CN110000345A - 半固态金属浆料制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半固态金属浆料制备装置及方法。该装置包括由上到下依次连通设置的金属加热结构、制浆机构、浆料储存结构；金属加热结构包括用于将固态金属加热融化成液态的加热容器，设于加热容器中、用于容纳金属物质的加热腔体，以及设于加热容器底部的出液管，设于出液管中的出液通道与加热腔体连通；制浆机构包括制浆器，以及曲折贯设于制浆器中的多条引流通道，每条引流通道均与出液管的出液通道连通；浆料储存结构包括储料容器，设于储料容器中的储料腔，以及设于储料容器顶部的进料管，设于进料管中的进料通道连通储料腔和引流通道。本发明提供的技术方案，可以改善半固态金属浆料的质量，使成形产品的组织得到改善，性能得到提高。

Description

半固态金属浆料制备装置及方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，特别是涉及一种半固态金属浆料制备装置及方法。

背景技术

半固态金属成形是一种对处于半固-半液状态的金属进行加工的成形方法，其在获得均匀细晶组织、提高性能、缩短加工工序、节约能源、提高模具寿命等方面具有明显的优势，在汽车、通信、电器、航空航天和医疗器械等领域得到了广泛应用。半固态金属成形的关键技术之一是半固态金属浆料的制备，浆料的品质直接决定成形产品的组织和性能。

目前，半固态金属浆料的制备方法主要分为流动法、搅拌法、非搅拌法等几大类。其中流动法最典型的代表是倾斜板冷却法，其是利用倾斜板的激冷作用，使流经倾斜板表面的金属液流萌生细小晶核，细小晶核进一步生长为细小晶粒，进而获得具有一定初生固相体积分数的半固态金属浆料，此方法操作简便、成本低廉、效率高。但是普通的倾斜板冷却法目前存在以下不足：单纯依靠重力作用产生流动，对细小晶核的冲刷作用不明显，致使细小晶核依附在倾斜板表面不易脱落，并且金属液流内部产生的剪切强度较小，制浆效果不理想，会对成形产品的组织和性能造成不良影响。

发明内容

基于此，本发明提供一种半固态金属浆料制备装置及方法，可以改善半固态金属浆料的质量，使成形产品的组织得到改善，性能得到提高。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种半固态金属浆料制备装置，包括由上到下依次连通设置的金属加热结构、制浆机构、浆料储存结构；

所述金属加热结构包括用于将固态金属加热融化成液态的加热容器，设于所述加热容器中、用于容纳金属物质的加热腔体，以及设于所述加热容器底部的出液管，设于所述出液管中的出液通道与所述加热腔体连通；

所述制浆机构包括制浆器，以及曲折贯设于所述制浆器中的多条引流通道，每条所述引流通道均与所述出液管的出液通道连通；

所述浆料储存结构包括储料容器，设于所述储料容器中的储料腔，以及设于所述储料容器顶部的进料管，设于所述进料管中的进料通道连通所述储料腔和所述引流通道。

可选地，所述制浆器包括制浆筒体，以及紧密套设于所述制浆筒体中的引流器；

所述引流器包括引流柱，以及开设于所述引流柱外周侧或/和所述制浆筒体内周侧上的多条引流槽；且每条所述引流槽沿着所述引流柱的延伸方向曲折设置，围设于所述制浆筒体和所述引流柱之间的引流槽形成所述引流通道。

可选地，所述制浆器还包括形成于所述制浆筒体和所述引流器之间的扰流腔，以及设于所述扰流腔中的扰流板结构，所述扰流腔连通所述引流通道和所述进料管的进料通道；

所述扰流板结构包括突出设于所述引流柱外周侧或/和所述制浆筒体内周侧上的多块扰流板体，所述扰流板体与所述引流通道对应。

可选地，所述引流柱包括相互连接的引流主柱体和引流底柱体，所述引流主柱体的直径大于所述引流底柱体的直径；

所述引流槽开设于所述引流主柱体外周侧或/和所述制浆筒体内周侧上、并沿着所述引流主柱体的轴线方向曲折延伸，所述引流主柱体外周面与所述制浆筒体内周面紧密接触；

所述引流底柱体与所述制浆筒体之间具有间隙以形成所述扰流腔，所述扰流板体突出设于所述引流底柱体外周侧或/和所述制浆筒体内周侧。

可选地，所述引流主柱体设为圆台体，所述引流底柱体设为与所述圆台体同轴的圆柱体，所述引流槽开设于所述圆台体外周侧；

所述制浆筒体包括与所述圆台体对应的圆台筒，以及与所述圆柱体对应的圆柱筒；所述引流通道形成于所述圆台体和所述圆台筒之间，所述扰流腔形成于所述圆柱体与所述圆柱筒之间；

所述扰流板结构包括突出设于所述圆柱体外周侧的多块第一扰流板，或/和突出设于所述圆柱筒体内周侧上的多块第二扰流板，且所述第一扰流板与所述第二扰流板错位设置。

可选地，还包括与所述金属加热结构、所述制浆机构、所述浆料储存结构连通的抽真空结构；

所述加热容器底部开设有连通所述加热腔体和所述出液管的出液通道的出液口，所述储料容器上开设有与所述储料腔连通的出浆口；

所述抽真空结构包括设于所述出液口处的出液密封阀，设于所述出浆口处的出料密封阀，设于所述出液管上、并与所述出液通道连通的真空阀，以及与所述真空阀可拆卸连接的抽真空机。

