CN110173985A - 一种半固态浆料的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了半固态浆料的制备装置，该制备装置包括支架、加热装置、固定板及坩埚，固定板可转动地设在支架上，坩埚设在固定板上，坩埚被配置为盛装熔体，加热装置可滑动地设在支架上，加热装置具有加热孔，加热装置可套设在坩埚外侧以加热坩埚。本发明的半固态熔体的制备装置降低了熔体的内外温度差，提高了熔体温度场的均匀性，能够适用于制备固相含量范围较宽的浆料。

Description

一种半固态浆料的制备装置

技术领域

本发明涉及金属/合金的半固态成形技术领域，尤其涉及一种半固态浆料的制备装置。

背景技术

金属半固态成形技术自20世纪70年代末以来，金属/合金半固态浆料的制备和成形引起了世界各国学术界和工业界的普遍关注。半固态浆料的制备是金属半固态成形技术的基础与关键。为了制备得到温度准确且温度均匀性好的半固态浆料，实现工业连续稳定生产，各国学术界和工业界仍在不断努力和探索，研发新的金属/合金半固态浆料的制备装置及方法。

现有的半固态浆料的制备装置具有以下缺点：

(1)制备得到的浆料内外温度不均匀；

(2)浆料温度场的均匀性较差，不能较好地满足制备多种固相含量的较量的需要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种半固态浆料的制备装置，该制备装置制备得到的浆料内外温度较均匀，浆料温度场的均匀性较好，能够适用于制备固相含量范围较宽的浆料。

为实现上述技术效果，本发明采用的技术方案如下：

一种半固态浆料的制备装置，包括：支架；加热装置，所述加热装置可滑动地设在所述支架上；固定板，所述固定板可转动地设在所述支架上；坩埚，所述坩埚设在所述固定板上，所述坩埚被配置为盛装熔体；所述加热装置具有加热孔，所述加热装置可套设在所述坩埚外侧以加热坩埚。

在一些实施例中，所述制备装置还包括：角度调整机构，所述角度调整机构与所述固定板相连以驱动所述固定板相对所述支架转动。

在一些具体的实施例中，所述角度调整机构包括：驱动连杆，所述驱动连杆的一端可活动地连接在所述支架上，所述驱动连杆的另一端可转动地连接在所述固定板上。

在一些更具体的实施例中，所述角度调整机构还包括：滑轨，所述滑轨设在所述支架上；滑块，所述滑块可滑动地设在所述滑轨上，所述驱动连杆的一端可转动的连接在所述滑块上。

在一些实施例中，所述半固态浆料的制备装置还包括：夹持组件，所述夹持组件设在所述固定板上，所述夹持组件被配置为夹持所述坩埚。

在一些实施例中，所述固定板上设有保温套，所述保温套被配置为固定及保温所述坩埚。

在一些实施例中，所述坩埚的横截面积由锅底朝向开口的方向上逐渐增大。

在一些具体的实施例中，所述加热孔为圆孔，所述坩埚的横截面为圆形，所述加热孔的直径为D1，所述坩埚的最大直径D2，D1和D2满足关系式：10mm≤D1-D2≤50mm。

在一些更具体的实施例中，所述加热装置具有加热区，所述加热区形成在所述加热孔内，所述加热区的高度为h1，所述坩埚的高度为h2，h1和h2满足关系式：0≤h1-h2≤50mm。

在一些实施例中，所述支架包括：底盘；立柱；所述立柱的下端与所述底盘相连，所述加热装置和所述固定板均设在所述立柱上。

本发明的半固态熔体的制备装置具有以下优点：

(1)由于盛装熔体的坩埚可相对支架转动，较为方便地实现了熔体注入坩埚，避免了熔体注入过程中熔体洒出的现象。

(2)由于加热装置可滑动地设在支架上且加热装置可套设在坩埚的外侧以加热坩埚。因此，在熔体自然冷却的过程中，当熔体温度降至液相线以下时，加热装置可对坩埚和表层熔体进行加热，降低了熔体的内外温度差，提高了熔体温度场的均匀性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的半固态浆料的制备装置的结构示意图。

