CN113134580B - 金属半固态非枝晶浆料的制备方法以及制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了金属半固态非枝晶浆料的制备方法以及制备装置，涉及半固态成形技术领域。将第二浇包内的第一母合金以及第三浇包内的第二母合金同时倾倒至第一浇包内，调整第二浇包和第三浇包的倾倒速度，使第一母合金以及第二母合金同时倾倒结束，将第一母合金与第二母合金形成的目标合金通过第一浇包的出口流入至倾斜板上，倾斜板固定在支架上，倾斜板的一端用于与出口相连通，倾斜板的另一端用于与外接设备相连通，启动振动装置以带动倾斜板处于振动状态，振动装置固定连接在倾斜板的底壁上，将振动装置的振动方向与倾斜板的长度方向相垂直，将处于振动状态的倾斜板上的目标合金进行冷却，从而得到金属半固态非枝晶浆料。

Description

金属半固态非枝晶浆料的制备方法以及制备装置

技术领域

本发明涉及半固态成形技术领域，更具体地说，涉及一种金属半固态非枝晶浆料的制备方法以及制备装置。

背景技术

半固态加工被誉为二十一世纪最有发展潜力的绿色制造技术，其工艺路线主要有两种：一种是将搅拌获得的半固态金属半固态非枝晶浆料在保持半固态温度的条件下直接成形，通常被称为流变成形；另一种是将半固态金属半固态非枝晶浆料制备成坯料，依据产品尺寸下料，再重新加热至半固态温度成形，通常被称为触变成形。相比之下，流变成形较触变成形流程短，耗能小，具有更大的工程应用潜力。但如何获得具有细小、圆整初生相颗粒的半固态非枝晶金属半固态非枝晶浆料是流变成形的关键所在。

目前，传统的制浆技术有机械搅拌、双桶环形窄缝式电磁搅拌以及RSF法等，这些技术都存在不可避免的缺点，比如生产效率以及金属半固态非枝晶浆料的质量低，不适合规模化应用，初生相颗粒的尺寸和形状不合要求，固液相率的可调范围窄，制备过程中不仅污染熔体，而且影响制浆设备的寿命。这些缺点极大地限制了该技术的工程化应用。

因此，如何解决现有技术中无法高效制备高质量的金属半固态非枝晶浆料的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供金属半固态非枝晶浆料的制备方法以及制备装置以解决现有技术中无法高效制备高质量的金属半固态非枝晶浆料的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了金属半固态非枝晶浆料的制备装置，包括：

支架；

第一浇包，所述第一浇包固定在所述支架上，所述第一浇包的顶部设置有开口，所述第一浇包的底部设置有出口；

第二浇包，所述第二浇包用于容纳第一母合金，所述第二浇包可转动地固定在所述支架上，并且所述第二浇包内的所述第一母合金能够通过所述开口流入至所述第一浇包内；

第三浇包，所述第三浇包用于容纳第二母合金，所述第三浇包可转动地固定在所述支架上，并且所述第三浇包内的所述第二母合金能够通过所述开口流入至所述第一浇包内；

倾斜板，所述倾斜板倾斜固定在所述支架上，并且所述倾斜板的一端用于与所述出口相连通，所述倾斜板的另一端用于与外接设备相连通；

振动装置，所述振动装置固定连接在所述倾斜板的底壁上。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述倾斜板的侧壁为空腔结构，所述倾斜板在远离所述出口端的侧壁上设置有用于与外接供水管相连通的进水口，所述倾斜板在靠近所述出口端的侧壁上设置有用于与外接出水管相连通的出水口，并且所述进水口与所述出水口均与所述空腔结构相连通。

进一步的，所述振动装置为激振器。

进一步的，所述倾斜板的材质为不锈钢。

进一步的，所述倾斜板与地面之间的夹角为30°-60°。

一种金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其具体步骤为：

a.将第二浇包内的第一母合金以及第三浇包内的第二母合金同时往第一浇包内倾倒；

b.调整所述第二浇包和所述第三浇包的倾倒速度，使所述第一母合金以及所述第二母合金同时倾倒结束；

c.基于所述第一母合金以及所述第二母合金，形成目标合金；

d.将所述目标合金通过所述第一浇包的出口流入至倾斜板上；所述倾斜板倾斜固定在支架上，并且所述倾斜板的一端用于与所述出口相连通，所述倾斜板的另一端用于与外接设备相连通；