可选地，还包括设于所述制浆机构上的温度调节结构；

所述温度调节结构包括设于所述制浆器的制浆筒体上的冷却结构和加热结构；

所述冷却结构包括设于所述制浆筒体上的多条冷却通道，以及分别连通设于所述冷却通道两端的冷却液进口和冷却液出口；

所述加热结构包括设于所述制浆筒体上的多条加热通道，以及分别连通设于所述加热通道两端的加热液进口和加热液出口，且所述加热通道与所述冷却通道间隔设置。

可选地，所述加热通道和所述冷却通道均开设于所述制浆筒体内部，且所述加热通道和所述冷却通道均沿着所述制浆筒体的轴线方向延伸；

所述冷却结构包括设于所述制浆筒体底部的冷却进液管，以及设于所述制浆筒体顶部的冷却出液管，每个所述冷却液进口均与所述冷却进液管内设置的冷却液进液通道连通，每个所述冷却液出口均与所述冷却出液管内设置的冷却液出液通道连通；

所述加热结构包括设于所述制浆筒体底部的加热进液管，以及设于所述制浆筒体顶部的加热出液管，每个所述加热液进口均与所述加热进液管内设置的加热液进液通道连通，每个所述加热液出口均与所述加热出液管内设置的加热液出液通道连通。

此外，本发明还提出一种半固态金属浆料制备方法，包括如下步骤：

通过加热容器将固态金属加热融化成液态金属，并通过出液管流向制浆器中；

液态金属流入制浆器中曲折设置的多条引流通道中，液态金属在流经所述引流通道时激冷生成依附于引流槽壁面上的大量细小晶核，同时液态金属在流经曲折的所述引流通道时会形成紊流，将引流槽壁面上的大量细小晶核冲涮进金属液流中，细小晶核随金属液流继续流动过程中逐渐长大成初生固相晶粒；

初生固相晶粒随着金属液流通过进料管流入储料容器中，以准备进行后续的成形加工。

可选地，在通过加热容器将固态金属加热融化成液态金属前，还包括如下步骤：

关闭加热容器底部出液口处的出液密封阀和储料容器的出浆口处的出料密封阀，使出液管的出液通道、制浆器的引流通道、进料管的进料通道、储料容器的储料腔连通并形成密封腔体，利用抽真空机通过与所述密封腔体连通的真空阀对所述密封腔体进行抽真空；

通过加热结构对制浆器进行预热，使制浆器达到预设温度；对储料容器进行加热，使储料容器达到预设温度。

本发明提出的技术方案中，通过在制浆器中采用若干条曲折形的引流槽形成的引流通道、环形引流空间形成的扰流腔、以及间隔设于扰流腔的扰流板，使金属液流在制浆器里流动的过程中，首先受到各引流槽的激冷作用，生成大量细小晶核；又由于引流槽的曲折形，使金属液流产生紊流，大量细小晶核被冲刷下来，随金属液流继续流动，在此过程中细小晶核会逐渐长大成初生固相晶粒；金属液流离开引流槽进入扰流腔后汇成一股，且流动状态变为螺旋向下，遇到扰流板的阻挡，在流动过程中造成局部紊流，在这双重作用的影响下，初生固相晶粒之间会产生强烈的磨擦、剪切，金属液流对晶粒会产生剧烈冲刷，使初生固相晶粒的形状逐步转变成球形。此外，在制备半固态金属浆料之前，首先对金属的流动和储存空间进行密封并抽真空，使浆料在真空状态下进行制备和储存，避免了金属的吸气和卷气，降低了半固态金属浆料的含气量。此外，在浆料制备过程中，通过向制浆器内通入循环的加热液(制浆前也通入加热液，以使制浆器达到预设温度)和冷却液，其中加热通道和冷却通道间隔设置，使制浆器的温度得到精确控制，进而可以严格控制金属的温度和半固态浆料的固相体积分数。这样，可以改善半固态金属浆料的质量，使成形产品的组织得到改善，性能得到提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的立体结构示意简图一；

图2为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的立体结构示意简图二；

图3为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的金属加热结构的分解结构示意简图；

图4为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的制浆机构的立体结构示意图一；

图5为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的制浆机构的立体结构示意图二；

图6为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的制浆机构的分解结构示意图；

图7为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的制浆机构的制浆筒体的立体结构示意图；

图8为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的制浆机构的引流器的立体结构示意图；

图9为本发明实施例所述半固态金属浆料制备装置的浆料储存结构的分解结构示意图；

图10为本发明实施例所述半固态金属浆料制备方法的步骤流程示意框图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	金属加热结构	110	加热容器
112	加热腔体	120	出液管
				122	出液通道	124	真空阀安装孔
200	制浆机构	210	制浆筒体
				212	圆台筒	214	圆柱筒
220	引流器	222	引流主柱体
				2222	引流槽	224	引流底柱体
230	引流通道	240	扰流腔
				250	扰流板结构	300	浆料储存结构
310	容器主体	312	储料腔
				314	出浆口	316	硬度计安装孔
320	容器盖体	322	进浆口
				330	进料管	332	进料通道
340	硬度计	400	抽真空结构
				410	出液密封阀	420	真空阀
430	出料密封阀	500	温度调节结构
				510	冷却进液管	512	主冷进液管
514	分支冷进液管	520	加热进液管
				522	主热进液管	524	分支热进液管
530	冷却出液管	532	主冷出液管
				534	分支冷出液管	540	加热出液管
542	主热出液管	544	分支热出液管
				550	冷却通道	552	冷却液进口
554	冷却液出口	560	加热通道
				562	加热液进口	564	加热液出口

