CN103722139A - 半固态制浆装置及使用该制浆装置的复合板制备设备 - Google Patents

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张亚
周延军
赵培峰
周志红
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刘亚民
郜建新
魏世忠
白宁
邓猛
张彦敏
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Abstract

本发明涉及半固态制浆技术领域，特别涉及半固态制浆装置及使用该装置的复合板制备设备。半固态制浆装置，包括用于与储液箱连通的且自上而下倾斜设置的供金属液流过的流道，流道具有用于与金属液接触的接触表面，接触表面上设置有自上而下平行排布的条状凸起，相邻条状凸起之间构成了凹槽，条状凸起具有用于与金属液流动方向垂直的长度方向。采用本发明中的半固态制浆装置大大减少了流道的接触表面的凝壳问题，由半固态制浆装置得到的优质的半固态浆料可以与固态异质材料之间形成良好的冶金结合，进而有效克服了传统复合板制备工艺存在的难以实现界面冶金复合的技术难点。

Description

半固态制浆装置及使用该制浆装置的复合板制备设备
技术领域
本发明涉及半固态制浆技术领域，特别涉及半固态制浆装置及使用该装置的复合板制备设备。
背景技术
由于资源限制以及材料性能的需要，结合性能良好的层状复合材料（如铜/铝、钢/铝）已成为国内外学者努力的目标。半固态加工技术介于固态加工与液态加工之间，具有其独特的优势，如降低能耗、成本，提高产品质量、性能等。经研究半固态-固态制备技术可以制备出冶金结合良好的双金属复合材料，而快速制备出的优质半固态浆料是复合成形的前提和关键，但至今为止仍没有适用于半固态-固态双金属复合的半固态制浆装置。
专利号为201110440742.2的中国专利文件中公布了一种铜铝复合板制备设备，该设备包括半固态制浆装置，该半固态制浆装置包括储液槽和与储液槽连通的流道，流道流出的半固态铝浆流至板材的表面并随板材移动，经轧辊的轧制后而制备得到了复合板。由于该半固态制浆装置制备得到的半固态浆料的晶粒粗大且半固态浆料易在流道的壁上凝壳，因而不能保证后续半固态浆料与固态异质材料的良好冶金复合。
专利号为200610041892.5的中国专利文件中公布了一种半固态浆料的制备装置，该装置包括储液箱、与储液箱连通的导流管，导流管的外部套设有起振器，该起振器可以产生机械振动，尽管机械振动可以减少金属液在导流管上的凝壳且提高形核率，但是其效果不是很明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半固态制浆装置，以解决现有技术中存在的金属液易凝壳的问题。本发明还提供了一种使用上述半固态制浆装置的复合板制备设备。
为了解决上述问题，本发明中的半固态制浆装置采用如下技术方案：半固态制浆装置，包括用于与储液箱连通的且自上而下倾斜设置的供金属液流过的流道，流道具有用于与金属液接触的接触表面，所述接触表面上设置有自上而下平行排布的条状凸起，相邻条状凸起之间构成了凹槽，条状凸起具有用于与金属液流动方向垂直的长度方向。
所述条状凸起的与其长度方向垂直的截面为钜齿形。
所述条状凸起两侧坡度不一致，沿金属液流动方向条状凸起下坡侧较上坡侧陡。
流道的接触表面的截面为矩形，流道的接触表面包括平行分布的上倾斜壁和下倾斜壁，条状凸起设置于流道的下倾斜壁上。
半固态制浆装置还包括用于向流道施加振动的振动施加系统，所述振动施加系统为设置于流道下部的超声波振动施加系统，所述超声波振动施加系统包括提供超声波振动源的超声波发生器和用于将超声波振动传递给流道的超声波转换器。
为了实现上述目的，本发明的复合板制备设备采用如下技术方案：复合板制备设备，包括半固态制浆装置，半固态制浆装置的下部设置有用于输送板材的预热辊，预热辊的一侧设置有用于将半固态液体与板材轧制在一起的成对设置的上轧辊和下轧辊，半固态制浆装置包括用于与储液箱连通的且自上而下倾斜设置的供金属液流过的流道，流道具有用于与金属液接触的接触表面，所述接触表面上设置有自上而下平行排布的条状凸起，相邻条状凸起之间构成了凹槽，条状凸起具有用于与金属液流动方向垂直的长度方向。
所述条状凸起的与其长度方向垂直的截面为钜齿形。
所述条状凸起两侧坡度不一致，沿金属液流动方向条状凸起下坡侧较上坡侧陡。
流道的接触表面的截面为矩形，流道的接触表面包括平行分布的上倾斜壁和下倾斜壁，条状凸起设置于流道的下倾斜壁上。
复合板制备设备还包括用于向流道施加振动的振动施加系统，所述振动施加系统为设置于流道下部的超声波振动施加系统，所述超声波振动施加系统包括提供超声波振动源的超声波发生器和用于将超声波振动传递给流道的超声波转换器。
本发明的有益效果：金属液在流道的接触表面上结晶并向内生长为初生的枝晶，由于流道的接触表面上设置有条状凸起，上述枝晶之间具有一定的间隙，在金属液中向下流动的过程，该条状凸起之间的凹槽可以增加金属液对枝晶的冲刷作用，使枝晶的晶粒发生破碎或断裂后进入金属液中向下流动，提高了浆料的流动性，大大减少了流道的接触表面的凝壳问题，同时增加了形核率，得到了包含细小均匀固相颗粒的优质半固态浆料。当半固态制浆装置用于复合板制备设备时，由半固态制浆装置得到的优质的半固态浆料可以与固态异质材料之间形成良好的冶金结合，进而有效克服了传统复合板制备工艺存在的难以实现界面冶金复合的技术难点。
