金属浆料的质量是成形技术的基础和关键因素，它要求浆料组织中的晶粒为细小、均匀的球形组织。针对半固态浆料的制备方法，国内外学者己做了大量的研究工作，提出了许多制备工艺方法，如机械搅拌法、电磁搅拌法、控制凝固法、应变激活工艺、粉末冶金方法以及其他方法等。这些工艺从晶粒形核、长大的热力学和动力学条件上着手，通过控制一定的凝固条件，如浇注温度、冷却速率等来改变形核和枝晶生长，从而获得细晶或非枝晶组织。

气体尤其是惰性气体在金属凝固领域中有着广泛的用途，主要应用于铝合金熔体精炼净化处理中，但在半固态领域的研究也有报道。气泡搅拌制备式(Gasinducedsemi-solidprocess，简称GISS)流变成形工艺是泰国Songkla大学的Wannasin等提出的一种流变成型技术。该工艺是在较低的过热度下，通过钻有细小孔洞的石墨棒向合金熔体中通氩气使熔体激冷形核，由气流产生的强烈搅拌破碎了石墨棒附近的枝晶，而且对流所产生的局部熔体过热使得枝晶部分重熔并变得圆整，然后将制得的浆料压铸或挤压铸造成形。

华中科技大学皱莹和张磊等人对这气泡搅拌制备工艺进行了改进，通过电机带动石墨棒旋转吹气制得了AZ91D镁合金半固态浆料。王文俊等人在旋转石墨棒的基础上加上了机械振动，提出气流搅拌机械振动复合法制取半固态浆料的工艺，并为此设计制造了一套制浆设备。该复合制浆的工艺和设备集成了两种制浆方法的优点，还能利用机械振动的除气作用弥补单独气流搅拌的不足，做到优势互补。利用该复合工艺，成功制备出ZL101合金半固态浆料。气流搅拌机械振动复合法能够进一步提高球晶的圆整度，降低晶粒尺寸，得到细小圆整的非枝晶半固态组织。

气流搅拌法制备浆料具有过程简单，成本低，并可充分利用现有常规的熔铸工艺设备，实际操作较方便等优点。该工艺虽然已经开始得到初步的产业化应用，但是在半固态浆料的制备方面仍然存在提升的空间。目前，尚未见到采用气体喷吹固体粉末制备轻金属合金半固态浆料的报道。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种采用气体喷吹固体粉末方法制备铝合金或镁合金半固态浆料的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种铝合金或镁合金半固态浆料的制备方法，包括以下步骤：

①将铝合金或镁合金加热熔解，使合金完全熔化成液体状态，制得合金熔体；

②将合金熔体的温度加热至比其液相线温度高10～20℃后，采用钢棒或石墨棒将惰性气体吹入合金熔体中进行气体搅拌，气体流量控制在1～5L/min，在吹气1～5分钟后，伴随惰性气体将粉末材料喷吹入合金熔体中，合金熔体与所吹入的粉末材料的重量比为10︰0.01～0.1；所述粉末材料为以下材料中的一种或两种以上：纯铝粉、纯镁粉、铝硅合金粉末、铝铜合金粉末、铝锌合金粉末、镁合金粉末、氟钛酸钾粉末、氟锆酸钾粉末、氟硼酸钾粉末；

③由于粉末材料被喷吹入合金熔体中，致使合金熔体的温度下降，当温度降低到固液两相区内即制得铝合金或镁合金半固态浆料。

本发明步骤②中所采用的粉末材料可以是与所制备的铝合金或镁合金半固态浆料相同或相近的成分的金属材料粉末(如铝硅合金粉末、铝铜合金粉末、铝镁合金粉末、铝锌合金粉末、镁合金粉末等)，也可以是其它可起合金化作用的粉末(如纯铝粉、纯镁粉等)，或者是可以与合金熔体反应形成合金化的非金属材料粉末(如氟钛酸钾粉末、氟锆酸钾粉末、氟硼酸钾粉末等)。当上述粉末材料中的一种或两种以上混合物被吹入合金熔体后，由于发生熔解吸热过程，可对其周围的熔体产生快速的降温，使得合金的过冷度增大，晶粒形核功减小，有利于晶粒形核。向合金熔体中吹入与熔体成分相同的合金粉末或可起合金化的金属粉末(如铝硅合金粉末、铝铜合金粉末、铝镁合金粉末、铝锌合金粉末、镁合金粉末等)，所吹入的金属粉末可以作为非均匀形核的核心或起细化作用；向合金熔体中吹入可以与合金熔体反应形成合金化的非金属粉末(如氟钛酸钾粉末、氟锆酸钾粉末、氟硼酸钾粉末等)，所吹入的非金属粉末在与合金熔体接触过程会产生化学反应，产生吸热的同时形成可细化晶粒的粒子或化合物。同时，由于粉末材料是伴随惰性气体喷吹入合金熔体中，在惰性气体的搅拌作用下能打断和碎离形核过程中的树枝晶，并使所形成的晶核进一步圆整化，促使凝固的枝晶形成球状晶，从而获得更为理想的半固态浆料。