e.启动振动装置，以带动所述倾斜板处于振动状态；所述振动装置固定连接在所述倾斜板的底壁上；

f.将所述倾斜板的振动方向调整到与所述倾斜板的长度方向相垂直；

g.将处于振动状态的所述倾斜板上的所述目标合金进行冷却，得到金属半固态非枝晶浆料。

进一步的，所述第一母合金与所述第二母合金具有不同的成分和温度。

进一步的，所述第一母合金和所述第二母合金的吉布斯自由能的加权平均值小于所述目标合金在液相线温度下的吉布斯自由能。

进一步的，所述第一母合金为铝金属熔体，所述第二母合金为铝硅合金金属熔体。

进一步的，所述振动装置的振动频率可调范围为30Hz-200Hz，所述振动装置的振幅可调范围为0.01mm-10mm。

本申请提供的技术方案包括以下有益效果：

本发明提供的技术方案中，金属半固态非枝晶浆料的制备装置，包括支架、第一浇包、第二浇包、第三浇包、倾斜板以及振动装置，第一浇包固定在支架上，第一浇包的顶部设置有开口，第一浇包的底部设置有出口，第二浇包用于容纳第一母合金，第二浇包可转动地固定在支架上，并且第二浇包内的第一母合金能够通过开口流入至第一浇包内，第三浇包用于容纳第二母合金，第三浇包可转动地固定在支架上，并且第三浇包内的第二母合金能够通过开口流入至第一浇包内，倾斜板倾斜固定在支架上，并且倾斜板的一端用于与出口相连通，倾斜板的另一端用于与外接设备相连通，振动装置固定连接在倾斜板的底壁上。如此设置，预先将第二浇包内的第一母合金的温度以及第三浇包内的第二母合金的温度均控制在液相线温度以上，然后将第一母合金以及第二母合金同时以一定的速率倾倒入第一浇包内，第一母合金与第二母合金在第一浇包内混合后形成目标合金，第一浇包内的目标合金通过出口流入到倾斜板上，固定在倾斜板底壁上的振动装置使倾斜板具有机械振动特性，并且倾斜板的振动方向与其的长度方向相垂直，倾斜板上部的目标合金沿着倾斜板的倾斜方向向下流动，目标合金在倾斜倾斜板流动产生的剪切力和振动装置所产生的剪切力的共同作用下，促进形成大量的游离晶并增殖，从而获得初生相颗粒细小、圆整的半固态非枝晶金属半固态非枝晶浆料，得到的金属半固态非枝晶浆料直接输送到外接设备中进行利用；从而解决了现有技术中无法高效制备高质量的金属半固态非枝晶浆料的问题。

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获得其他的附图。

图1是本发明实施例中金属半固态非枝晶浆料的制备装置整体的结构示意图。

附图标记：

1、支架；2、第一浇包；3、开口；4、出口；5、第二浇包；6、第三浇包；7、倾斜板；8、振动装置；9、空腔结构；10、进水口；11、出水口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本具体实施方式的目的在于提供金属半固态非枝晶浆料的制备方法以及制备装置；从而解决了现有技术中无法高效制备高质量的金属半固态非枝晶浆料的问题。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

请参阅图1，本实施例提供了金属半固态非枝晶浆料的制备装置，包括支架1、第一浇包2、第二浇包5、第三浇包6、倾斜板7以及振动装置8，倾斜板7的材质可以根据具体的使用环境进行设定，本实施例中倾斜板7的材质优选为不锈钢，本实施例中振动装置8优选为激振器，由于激振器已经是现有技术，故本文不再进行详细赘述。第一浇包2固定在支架1上，第一浇包2的顶部设置有开口3，第一浇包2的底部设置有出口4，第二浇包5用于容纳第一母合金，第二浇包5可转动地固定在支架1上，并且第二浇包5内的第一母合金能够通过开口3流入至第一浇包2内，第三浇包6用于容纳第二母合金，本实施例中第一母合金优选为铝金属熔体，第二母合金优选为铝硅合金金属熔体，第三浇包6可转动地固定在支架1上，并且第三浇包6内的第二母合金能够通过开口3流入至第一浇包2内，倾斜板7倾斜固定在支架1上，本实施例中倾斜板7与地面之间的夹角优选为30°-60°。并且倾斜板7的一端用于与出口4相连通，倾斜板7的另一端用于与外接设备相连通，外接设备可以根据具体的使用环境进行设定，比如可以为收集浇包，对制备得到的非枝晶半固态金属半固态非枝晶浆料进行收集；也可以为流变成形设备，对制备得到的非枝晶半固态金属半固态非枝晶浆料进行后续成形。振动装置8通过螺栓固定连接在倾斜板7的底壁上，本实施例中振动装置8的振动频率可调范围为30Hz-200Hz，振动装置8的振幅可调范围为0.01mm-10mm。