进一步的，由于沿金属液流动方向条状凸起下坡侧较上坡侧陡，一方面在下坡时可以增加金属液对枝晶的碰撞力；另一方面在上坡时，便于金属液从条状凸起之间的凹槽中流向下部条状凸起的顶部，从而保证金属液能顺利向下流动，更加减少了流道的接触表面上的凝壳问题。
进一步的，由于流道的接触表面为矩形，可以防止金属液下流的过程中外溅，并增大金属液与流道的接触面积，增加激冷作用，促进形核，便于快速制备半固态浆料。
进一步的，本发明采用超声波振动施加系统，可根据需要调动振动频率，当振动频率为20KHZ~30KHZ时，在条状凸起与凹槽的协同作用下，能产生强烈的金属液对流，可以同时保证初生相均匀形核、缓慢长大及避免相偏析，最终制得流变浆料品质好，具体表现在初生晶粒细小，在固相晶粒占40~60%的半固态浆料中，整体晶粒尺寸细小且分布均匀，晶粒度达7~8级，晶粒平均尺寸达0.01~0.04mm；半固态浆料的晶粒形核速率可提高8~10%，流变浆料中杂质含量可控制在0.05~0.1%以下；半固态浆料的黏稠度和流动性适中，保证固相含量在40~60%的同时浆料好的流动性，基本无接触表面上的凝壳问题。由于半固态浆料具有的形核速率高、晶粒尺寸小、界面结合好的优点，因而可以使复合板连续化生产的生产效率提高10~20%，制备的半固态-固态复合板界面结合强度可提高15~20%。
附图说明
图1是本发明中复合板制备设备的实施例1的结构示意图；
图2是图1中半固态制浆装置的实施例1的结构示意图；
图3是图2中流道的结构示意图；
图4是图3的A-A剖视图。
具体实施方式
本发明的复合板制备设备的实施例1，如图1-4所示：复合板制备设备，包括半固态制浆装置，半固态制浆装置的下部设置有用于输送板材的预热辊9，预热辊9的一侧沿板材的运动方向依次设置有用于将半固态液体与板材轧制在一起的成对设置的上轧辊51和下轧辊52、用于牵引板材移动的牵引机构6。半固态制浆装置包括储液箱1，储液箱1中设置有用于搅拌金属液的搅拌棒2，储液箱1的底部设有供金属液流出的开口，半固态制浆装置还包括用于与储液箱连通的且自上而下倾斜设置的供金属液流过的流道4，流道4左上部的开口与储液箱1底部的开口连通，流道4的右下部的开口设置有预热辊9的上方。流道4具有用于与金属液接触的接触表面，接触表面上设置有自上而下平行排布的条状凸起41，相邻条状凸起41之间构成了凹槽，条状凸起41具有用于与金属液流动方向垂直的长度方向，条状凸起41的与其长度方向垂直的截面为钜齿形。条状凸起41具有上坡侧和下坡侧，条状凸起41两侧坡度不一致，沿金属液流动方向条状凸起下坡侧较上坡侧陡。流道4的接触表面的截面为矩形，流道4的接触表面包括平行分布的上倾斜壁42和下倾斜壁43，条状凸起4设置于流道的下倾斜壁43上。半固态制浆装置还包括用于向流道施加振动的振动施加系统，在本实施例中，振动施加系统为设置于流道下部的超声波振动施加系统，超声波振动施加系统包括提供超声波振动源的超声波发生器20和用于将超声波振动传递给流道的超声波转换器21、用于向超声波发生器提供电能的电源22。超声波发生器20设置于底座23的倾斜面上，超声波发生器20、超声波转换器21、流道4三者平行设置。超声波转换器21支撑于流道4的左下方。
上述实施例的使用过程：储液箱1中金属液经搅拌棒2搅拌后，进入流道4中且受到超声波振动施加系统的作用而发生振动，制备得到了优质的半固态浆料，而后半固态浆料流至板材的上表面且随板材向右移动，经过上轧辊51和下轧辊52的轧制作用后，半固态浆料与固态的板材发生了良好的冶金结合而形成了优质的复合板7。
上述复合板制备设备的实施例1是针对半固态-固态复合而设计的，其有益效果在于：半固态制浆装置可以高效制备出包含均匀细小固相颗粒的优质半固态浆料，进而为后续半固态浆料与固态异质材料的良好冶金复合提高保证，有效克服了传统复合板制备工艺存在的难以实现界面冶金复合的技术难点。采用本发明实施例1中的半固态制浆装置制备得到的半固态浆料具有优异性能，主要表现在以下几个方面：品质好，具体表现在初生晶粒细小，在固相晶粒占40~60%的半固态浆料中，整体晶粒尺寸细小且分布均匀，晶粒度达7~8级，晶粒平均尺寸达0.01~0.04mm；半固态浆料，晶粒形核速率可提高8~10%，流变浆料中杂质含量可控制在0.05~0.1%以下；半固态浆料的黏稠度和流动性适中，保证固相含量在40~60%的同时浆料好的流动性，基本无接触表面上的凝壳问题。由于半固态浆料具有的形核速率高、晶粒尺寸小、界面结合好的优点，因而可以使复合板连续化生产的生产效率提高10~20%，制备的半固态-固态复合板界面结合强度可提高15~20%。
在本发明的复合板制备设备的其它实施例中，振动施加系统还可以为电磁振动施加系统。
在本发明的复合板制备设备的其它实施例中，还可以省去振动施加系统。
在本发明的复合板制备设备中其它实施例中，流道还可以为流通槽。
本发明中半固态制浆装置的实施例，该半固态制浆装置的结构与上述本发明中复合板制备设备实施例中的半固态制浆装置的结构相同，在此不再重复赘述。