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，本发明提出一种半固态金属浆料制备装置，包括由上到下依次连通设置的金属加热结构100、制浆机构200、浆料储存结构300。通过金属加热结构100可以将固态金属加热为液态金属，液态金属可在重力作用下从位于上方的金属加热结构100中流入制浆机构200中，液态金属可在制浆机构200中生成大量细小晶粒从而形成半固态金属浆料，而形成的半固态金属浆料可流入制浆机构200下方的浆料储存结构300中进行储存，以待进行后续的成形加工。

具体地，如图2至图3所示，上述金属加热结构100可包括用于将固态金属加热融化成液态的加热容器110，设于该加热容器110中、用于容纳金属物质的加热腔体112，以及设于该加热容器110底部的出液管120，设于该出液管120中的出液通道122与加热腔体112连通。即可以将固态金属放置于加热容器110的加热腔体112中，然后可对加热容器110进行加热，从而对固态金属进行加热，可将固态金属加热融化成液体金属。而且，加热容器110的底部开设有连通加热腔体112和出液管120的出液通道122的出液口，加热融化的液体金属在重力作用下经过出液口流入出液管120的出液通道122中。而且，在出液口处还可设置出液密封阀410，可通过该出液密封阀410对出液口进行开闭。这样，可将加热容器的加热腔体112中的固态金属加热融化到预定的程度之后，通过出液密封阀410开启出液口，使金属液体通过出液管120流入到制浆机构200中。此外，还可在加热容器110上设置温度检测机构，可对加热容器110、以及加热容器110中的金属的温度进行检测。此外，在本实施例中，加热容器110可设置为顶部开口的加热坩埚，便于加入固态金属到该加热坩埚中进行加热。

此外，如图4至图8所示，上述制浆机构200可包括连接于出液管120和浆料储存结构300之间的制浆器，以及曲折地贯设于该制浆器中的多条引流通道230，每条引流通道230的顶端均与出液管120的出液通道122连通，即引流通道230沿着出液管120的方向向浆料储存结构300的方向弯曲延伸。液态金属流入制浆器中曲折设置的多条引流通道230中，液态金属在流经引流通道230时激冷生成依附于引流通道230的壁面上的大量细小晶核，同时液态金属在流经曲折的引流通道230时会形成紊流，将引流通道230壁面上的大量细小晶核冲涮进金属液流中，细小晶核随金属液流继续流动过程中逐渐长大成细小晶粒，具有良好的制浆效果。而且，引流通道230的中心线可弯曲成多段圆滑过渡连接的弧形线条状，也可弯曲成多段过渡连接的直线线条状。

而且，在一些实施例中，上述制浆器可设置为一个整体结构，多条引流通道230曲折地贯穿设置于该制浆器中。而且，引流通道230可靠近制浆器的周侧设置，也可靠近制浆器的中心设置，也可同时设置在制浆器的中心和周侧，使得引流通道的设置灵活方便，而且引流通道密封可靠。

此外，在另一些实施例中，上述制浆器可设置为分体式结构，而引流通道230可曲折地设置在分体式结构的分离面处。在本实施例中，通过将制浆器分体设置，并将引流通道230设置在分离面处，便于加工制作出曲折的引流通道230。进一步地，该制浆器可包括制浆筒体210，以及紧密套设于该制浆筒体210中的引流器220，多条引流通道230形成于制浆筒体210和引流器220之间。而且，该制浆筒体210的顶端面与出液管120的底端面紧密接触，并使得出液管120的出液通道122与形成于制浆筒体210和引流器220之间的引流通道230均连通。而且，还可使得出液管120的内径不小于制浆筒体210的内径，使得出液管120与制浆筒体210可完全对接，使金属液能够顺畅地流入每个引流通道230中。

更进一步地，上述引流器220可包括套设于制浆筒体210中的引流柱，以及曲折地开设于该引流柱外周侧或/和制浆筒体210内周侧上的多条引流槽2222。而且，每条引流槽2222沿着引流柱的延伸方向曲折设置，以使得围设于制浆筒体210和引流柱之间的曲折的引流槽2222形成曲折的引流通道230。即可以在引流柱的外周侧开设曲折延伸的引流槽2222，也可以在制浆筒体210的内周侧开设曲折延伸的引流槽2222，也可以同时在引流柱的外周侧和制浆筒体210的内周侧开设曲折延伸的引流槽2222，将引流柱套设于制浆筒体210中时，就使得曲折延伸的引流槽2222封闭形成曲折延伸的引流通道230，以便于金属液在流经引流通道230时可形成紊流。这样，就方便在引流柱或/和制浆筒体210上制作出引流槽2222后，再将二者装配在一起以形成具有曲折的引流通道230的制浆器，加工制作相对简单。此外，为了使引流柱与制浆筒体210之间配合紧密，可使得二者过盈配合。这样，除了在二者形成引流通道230外，不会形成多余的缝隙而影响金属液正常流过引流通道。