图2是本发明具体实施方式提供的半固态浆料的制备装置的坩埚处于倾斜状态的结构示意图。

图3是本发明具体实施方式提供的半固态浆料的制备装置的坩埚处于加热装置的加热孔内的结构示意图。

附图标记：

1、支架；11、立柱；12、底座；

2、加热装置；21、加热孔；

3、固定板；31、保温套；

4、夹持组件；41、驱动件；42、夹具；

5、坩埚；

6、角度调整机构；61、驱动连杆；62、滑块；63、滑轨。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述本发明实施例的一种半固态浆料的制备装置的具体结构。

如图1所示，半固态浆料的制备装置包括支架1、加热装置2、固定板3及坩埚5，固定板3可转动地设在支架1上，坩埚5设在固定板3上，坩埚5被配置为盛装熔体，加热装置2可滑动地设在支架1上，加热装置2具有加热孔21，加热装置2可套设在坩埚5外侧以加热坩埚5。

可以理解的是，如图2所示，在实际使用中固定板3带动坩埚5开口朝向远离支架1的方向倾斜，使得坩埚5的开口轴线与竖直方向呈一定夹角，这样方便了将金属/合金熔体注入坩埚5内部。将熔体注入完毕后固定板3回复原位，使得坩埚5的开口轴线与竖直方向平行。在熔体自然冷却的过程中，当熔体温度降至液相线以下时，加热装置2向下运动，使得坩埚5配合在加热装置2的加热孔21内，加热装置2即可对坩埚5和表层熔体进行加热，消除了熔体的内外温度差，提高了熔体温度场的均匀性，从而使得本发明的半固态熔体的制备装置能够适用于制备固相含量范围较宽的浆料。

根据本发明实施例的半固态熔体的制备装置，由于盛装熔体的坩埚5可相对支架1转动，较为方便地实现了熔体注入坩埚5，避免了熔体注入过程中熔体洒出的现象。此外，由于加热装置2可滑动地设在支架1上且加热装置2可套设在坩埚5的外侧以加热坩埚5。因此，在熔体自然冷却的过程中，当熔体温度降至液相线以下时，加热装置2可对坩埚5和表层熔体进行加热，降低了熔体的内外温度差，提高了熔体温度场的均匀性。

这里需要补充说明的是，在本发明的实施中，加热装置2的加热方式可以是电磁感应加热、电阻丝发热加热、加热棒发热加热、燃气燃烧加热中的任意一种，在此不对加热装置2的加热方式做出具体限定，加热装置2的加热方式可以根据实际需要做出选择。此外，坩埚5的材质为石墨、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、铸铁、不锈钢、钛、钛合金、镍或镍合金中的任意一种，在此不对坩埚5的材质做出具体限定，坩埚5的材质可以根据实际情况做出具体选择。

在一些实施例中，如图1所示，制备装置还包括角度调整机构6，角度调整机构6与固定板3相连以驱动固定板3相对支架1转动。由此，能够较好地实现固定板3相对支架1的转动，从而较好地保证了坩埚5的开口能够朝向远离支架1的方向倾斜，从而方便了熔体注入坩埚5内。

需要补充说明的是，注入熔体时，固定板3与支架1的夹角为20°-60°，可以理解的是，在注入熔体的过程中，固定板3与支架1的夹角过大会导致坩埚5的倾斜程度较小，不利于熔体注入，而固定板3与支架1的夹角过小会导致坩埚5的倾斜程度较大，提升了熔体从坩埚5内流出的风险。由此，向坩埚5内注入熔体时，固定板3与支架1的夹角度控制在20°-60°之间，既方便了向坩埚5内注入熔体，又能较好地避免熔体从坩埚5中流出的现象。优选的，在注入熔体时坩埚5的开口轴线与竖直方向的夹角为45°。当然，在本发明的其他实施例中，固定板3相对支架1的转动角度并不限于上述范围，固定板3相对支架1的转动角度可根据实际情况做出选择。