Claims (10)

1.半固态制浆装置，包括用于与储液箱连通的且自上而下倾斜设置的供金属液流过的流道，其特征在于：流道具有用于与金属液接触的接触表面，所述接触表面上设置有自上而下平行排布的条状凸起，相邻条状凸起之间构成了凹槽，条状凸起具有用于与金属液流动方向垂直的长度方向。
2.根据权利要求1所述的半固态制浆装置，其特征在于：所述条状凸起的与其长度方向垂直的截面为钜齿形。
3.根据权利要求1所述的半固态制浆装置，其特征在于：所述条状凸起两侧坡度不一致，沿金属液流动方向条状凸起下坡侧较上坡侧陡。
4.根据权利要求1所述的半固态制浆装置，其特征在于：流道的接触表面的截面为矩形，流道的接触表面包括平行分布的上倾斜壁和下倾斜壁，条状凸起设置于流道的下倾斜壁上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的半固态制浆装置，其特征在于：还包括用于向流道施加振动的振动施加系统，所述振动施加系统为设置于流道下部的超声波振动施加系统，所述超声波振动施加系统包括提供超声波振动源的超声波发生器和用于将超声波振动传递给流道的超声波转换器。
6.复合板制备设备，包括半固态制浆装置，半固态制浆装置的下部设置有用于输送板材的预热辊，预热辊的一侧设置有用于将半固态液体与板材轧制在一起的成对设置的上轧辊和下轧辊，半固态制浆装置包括用于与储液箱连通的且自上而下倾斜设置的供金属液流过的流道，其特征在于：流道具有用于与金属液接触的接触表面，所述接触表面上设置有自上而下平行排布的条状凸起，相邻条状凸起之间构成了凹槽，条状凸起具有用于与金属液流动方向垂直的长度方向。
7.根据权利要求6所述的复合板制备设备，其特征在于：所述条状凸起的与其长度方向垂直的截面为钜齿形。
8.根据权利要求6所述的复合板制备设备，其特征在于：所述条状凸起两侧坡度不一致，沿金属液流动方向条状凸起下坡侧较上坡侧陡。
9.根据权利要求6所述的复合板制备设备，其特征在于：流道的接触表面的截面为矩形，流道的接触表面包括平行分布的上倾斜壁和下倾斜壁，条状凸起设置于流道的下倾斜壁上。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的复合板制备设备，其特征在于：还包括用于向流道施加振动的振动施加系统，所述振动施加系统为设置于流道下部的超声波振动施加系统，所述超声波振动施加系统包括提供超声波振动源的超声波发生器和用于将超声波振动传递给流道的超声波转换器。
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