而且，上述制浆器还可包括形成于制浆筒体210和引流器220之间的扰流腔240，以及设于扰流腔240中的扰流板结构250，该扰流腔240连通制浆器的引流通道230和浆料储存结构300的储料空间。即可以在制浆器的底部设置与引流通道230连通的扰流腔240，并在该扰流腔240中设置扰流板结构250。这样，通过在制浆器中采用若干条曲折形的引流槽2222形成的引流通道230、扰流腔240、以及间隔设于扰流腔240中的扰流板结构250，使金属液流在制浆器里流动的过程中，首先受到各引流槽2222的激冷作用，生成大量细小晶核；又由于引流槽2222的曲折弯曲形状，使金属液流产生紊流，大量细小晶核被冲刷下来，随金属液流继续流动，在此过程中细小晶核会逐渐长大成初生固相晶粒；金属液流离开引流槽2222进入扰流腔240后汇成一股，遇到扰流板结构250的阻挡，在流动过程中造成局部紊流，在这双重作用的影响下，初生固相晶粒之间会产生强烈的磨擦、剪切，金属液流对晶粒会产生剧烈冲刷，使初生固相晶粒的形状逐步转变呈成球形，可提升浆料的质量。

而且，在一些实施例中，可使制浆筒体210的底部突出于引流器220的引流柱，从而在制浆筒体210的底部内侧形成柱状的扰流腔240。此时，可将扰流板结构250设置于制浆筒体210的内周侧，并与引流通道230的底部出口对应，使金属液流在流出引流通道230后会与扰流板结构250发生冲击，再次形成紊流。而且，该扰流板结构250可包括突出设于制浆筒体210内周侧上多块扰流板体，这些扰流板体可沿着制浆筒体210的内周侧面的周向和轴向分布，可使得金属液流不断地与扰流板体发生冲击。而且，多块扰流板体可相互交错设置，扰流效果更好，更易形成紊流。

此外，在另一些实施例中，可使制浆筒体210的底部与引流器220的引流柱底部对应(即二者可对齐)，但是二者之间具有环形间隙，该环形间隙可形成扰流腔240，而扰流板结构250可设于该环形间隙中。通过将扰流腔240设置为环形，使得从引流通道230流出的金属液更容易与扰流腔240中的扰流板结构250发生冲击，更易于形成紊流。而且，扰流板结构250可包括突出设于引流柱外周侧或/和制浆筒体内周侧上的多块扰流板体，扰流板体与引流通道230对应。即可将扰流板结构250的多块扰流板体突出设于引流柱底部外周侧，也可将多块扰流板体突出设于制浆筒体210底部内周侧，也可同时将多块扰流板体突出设于引流柱底部外周侧和制浆筒体210底部内周侧。而且，多块扰流板体可相互交错设置。此外，可使制浆筒体210的顶部端面与引流柱的顶部端面平齐，并使制浆筒体210的底部端面与引流柱的底部端面平齐。

进一步地，上述引流柱可包括相互连接的引流主柱体222和引流底柱体224，其中引流主柱体222可与制浆筒体210的上部(指与出液管120对应的部分)对应，而引流底柱体224可与制浆筒体210的底部(指与浆料储存结构300对应的部分)对应，可以将引流主柱体222和引流底柱体224密封围设于制浆筒体210中。而且，引流槽2222开设于引流主柱体222外周侧或/和制浆筒体210内周侧上、并沿着引流主柱体222的轴线方向曲折延伸，引流主柱体222外周面与制浆筒体210内周面紧密接触，即可将上述的引流通道230设置于制浆筒体210上部和引流主柱体222之间。此外，引流底柱体224与制浆筒体210之间具有间隙以形成上述扰流腔240，而扰流板结构250的扰流板体突出设于引流底柱体224外周侧或/和制浆筒体210内周侧，即可将扰流腔240和扰流板结构250设置于引流底柱体224与制浆筒体210底部之间。

而且，在一些实施例中，可使引流主柱体222的直径小于或等于引流底柱体224的直径，而制浆筒体210的内腔形状与引流柱的形状对应。这样可在引流底柱体224和制浆筒体210之间形成环形扰流腔。

此外，在另一些实施例中，可使引流主柱体222的直径大于引流底柱体224的直径，而制浆筒体210的内腔形状与引流柱的形状对应。这样不仅便于在引流底柱体224和制浆筒体210之间形成环形扰流腔240，还可以对多条引流通道230中流出的金属液流进行进一步汇聚，使得金属液流更充分地与扰流板结构250发生冲击以形成紊流，更有利于球状细小晶粒的生成。进一步地，引流主柱体222和引流底柱体224均可设置为等径柱体，即二者均可设置为圆柱体。此外，引流主柱体222还可设为变径柱体，而引流底柱体224均可设置为等径柱体或变径柱体。即可使得引流主柱体222在由出液管120向引流底柱体224方向延伸的过程，其直径逐渐变小，使得多条引流通道230在靠近扰流腔240的过程中逐渐靠拢，这样可使得引流通道230逐渐向引流柱的轴线方向靠拢以形成倾斜状态，进一步使得金属液在引流通道230流动过程中产生紊流，更有利于产生更多的细小晶核、以及更顺利地将细小晶核冲刷进金属液流中；此外，也更有利于将从多条引流通道230中流出的金属液流汇聚在一起，有利于在冲击扰流腔240中的扰流板结构250时生成球形晶粒，有利于提高浆料质量。