在一些具体的实施例中，如图1所示，角度调整机构6包括驱动连杆61，驱动连杆61的一端可活动地连接在支架1上，驱动连杆61的另一端可转动地连接在固定板3上。可以理解的是，由于驱动连杆61的一端可滑动地连接在支架1上，另一端可转动地连接在固定板3上，这样当驱动连杆61相对支架1滑动的过程中，即可带动固定板3相对支架1转动。与此同时，当固定板3转动到指定角度时，可以将驱动连杆61的与支架1相连的一端锁死在支架1上，这样就保证了固定板3能够稳定地保持在某个倾斜的角度，从而较好地避免了熔体注入过程中固定板3活动导致坩埚5侧翻的现象。

在一些更具体的实施例中，如图1所示，角度调整机构6还包括滑轨63和滑块62，滑轨63设在支架1上，滑块62可滑动地设在滑轨63上，滑块62连接在驱动连杆61的一端。可以理解的是，驱动连杆61的一端通过滑块62与设在支架1上的滑轨63相配合，滑轨63对滑块62的滑动起到了限制定位的作用，保证了驱动连杆61的一端只能沿着滑轨63延伸的方向滑动，避免了驱动连杆61滑动过程中发出歪斜，从而保证了固定板3能够稳定且顺畅的转动。

当然，这里需要补充说明的是，在本发明的其他实施例中，角度调整机构6可以是直接与固定板3相连的电机或者齿轮驱动结构等其他结构，角度调整机构6的形式并不限于上述驱动连杆61的方式，角度调整机构6可以根据实际需要做出选择。

在一些实施例中，如图1所示，半固态浆料的制备装置还包括夹持组件4，夹持组件4设在固定板3上，夹持组件4被配置为夹持坩埚5。可以理解的是，在固定板3转动的过程中夹持组件4能够保证坩埚5的稳定性，避免了固定板3转动过程中坩埚5从固定板3上滑落的现象。

在一些实施例中，如图1所示，夹持组件4包括驱动件41和夹具42，驱动件41设在固定板3上，夹具42为两个，驱动件41可驱动两个夹具42朝向靠近或者远离彼此的方向运动。可以理解的是，在固定板3相对支架1转动之前，驱动件41驱动两个夹具42朝向靠近彼此的方向运动，从而将坩埚5夹设在两个夹具42之间，较好地避免了固定板3转动过程中坩埚5从固定板3上滑落的现象。当需要采用加热装置2与坩埚5进行加热时，驱动件41驱动两个夹具42朝向远离彼此的方向运动，从而避免了加热装置2撞击加热装置2的现象。

这里需要补充说明的是，在本发明中，驱动件41可以是气缸，也可以是电机驱动，在此不对驱动件41的形式做出限定，具体可以根据实际需要做出选择。

在一些实施例中，如图1所示，固定板3上设有保温套31，保温套31被配置为固定及保温坩埚5。一方面，保温套31可以将坩埚5较好地保持在固定板3上，避免固定板3转动过程中坩埚5滑落的现象发生。另一方面，保温套31能够较好地避免坩埚5底部的热量传递到固定板3上，从而保证了熔体温度场的均匀性。保温套31的材质为保温隔热材料，可以是硅酸钙保温材料、珍珠岩保温材料、陶瓷保温材料及其他隔热材料中的任意一种。这里不对保温套31的形状和尺寸做出具体限定，保温套31的形状和尺寸可以根据坩埚5的形状和尺寸来确定。

在一些实施例中，坩埚5的横截面积在锅底朝向开口的方向上逐渐增大。由此，坩埚5的侧壁在锅底朝向开口的方向上向外倾斜，这种开口大锅底小的结构有利于注入熔体时，熔体在坩埚5内部滑落。有利地，坩埚5侧壁在锅底朝向开口的方向上向外倾斜角度为2°-5°。