如此设置，预先将第二浇包5内的第一母合金的温度以及第三浇包6内的第二母合金的温度均控制在液相线温度以上，然后将第一母合金以及第二母合金同时以一定的速率倾倒入第一浇包2内，第一母合金与第二母合金在第一浇包2内混合后形成目标合金，第一浇包2内的目标合金通过出口4流入到倾斜板7内，固定在倾斜板7底壁上的振动装置8使倾斜板7具有机械振动特性，并且倾斜板7的振动方向与其的长度方向相垂直，倾斜板7内部的目标合金沿着倾斜板7的倾斜方向向下流动，目标合金在倾斜倾斜板7流动产生的剪切力和振动装置8所产生的剪切力的共同作用下，促进形成大量的游离晶并增殖，从而获得初生相颗粒细小、圆整的半固态非枝晶金属半固态非枝晶浆料，得到的金属半固态非枝晶浆料直接输送到外接设备中进行利用；从而解决了现有技术中无法高效制备高质量的金属半固态非枝晶浆料的问题。

作为可选的实施方式，倾斜板7的侧壁为空腔结构9，倾斜板7在远离出口4端的侧壁上设置有用于与外接供水管相连通的进水口10，倾斜板7在靠近出口4端的侧壁上设置有用于与外接出水管相连通的出水口11，并且进水口10与出水口11均与空腔结构9相连通。如此设置，供水管中的冷却水通过进水口10进入到倾斜板7的空腔结构9内，冷却水将空腔结构9填满后又从出水口11流至倾斜板7外的外接水管中，从而使冷却水在供水管、倾斜板7以及外接水管之间进行不断的循环，倾斜板7的有效冷却长度和宽度依据制浆量和效率而定。倾斜板7通有循环冷却水，是为了防止倾斜板7由于持续工作而温度升高，导致冷却能力下降，影响了非枝晶半固态金属半固态非枝晶浆料的制备。

作为可选的实施方式，第一浇包2也可以为顶端设置有进料口，其余部位呈封闭状态的结构，第一浇包2可转动地固定在支架1上，并且通过调整第一浇包2的倾斜角度，能够使第一浇包2内部的目标合金倾倒至倾斜板7上。

一种金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其具体步骤为：

a.将第二浇包5内的第一母合金以及第三浇包6内的第二母合金同时往第一浇包2内倾倒；

b.调整第二浇包5和第三浇包6的倾倒速度，使第一母合金以及第二母合金同时倾倒结束；

c.基于第一母合金以及第二母合金，形成目标合金；

d.将目标合金通过第一浇包2的出口4流入至倾斜板7内；倾斜板7倾斜固定在支架1上，并且倾斜板7的一端用于与出口4相连通，倾斜板7的另一端用于与外接设备相连通；

e.启动振动装置8，以带动倾斜板7处于振动状态；振动装置8固定连接在倾斜板7的底壁上；

f.将倾斜板7的振动方向调整到与倾斜板7的长度方向相垂直；

g.将处于振动状态的倾斜板7内的目标合金进行冷却，得到金属半固态非枝晶浆料。

更具体的实施方式，第二浇包5以及第三浇包6使两种不同成分、温度的第一母合金和第二母合金以一定速度同时倾倒，在空中汇合、流入第一浇包2中得到混合均匀的目标合金，随后将目标合金浇入铸型凝固成形。如此设置，第二浇包5以及第三浇包6中的金属液同时浇入第一浇包2后，混合熔体在宏观上成分、温度更加均匀，但在微观上形成更多细小的温度、成分不均匀的小熔池，提高了在随后凝固中的形核率，获得组织更为细小的铸件。同时，由于没有机械搅拌的作用，避免了对熔体的污染。

更具体的实施方式，第一母合金和第二母合金的吉布斯自由能的加权平均值小于目标合金在液相线温度下的吉布斯自由能。第二浇包5盛装8kg过热5度的Al-10Si溶液，第三浇包6盛装2kg过热5度的纯Al溶液；随后第二浇包5以及第三浇包6以6°/s的速率翻转，将这两种过热母合金熔体同时浇入中间第一浇包2得到10kg混合熔体Al-8Si；同时，将激振器的频率设置为60Hz，倾斜板7的倾斜角度设置为45°，并打开循环冷却水；为了保护倾斜板和防止熔体在倾斜板7的内表面残留，事先在熔体与倾斜板7接触面上涂覆一层MgO涂层；随后第一浇包2以5°/s翻转，即浇注速率为2.19kg/s将混合熔体Al-8Si浇入2520不锈钢材质的倾斜板7内；在倾斜板7出口4得到Al-8Si非枝晶半固态金属半固态非枝晶浆料；本实施例使用加热至650℃，容积为12kg，材质为石墨的收集浇包进行收集；待熔体全部流入收集浇包后，迅速取样水淬，即得到初生相颗粒细小、圆整的合金半固态组织。