进一步地，上述引流主柱体222可设为圆台体，而引流底柱体224可设为与圆台体同轴的圆柱体，引流槽2222开设于圆台体外周侧。而且，制浆筒体210可包括与圆台体对应的圆台筒212，以及与圆柱体对应的圆柱筒214。而引流通道230形成于圆台体和圆台筒212之间，且扰流腔240形成于圆柱体与圆柱筒214之间。而且，每条引流槽2222底部开口附近的形状为同方向同角度的倾斜状态，并且相邻引流槽2222底部开口之间的间隔变的很小，并且设为圆柱体的引流底柱体224顶部的上边缘与引流槽2222的底部边缘呈相切状态。当金属液流即将流出引流通道230时，由于引流通道230底部开口附近同方向同角度倾斜，且相邻引流通道230底部开口之间的间隔变得很小，使从每条引流通道230流出的金属液流在环形扰流腔240里汇聚在一起，并螺旋向下流动，而且在流动过程中金属液流遇到扰流板结构250的阻挡，使金属液流造成局部紊流，更易生成球形晶粒。

而且，上述扰流板结构250可包括突出设于圆柱体外周侧的多块第一扰流板，以及突出设于圆柱筒214内周侧上的多块第二扰流板，且第一扰流板与第二扰流板错位设置。这样，可在扰流腔240的内侧和外侧均形成阻挡结构，可从各个角度位置对金属液流进行阻挡，更有利于形成紊流。此外，上述扰流板结构250可仅仅包括突出设于圆柱体外周侧的多块第一扰流板，或者仅仅包括突出设于圆柱筒214内周侧上的多块第二扰流板，多块第一扰流板之间可相互交错设置，多块第二扰流板之间也可相互交错设置。

此外，如图9所示，上述浆料储存结构300包括储料容器，设于储料容器中的储料腔312，以及设于储料容器顶部的进料管330，设于进料管330中的进料通道332连通储料腔312和扰流腔240，并通过扰流腔240与引流通道230连通。这样，可使得通过制浆器制得的浆料从引流通道230及扰流腔240，并经过进料管330中的进料通道332流入储料容器中的储料腔312中，进行储存，以备使用。而且，上述储料容器包括上部开口的容器主体310，以及密封盖设于该容器主体310上的容器盖体320。容器盖体320位于容器主体310的上端面，两者紧密贴合，在容器盖体320和容器主体310之间形成密封的储料腔312。而且，在本实施例中，储料容器也可设置为坩埚结构，即容器主体310设为坩埚，而容器盖体320设为坩埚盖，便于对其进行加热以对浆料进行保温。

而且，储料容器的容器盖体320顶部还开设有通孔形式的进浆口322，便于浆料从进料管330的进料通道332经过进浆口322进入储料容器的储料腔312中。而且，容器盖体320的上端面与进料管330的下端面紧密贴合，且进浆口322的直径不小于进料管330的进料通道332的直径。此外，储料容器的容器主体310的侧面或底部还可开设有与储料腔312连通的出浆口314，通过该出浆口314可将储料腔312中储存的浆料引出，以进行金属成形加工。而且，该出浆口314处还可设置有出料密封阀430，通过该出料密封阀430可对出浆口314进行关闭和开启。此外，容器主体310的侧方下部还开设有硬度计安装孔316，用以安装硬度计340。通过在储料容器上设置硬度计340，可将硬度计340的压头压入储料容器中的半固态金属浆料的内部，以测定浆料的硬度是否达到要求的固相体积分数。此外，还可在储料容器的容器主体310上设置温度检测结构，对储料腔312中的浆料的温度进行监测。

此外，上述半固态金属浆料制备装置还可包括与金属加热结构100、制浆机构200、浆料储存结构300连通的抽真空结构400。通过设置抽真空结构400，可以在制备半固态金属浆料之前，首先对金属的流动和储存空间进行密封并抽真空，使浆料在真空状态下进行制备和储存，避免了金属液流的吸气和卷气，降低了半固态金属浆料的含气量，提高了浆料品质。

进一步地，上述抽真空结构400可包括设于加热容器110的出液口处的上述出液密封阀410，设于储料容器的出浆口314处的上述出料密封阀430，设于上述出液管120上、并与出液通道122连通的真空阀420，以及与真空阀420可拆卸连接的抽真空机。通过出液密封阀410可关闭出液口以关闭加热容器110，通过出料密封阀430可关闭出浆口314以关闭储料容器，从而可在加热容器110、出液管120、制浆器、进料管330及储料容器之间形成封闭空间，即使得出液通道122、引流通道230、扰流腔240、进料通道332及储料腔312连通并密封形成封闭腔体，然后可利用抽真空机对该密封腔体进行抽真空处理，使得该封闭腔体形成真空状态，然后将真空阀关闭。这样可使得固态金属在融合成液体金属后，可在呈真空状态的出液管、制浆器、进料管及储料容器中流动，可降低半固态金属浆料的含气量。此外，上述真空阀420可通过在出液管120上开设真空阀安装孔124进行安装设置。

此外，如图4至图6所示，上述半固态金属浆料制备装置还可包括设于制浆机构200上的温度调节结构500。通过在制浆机构200上设置温度调节结构500，可对制浆器的温度进行精确控制，从而可以严格控制金属液流的温度和半固体金属浆料的固相体积分数。而且，该温度调节结构500可包括设于制浆器的制浆筒体210上的冷却结构和加热结构，通过冷却结构和加热结构可分别对制浆器进行冷却或加热，也可同时对制浆器进行冷却和加热，使得对制浆器的温度调控更加精确可靠。此外，上述温度调节结构500也可包括设置于制浆器上的温度检测机构，用于对引流器220及金属液流的温度进行检测。而且，在本实施例中，上述的温度检测机构均可设置为热电偶。