本发明的有益效果是：1、本发明通过将惰性气体吹入合金熔体中进行气体搅拌一段时间后再将粉末材料伴随惰性气体喷吹入合金熔体中，不但有利于晶粒形核，而且有利于促使凝固的枝晶形成球状晶，从而获得更为理想的半固态浆料；2、本发明通过将粉末材料伴随惰性气体喷吹入合金熔体中，能使粉末材料在合金熔体中的扩散更为快速、分布更为均匀，不但更有利于晶粒形核，而且能使所形成的晶核分布更为均匀，从而提高半固态浆料的质量；3、本发明的制备方法工艺简单，成本低，实际生产操作方便。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

一种Al-7％Si合金半固态浆料的制备方法，包括以下步骤：①将10公斤Al-7％Si合金加热熔解，使Al-7％Si合金完全熔化成液体状态，制得Al-7％Si合金熔体；②将Al-7％Si合金熔体加热至比其液相线温度高10～20℃后，采用钢棒将氩气吹入Al-7％Si合金熔体中进行气体搅拌，氩气的气体流量为1L/min，在吹气1分钟后，伴随氩气将0.01公斤Al-7％Si合金粉末喷吹入合金熔体中；③由于Al-7％Si合金粉末被喷吹入合金熔体中，使Al-7％Si合金熔体的温度下降，当温度降低到固液两相区内即制得一种Al-7％Si合金半固态浆料。

实施例2：

一种Al-20％Si合金半固态浆料的制备方法，包括以下步骤：①将10公斤Al-20％Si合金加热熔解，使Al-20％Si合金完全熔化成液体状态，制得Al-20％Si合金熔体；②将Al-20％Si合金熔体加热至比其液相线温度高10～20℃后，采用石墨棒将氮气吹入Al-20％Si合金熔体中进行气体搅拌，氮气的气体流量为5L/min，在吹气1分钟后，伴随氮气将0.05公斤纯铝粉、0.01公斤氟钛酸钾粉末喷吹入Al-20％Si合金熔体中；③由于纯铝粉、氟钛酸钾粉末被喷吹入Al-20％Si合金熔体中，使Al-20％Si合金熔体的温度下降，当温度降低到固液两相区内即制得一种Al-20％Si合金半固态浆料。

实施例3：

一种AZ91镁合金半固态浆料的制备方法，包括以下步骤：①将10公斤AZ91镁合金加热熔解，使AZ91镁合金完全熔化成液体状态，制得AZ91镁合金熔体；②将AZ91镁合金熔体加热至比其液相线温度高10～20℃后，采用石墨棒将氩气吹入AZ91镁合金熔体中进行气体搅拌，氩气的气体流量为2.5L/min，在吹气1分钟后，伴随氩气将0.04公斤纯镁粉、0.05公斤镁合金粉末、0.01公斤氟硼酸钾粉末喷吹入合金熔体中；③由于纯镁粉、镁合金粉末、氟硼酸钾粉末被喷吹入AZ91镁合金熔体中，使AZ91镁合金熔体的温度下降，当温度降低到固液两相区内即制得一种AZ91镁合金半固态浆料。

实施例4：

一种AM60镁合金半固态浆料的制备方法，包括以下步骤：①将10公斤AM60镁合金加热熔解，使AM60镁合金完全熔化成液体状态，制得AM60镁合金熔体；②将AM60镁合金熔体加热至比其液相线温度高10～20℃后，采用钢棒将氮气吹入AM60镁合金熔体中进行气体搅拌，氮气的气体流量为4L/min，在吹气1分钟后，伴随氮气将0.05公斤铝锌合金粉末喷吹入AM60镁合金熔体中；③由于铝锌合金粉末被喷吹入AM60镁合金熔体中，使AM60镁合金熔体的温度下降，当温度降低到固液两相区内即制得一种AM60镁合金半固态浆料。

Claims (1)

1.一种铝合金或镁合金半固态浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①将铝合金或镁合金加热熔解，使合金完全熔化成液体状态，制得合金熔体；

②将合金熔体的温度加热至比其液相线温度高10～20℃后，采用钢棒或石墨棒将惰性气体吹入合金熔体中进行气体搅拌，气体流量控制在1～5L/min，在吹气1～5分钟后，伴随惰性气体将粉末材料喷吹入合金熔体中，合金熔体与所吹入的粉末材料的重量比为10︰0.01～0.1；所述粉末材料为以下材料中的一种或两种以上：纯铝粉、纯镁粉、铝硅合金粉末、铝铜合金粉末、铝锌合金粉末、镁合金粉末、氟钛酸钾粉末、氟锆酸钾粉末、氟硼酸钾粉末；

③由于粉末材料被喷吹入合金熔体中，致使合金熔体的温度下降，当温度降低到固液两相区内即制得铝合金或镁合金半固态浆料。