在一些可选的实施例中，坩埚5的底部为平面，由此保证了坩埚5能够稳定地保持在固定板3上，从而较好地保证了坩埚5的稳定性。当然，在本发明的其他实施例中，坩埚5的底部可以为球面或者弧形面等其他形状。

在一些具体的实施例中，加热孔21为圆孔，坩埚5的横截面为圆形，加热孔21的直径为D1，坩埚5的最大直径D2，D1和D2满足关系式：10mm≤D1-D2≤50mm。由此，当加热装置2相对支架1滑动时，能够较好地套设在坩埚5的外侧以实现加热坩埚5，避免了加热装置2相对支架1滑动的过程中出现撞击坩埚5的现象。此外，如果加热孔21的直径远大于坩埚5的最大直径，则会降低加热装置2的加热效果，从而降低制备的金属/合金熔体温度场的均匀度。当然，在本发明的其他实施例中，加热孔21的之间与坩埚5的最大直径之间大小关系并不限于上述叙述，还可以是根据实际需要设定的其他关系。此外，加热孔21也可以不是圆孔，还可以是方形孔，椭圆形孔等其他形状，与之对应的坩埚5的横截面也可以不是圆形而是方形或者椭圆形。

这里需要说明是，坩埚5的截面形状与加热孔21一致能够较好地保证加热装置2对坩埚5加热的均匀性，从而保证了制备的金属/合金熔体温度场的均匀度。当然，在本发明的其他实施例中，坩埚5的截面形状和加热孔21可以不相同。

在一些更具体的实施例中，加热装置2具有加热区，加热区形成在加热孔21内，加热区的高度为h1，坩埚5的高度为h2，h1和h2满足关系式：0≤h1-h2≤50mm。可以理解的是，如果加热区的高度比坩埚的高度小，那么在加热装置2加热的过程中，坩埚5内的熔体就不能实现均匀地加热，从而降低了降低制备的金属/合金熔体温度场的均匀度。如果加热区的高度过高，则降低了加热区的利用率，还增大了加热装置2的尺寸。因此，将加热区与坩埚5的高度差控制在50mm以内，既能保证坩埚5内的熔体能够被均匀地加热，又能控制加热装置2的尺寸和能耗。当然，在本发明的其他实施例中，加热区和坩埚5的高度差还可以根据实际需要做出选择，并不限于上述范围。

在一些实施例中，如图1所示，支架1包括底盘12和立柱11。立柱11的下端与底盘12相连，加热装置2、固定板3均设在立柱11上。可以理解的是，由于加热装置2、固定板3以及坩埚5均设置立柱11上，立柱11的下端设有底盘12能够较好地避免整个半固态浆料的制备装置侧翻的现象。这里不对底盘12和立柱11的具体形状、尺寸和材质做出限定，底盘12和立柱11的形状、尺寸及材质可以根据实际需要做出选择。

实施例：

如图1所示，半固态浆料的制备装置包括支架1、加热装置2、固定板3、夹持组件4、坩埚5及角度调整机构6，固定板3可转动地设在支架1上，固定板3上设有保温套31，坩埚5配合在保温套31内，坩埚5被配置为盛装熔体，加热装置2可滑动地设在支架1上，加热装置2具有加热孔21，加热装置2可套设在坩埚5外侧以加热坩埚5。

支架1包括底盘12和立柱11，立柱11的下端与底盘12相连，加热装置2、固定板3均设在立柱11上。夹持组件4包括驱动件41夹具42，驱动件41形成为气缸且设在固定板3上，夹具42为两个，驱动件41可驱动两个夹具42朝向靠近或者远离彼此的方向运动。角度调整机构6包括驱动连杆61、滑块62和滑轨63，滑轨63设在支架1上，滑块62可滑动地设在滑轨63上，驱动连杆61的一端可转动地连接在滑块62上，驱动连杆61的另一端可转动地连接在固定板3上。