进一步地，上述冷却结构可包括设于制浆筒体210上的多条冷却通道550，以及分别连通设于冷却通道550两端的冷却液进口552和冷却液出口554。而且，上述加热结构可包括设于制浆筒体210上的多条加热通道560，以及分别连通设于加热通道560两端的加热液进口562和加热液出口564，且加热通道560与冷却通道550间隔设置。通过冷却液进口552可向冷却通道550中加入冷却液，使得冷却液从冷却通道550另一端的冷却液出口554流出；通过加热液进口562可向加热通道560中加入加热液，使得加热液从加热通道560另一端的加热液出口564流出。这样，在浆料制备过程中，通过向制浆器的制浆筒体210通入循环的加热液和冷却液，其中加热通道560和冷却通道550间隔设置，使制浆器的温度得到精确控制，进而可以严格控制金属的温度和半固态浆料的固相体积分数。

而且，在一些实施例中，上述加热通道560和冷却通道550均可直接开设于制浆筒体210内部，且加热通道560和冷却通道550均沿着制浆筒体210的轴线方向延伸。即可使得加热通道560和冷却通道550贯设于制浆筒体210上，并使得加热通道560和冷却通道550与引流通道同向延伸。从而可以通过在制浆筒体210上开通孔的形式，设置加热通道560和冷却通道550，加工方便简单，加热通道560和冷却通道550靠近引流器220和引流通道230，对金属液的冷却和加热效果好。

进一步地，上述冷却结构还可包括设于制浆筒体210底部的冷却进液管510，以及设于制浆筒体210顶部的冷却出液管530，每个冷却液进口552均与冷却进液管510内设置的冷却液进液通道连通，每个冷却液出口554均与冷却出液管530内设置的冷却液出液通道连通。即可使得冷却液可从冷却进液管510的冷却液进液通道进入冷却通道550，并从冷却出液管530的冷却液出液通道流出。而且，通过将冷却进液管510设置于制浆筒体210底部，而将冷却出液管530设于制浆筒体210顶部，可使冷却液从制浆筒体210底部流向顶部。而且，冷却液进口552和冷却液出口554均可设置于制浆筒体210的侧面，也可分别设置于制浆筒体210的底端面和顶端面。当将冷却液进口552和冷却液出口554设置于制浆筒体210的侧面时，可利用堵头对制浆筒体210两端面上的冷却通道开口进行封闭。此外，上述冷却进液管510和冷却出液管530均可设置为环状，并环设在制浆筒体210的外侧。

而且，上述冷却进液管510可包括主冷进液管512，以及连通设于该主冷进液管512上的多个分支冷进液管514，每个分支冷进液管514与一个冷却液进口552对应。而且，上述冷却出液管530可包括主冷出液管532，以及连通设于该主冷出液管532上的多个分支冷出液管534，每个分支冷出液管534与一个冷却液出口554对应。此外，主冷进液管512和主冷出液管532可设为直管，也可设为弯管。在本实施例中，主冷进液管512和主冷出液管532均可设置为环形弯管，并环设于制浆器外侧，方便冷却液的进出。

此外，上述加热结构可包括设于制浆筒体210底部的加热进液管520，以及设于制浆筒体210顶部的加热出液管540，每个加热液进口562均与加热进液管520内设置的加热液进液通道连通，每个加热液出口564均与加热出液管540内设置的加热液出液通道连通。同理，也可使得加热液可从加热进液管520的加热液进液通道进入加热通道560，并从加热出液管540的加热液出液通道流出。而且，通过将加热进液管520设置于制浆筒体210底部，而将加热出液管540设于制浆筒体210顶部，可使加热液从制浆筒体210底部流向顶部。而且，加热液进口562和加热液出口564均可设置于制浆筒体210的侧面，也可分别设置于制浆筒体210的底端面和顶端面。当将加热液进口562和加热液出口564设置于制浆筒体210的侧面时，可利用堵头对制浆筒体210两端面上的加热通道开口进行封闭。此外，上述加热进液管520和加热出液管540均可设置为环状，并环设在制浆筒体210的外侧。

而且，上述加热进液管520可包括主热进液管522，以及连通设于该主热进液管522上的多个分支热进液管524，每个分支热进液管524与一个加热液进口562对应。而且，上述加热出液管540可包括主热出液管542，以及连通设于该主热出液管542上的多个分支热出液管544，每个分支热出液管544与一个加热液出口564对应。此外，主热进液管522和主热出液管542可设为直管，也可设为弯管。在本实施例中，主热进液管522和主热出液管542均可设置为环形弯管，并环设于制浆器外侧，方便加热液的进出。

此外，在另一些实施例中，上述加热通道560和冷却通道550均设于制浆筒体210外部，即可以通过在制浆筒体上设置加热管的形式以形成加热通道，同理也可以通过在制浆筒体上设置冷却管的形式以形成冷却通道。