更具体的实施方式，第二浇包5盛装6.67kg过热5度的Al-12Si溶液，第三浇包6盛装3.34kg过热5度的纯Al溶液；随后第二浇包5以及第三浇包6以6°/s的速率翻转，将这两种过热母合金熔体同时浇入中间第一浇包2得到10kg混合熔体Al-8Si；同时，激振器频率设置为50Hz，倾斜板7的倾斜角度设置为40°，并打开循环冷却水；为了防止熔体在倾斜板7内壁结壳，事先在熔体与倾斜板7接触面上涂覆一层MgO涂层；随后第一浇包2包以7.5°/s翻转，即浇注速率为2.81kg/s将混合熔体Al-8Si浇入2520不锈钢材质的倾斜板7；在倾斜板7出口4得到Al-8Si非枝晶半固态金属半固态非枝晶浆料；本实施例使用加热至650℃，容积为12kg，材质为石墨的收集浇包进行收集；待熔体全部流入收集浇包后，迅速取样水淬，即得到初生相颗粒细小、圆整的合金半固态组织。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种金属半固态非枝晶浆料的制备方法，制备方法所用的装置包括：支架(1)；第一浇包(2)，所述第一浇包(2)固定在所述支架(1)上，所述第一浇包(2)的顶部设置有开口(3)，所述第一浇包(2)的底部设置有出口(4)；第二浇包(5)，所述第二浇包(5)用于容纳第一母合金，所述第二浇包(5)可转动地固定在所述支架(1)上，并且所述第二浇包(5)内的所述第一母合金能够通过所述开口(3)流入至所述第一浇包(2)内；第三浇包(6)，所述第三浇包(6)用于容纳第二母合金，所述第三浇包(6)可转动地固定在所述支架(1)上，并且所述第三浇包(6)内的所述第二母合金能够通过所述开口(3)流入至所述第一浇包(2)内；倾斜板(7)，所述倾斜板(7)倾斜固定在所述支架(1)上，并且所述倾斜板(7)的一端用于与所述出口(4)相连通，所述倾斜板(7)的另一端用于与外接设备相连通；振动装置(8)，所述振动装置(8)固定连接在所述倾斜板(7)的底壁上；

制备方法的具体步骤为：

a.将第二浇包(5)内的第一母合金以及第三浇包(6)内的第二母合金同时往第一浇包(2)内倾倒,在空中汇合、流入第一浇包(2)中得到混合均匀的目标合金；

b.调整所述第二浇包(5)和所述第三浇包(6)的倾倒速度，使所述第一母合金以及所述第二母合金同时倾倒结束；

c.基于所述第一母合金以及所述第二母合金，形成目标合金；

d.将所述目标合金通过所述第一浇包(2)的出口(4)流入至倾斜板(7)内；所述倾斜板(7)倾斜固定在支架(1)上，并且所述倾斜板(7)的一端用于与所述出口(4)相连通，所述倾斜板(7)的另一端用于与外接设备相连通；

e.启动振动装置(8)，以带动所述倾斜板(7)处于振动状态；所述振动装置(8)固定连接在所述倾斜板(7)的底壁上；

f.将所述倾斜板(7)的振动方向调整到与所述倾斜板(7)的长度方向相垂直，固定在倾斜板7底壁上的振动装置8使倾斜板7具有机械振动特性，并且倾斜板7的振动方向与其长度方向相垂直；

g.将处于振动状态的所述倾斜板(7)内的所述目标合金进行冷却，得到金属半固态非枝晶浆料。

2.根据权利要求1所述的金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其特征在于，所述倾斜板(7)的侧壁为空腔结构(9)，所述倾斜板(7)在远离所述出口(4)端的侧壁上设置有用于与外接供水管相连通的进水口(10)，所述倾斜板(7)在靠近所述出口(4)端的侧壁上设置有用于与外接出水管相连通的出水口(11)，并且所述进水口(10)与所述出水口(11)均与所述空腔结构(9)相连通。

3.根据权利要求1所述的金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其特征在于，所述振动装置(8)为激振器。

4.根据权利要求1所述的金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其特征在于，所述倾斜板(7)的材质为不锈钢。

5.根据权利要求1所述的金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其特征在于，所述倾斜板(7)与地面之间的夹角为30°-60°。

6.根据权利要求1所述的金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其特征在于，所述第一母合金与所述第二母合金具有不同的成分和温度。

7.根据权利要求1所述的金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其特征在于，所述第一母合金和所述第二母合金的吉布斯自由能的加权平均值小于所述目标合金在液相线温度下的吉布斯自由能。

8.根据权利要求1所述的金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其特征在于，所述第一母合金为铝金属熔体，所述第二母合金为铝硅合金金属熔体。

9.根据权利要求1所述的金属半固态非枝晶浆料的制备方法，其特征在于，所述振动装置(8)的振动频率可调范围为30Hz-200Hz，所述振动装置(8)的振幅可调范围为0.01mm-10mm。

Images