本实施例的半固态浆料的制备装置的工作步骤如下：

第一步：将坩埚5放置在安装套内，驱动件41驱动夹具42夹紧坩埚5；

第二步；角度调整机构6带固定板3及坩埚5倾斜一定角度(如图2所示)；

第三步：金属/合金熔体缓慢倒入坩埚5内；

第四步：熔体倾倒完毕后，角度调整机构6带动固定板3及坩埚5回归原处；

第五步：驱动件41驱动夹具42向两端移动，松开坩埚5；

第六步：加热装置2沿立柱11竖直向下移动至坩埚5完全进入加热装置2(如图3所示)；

第七步：加热一段时间后，加热装置2沿导轨竖直向上回到原处；操作员将坩埚5移出并倒出浆料。

坩埚5的初始温度低于金属/合金的固相线温度，优选地，容器的初始温度为0-200℃。

在本实施例中，金属/合金熔体的初始温度高于金属/合金液相线温度，且金属/合金熔体的初始温度高于液相线温度10℃-50℃。加热坩埚5的起始温度在金属/合金的半固态温度区间，加热起始温度为低于金属/合金液相线温度10℃-50℃，加热时间为1-100秒，制备得到的半固态浆料的内外最大温差小于4℃，制备得到的半固态浆料中的固相含量为1-60wt％。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种半固态浆料的制备装置，其特征在于，包括：

支架(1)；

固定板(3)，所述固定板(3)可转动地设在所述支架(1)上；

坩埚(5)，所述坩埚(5)设在所述固定板(3)上，所述坩埚(5)被配置为盛装熔体；

加热装置(2)，所述加热装置(2)可滑动地设在所述支架(1)上，所述加热装置(2)具有加热孔(21)，所述加热装置(2)可套设在所述坩埚(5)外侧以加热所述坩埚(5)。

2.根据权利要求1所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述制备装置还包括：角度调整机构(6)，所述角度调整机构(6)与所述固定板(3)相连以驱动所述固定板(3)相对所述支架(1)转动。

3.根据权利要求2所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述角度调整机构(6)包括：驱动连杆(61)，所述驱动连杆(61)的一端可活动地连接在所述支架(1)上，所述驱动连杆(61)的另一端可转动地连接在所述固定板(3)上。

4.根据权利要求3所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述角度调整机构(6)还包括：

滑轨(63)，所述滑轨(63)设在所述支架(1)上；

滑块(62)，所述滑块(62)可滑动地设在所述滑轨(63)上，所述驱动连杆(61)的一端可转动地连接在所述滑块(62)上。

5.根据权利要求1所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述半固态浆料的制备装置还包括：夹持组件(4)，所述夹持组件(4)设在所述固定板(3)上，所述夹持组件(4)被配置为夹持所述坩埚(5)。

6.根据权利要求1所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述固定板(3)上设有保温套(31)，所述保温套(31)被配置为固定及保温所述坩埚(5)。

7.根据权利要求1所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述坩埚(5)的横截面积由锅底朝向开口的方向上逐渐增大。

8.根据权利要求7所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述加热孔(21)为圆孔，所述坩埚(5)的横截面为圆形，所述加热孔(21)的直径为D1，所述坩埚(5)的最大直径D2，D1和D2满足关系式：10mm≤D1-D2≤50mm。

9.根据权利要求1所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述加热装置(2)具有加热区，所述加热区形成在所述加热孔(21)内，所述加热区的高度为h1，所述坩埚(5)的高度为h2，h1和h2满足关系式：0≤h1-h2≤50mm。

10.根据权利要求1所述的半固态浆料的制备装置，其特征在于，所述支架(1)包括：

底盘(12)；

立柱(11)；所述立柱(11)的下端与所述底盘(12)相连，所述加热装置(2)和所述固定板(3)均设在所述立柱(11)上。