此外，如图10所示，对应于上述的半固态金属浆料制备装置，本发明还提出一种半固态金属浆料制备方法，包括如下步骤：

步骤S100、通过加热容器110将固态金属加热融化成液态金属，并通过出液管120流向制浆器中；

步骤S200、液态金属流入制浆器中曲折设置的多条引流通道230中，液态金属在流经所述引流通道230时激冷生成依附于引流槽2222壁面上的大量细小晶核，同时液态金属在流经曲折的所述引流通道230时会形成紊流，将引流槽2222壁面上的大量细小晶核冲涮进金属液流中，细小晶核随金属液流继续流动过程中逐渐长大成初生固相晶粒；

步骤S300、初生固相晶粒随着金属液流通过进料管330流入储料容器中，以准备进行后续的成形加工。

而且，在步骤S100中，在通过加热容器110将固态金属加热融化成液态金属前，还包括如下步骤：

步骤S110、抽真空处理：关闭加热容器110底部出液口处的出液密封阀410和储料容器的出浆口314处的出料密封阀430，使出液管120的出液通道122、制浆器的引流通道230、扰流腔240、进料管330的进料通道332、储料容器的储料腔312连通并形成密封腔体，利用抽真空机通过与所述密封腔体连通的真空阀420对所述密封腔体进行抽真空。即可关闭出液密封阀410和出料密封阀430，通过抽真空机对加热容器、出液管、制浆器、进料管、储料容器围成的密封腔体进行抽真空。抽真空结束后，关闭真空阀，使密闭密封腔体保持真空状态。

步骤S120、对制浆器和储料容器进行预热处理：

通过加热结构对制浆器进行预热，使制浆器达到预设温度。即通过加热进液管520向加热通道560通入循环加热液，对制浆器进行加热，加热液从加热出液管540流出，可通过热电偶(即温度检测机构)测量制浆器的温度，直至制浆器达到预设温度。

对储料容器进行加热，使储料容器达到预设温度。即可利用其他的加热装置对储料容器进行加热，可通过热电偶(即温度检测机构)测量储料容器的温度，直至储料容器达到预设温度。

而且，在步骤S100中，在通过加热容器110将固态金属加热融化成液态金属时，还包括如下步骤：

步骤S130、向加热容器110内加入固态金属，并通过其他加热装置对加热容器110进行加热，使固态金属熔化成液态，对液态金属进行除气、除渣处理，并将熔炼之后的液态金属调整至低过热度的温度范围。

此外，上述步骤S200可包括如下具体步骤：

打开出液密封阀410，液态金属在重力作用下，首先经出液管120流入制浆器中的引流槽2222(引流通道230)，通过多条引流槽2222分散成若干股小液流，并通过引流槽2222的激冷作用，使流经引流槽2222的液态金属生成大量细小晶核。而且，由于引流槽2222设置为曲折形状，液态金属在流动过程中，会呈现紊流状态，加剧了对依附在引流槽2222表面的细小晶核的冲涮作用，使大量细小晶核被冲涮进金属液流中，随金属液流继续流动，在此过程中细小晶核会逐渐长大成初生固相晶粒。当金属液流即将流出引流槽2222时，由于多个引流槽2222的下端开口附近同方向同角度倾斜，且相邻引流槽2222下端开口之间的间隔变得很小，使从每条引流槽2222流出若干股金属液流在引流器220的引流底柱体224和制浆筒体210底部之间的环形空间(即扰流腔240)里汇聚在一起，并产生螺旋向下流动的方式，并且在流动过程中，金属液流遇到扰流板结构250(包括第一扰流板和第二扰流板)的阻挡，使金属液流造成局部紊流。在这双重作用的影响下，初生固相晶粒之间会产生强烈的磨擦、剪切，金属液流对晶粒会产生剧烈冲刷，使初生固相晶粒的形状逐步转变成球形。在此过程中，继续向制浆器的加热通道560内通入循环加热液，并且通过冷却进液管510和冷却出液管530向冷却通道550内通入循环冷却液。通过加热液的加热作用和冷却液的冷却作用，使制浆器的温度保持恒定，有利于制浆的进行。

此外，上述步骤S300可包括如下具体步骤：

制成的浆料继续向下流动，经进料管330流入储料容器，并在储料容器内存储，通过其他加热装置调整储料容器的温度，使储料容器内部的半固态金属浆料保持在合理的温度范围内。并且，通过将硬度计340的压头压入半固态金属浆料的内部，以测定半固态金属浆料的硬度来判定是否达到要求的固相体积分数。当需要使用半固态金属浆料进行后续的成形加工时，打开出料密封阀430，半固态金属浆料经出浆口314流至成形设备，进行后续的成形加工。

在本发明提出的技术方案中，可使金属液在流动过程中产生紊流状态，导致大量的细小晶核在强烈的冲刷力作用下脱落至金属液内部；并且增大了金属液流内部的剪切强度，促进球状的细小初生固相的形成。此外，还可在真空状态下制备半固态金属浆料，避免了金属的吸气和卷气，降低了半固态金属浆料的含气量。此外，还可在制备过程中对金属的温度进行精确控制，稳定了半固态金属浆料中的固相体积分数。最终使成形产品的组织得到改善，性能得到提高。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，包括由上到下依次连通设置的金属加热结构、制浆机构、浆料储存结构；

所述金属加热结构包括用于将固态金属加热融化成液态的加热容器，设于所述加热容器中、用于容纳金属物质的加热腔体，以及设于所述加热容器底部的出液管，设于所述出液管中的出液通道与所述加热腔体连通；

所述制浆机构包括制浆器，曲折贯设于所述制浆器中的多条引流通道，每条所述引流通道均与所述出液管的出液通道连通；

所述浆料储存结构包括储料容器，设于所述储料容器中的储料腔，以及设于所述储料容器顶部的进料管，设于所述进料管中的进料通道连通所述储料腔和所述引流通道。

2.根据权利要求1所述的半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述制浆器包括制浆筒体，以及紧密套设于所述制浆筒体中的引流器；

所述引流器包括引流柱，以及开设于所述引流柱外周侧或/和所述制浆筒体内周侧上的多条引流槽；且每条所述引流槽沿着所述引流柱的延伸方向曲折设置，围设于所述制浆筒体和所述引流柱之间的引流槽形成所述引流通道。

3.根据权利要求2所述的半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述制浆器还包括形成于所述制浆筒体和所述引流器之间的扰流腔，以及设于所述扰流腔中的扰流板结构，所述扰流腔连通所述引流通道和所述进料管的进料通道；

所述扰流板结构包括突出设于所述引流柱外周侧或/和所述制浆筒体内周侧上的多块扰流板体，所述扰流板体与所述引流通道对应。

4.根据权利要求3所述的半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述引流柱包括相互连接的引流主柱体和引流底柱体，所述引流主柱体的直径大于所述引流底柱体的直径；

所述引流槽开设于所述引流主柱体外周侧或/和所述制浆筒体内周侧上、并沿着所述引流主柱体的轴线方向曲折延伸，所述引流主柱体外周面与所述制浆筒体内周面紧密接触；

所述引流底柱体与所述制浆筒体之间具有间隙以形成所述扰流腔，所述扰流板体突出设于所述引流底柱体外周侧或/和所述制浆筒体内周侧。

5.根据权利要求4所述的半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述引流主柱体设为圆台体，所述引流底柱体设为与所述圆台体同轴的圆柱体，所述引流槽开设于所述圆台体外周侧；

所述制浆筒体包括与所述圆台体对应的圆台筒，以及与所述圆柱体对应的圆柱筒；所述引流通道形成于所述圆台体和所述圆台筒之间，所述扰流腔形成于所述圆柱体与所述圆柱筒之间；

所述扰流板结构包括突出设于所述圆柱体外周侧的多块第一扰流板，或/和突出设于所述圆柱筒内周侧上的多块第二扰流板，且所述第一扰流板与所述第二扰流板错位设置。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的半固态金属浆料制备装置，其特征在于，还包括与所述金属加热结构、所述制浆机构、所述浆料储存结构连通的抽真空结构；

所述加热容器底部开设有连通所述加热腔体和所述出液管的出液通道的出液口，所述储料容器上开设有与所述储料腔连通的出浆口；

所述抽真空结构包括设于所述出液口处的出液密封阀，设于所述出浆口处的出料密封阀，设于所述出液管上、并与所述出液通道连通的真空阀，以及与所述真空阀可拆卸连接的抽真空机。

7.根据权利要求2-5任意一项所述的半固态金属浆料制备装置，其特征在于，还包括设于所述制浆机构上的温度调节结构；

所述温度调节结构包括设于所述制浆器的制浆筒体上的冷却结构和加热结构；

所述冷却结构包括设于所述制浆筒体上的多条冷却通道，以及分别连通设于所述冷却通道两端的冷却液进口和冷却液出口；

所述加热结构包括设于所述制浆筒体上的多条加热通道，以及分别连通设于所述加热通道两端的加热液进口和加热液出口，且所述加热通道与所述冷却通道间隔设置。

8.根据权利要求7所述的半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述加热通道和所述冷却通道均开设于所述制浆筒体内部，且所述加热通道和所述冷却通道均沿着所述制浆筒体的轴线方向延伸；

所述冷却结构包括设于所述制浆筒体底部的冷却进液管，以及设于所述制浆筒体顶部的冷却出液管，每个所述冷却液进口均与所述冷却进液管内设置的冷却液进液通道连通，每个所述冷却液出口均与所述冷却出液管内设置的冷却液出液通道连通；

所述加热结构包括设于所述制浆筒体底部的加热进液管，以及设于所述制浆筒体顶部的加热出液管，每个所述加热液进口均与所述加热进液管内设置的加热液进液通道连通，每个所述加热液出口均与所述加热出液管内设置的加热液出液通道连通。

9.一种半固态金属浆料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过加热容器将固态金属加热融化成液态金属，并通过出液管流向制浆器中；

液态金属流入制浆器中曲折设置的多条引流通道中，液态金属在流经所述引流通道时激冷生成依附于引流槽壁面上的大量细小晶核，同时液态金属在流经曲折的所述引流通道时会形成紊流，将引流槽壁面上的大量细小晶核冲涮进金属液流中，细小晶核随金属液流继续流动过程中逐渐长大成初生固相晶粒；

初生固相晶粒随着金属液流通过进料管流入储料容器中，以准备进行后续的成形加工。

10.根据权利要求9所述的半固态金属浆料制备方法，其特征在于，在通过加热容器将固态金属加热融化成液态金属前，还包括如下步骤：

关闭加热容器底部出液口处的出液密封阀和储料容器的出浆口处的出料密封阀，使出液管的出液通道、制浆器的引流通道、进料管的进料通道、储料容器的储料腔连通并形成密封腔体，利用抽真空机通过与所述密封腔体连通的真空阀对所述密封腔体进行抽真空；

通过加热结构对制浆器进行预热，使制浆器达到预设温度；对储料容器进行加热，使储料容器达到预设温度。