CN117300071A - 一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置及工艺，通过水平凸极绕组、竖直凸极绕组通入相位相同或不同的驱动交流电，以产生水平方向变化及竖直方向变化的交变磁场，从而驱动金属溶液在水平方向上进行往复振动搅拌、往复旋转搅拌，在竖直方向上往复振动搅拌的复合搅拌，从而提高金属溶液搅拌得到半固态浆料的质量；通过对各绕组的驱动电流进行分别设置，可产生各种搅拌方式组合的金属溶液搅拌形式。

Description

一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置及工艺

技术领域

本申请属于材料加工领域，具体涉及一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置及工艺。

背景技术

金属半固态成形是指利用金属从固态向液态或者从液态向固态两相转变过程中的半固态区的金属成形方式，其是一种具有良好的流变特性而进行的金属成形。半固态金属加工技术在控制金属的微观结构上展现出优良的性能，尤其是在液态金属的处理过程中，通过细化液态金属的过渡状态，一直以来都是金属加工领域持续探索的重大课题。在合金熔炼过程中通过搅拌使得金属颗粒形成近似球状的组织，这种特殊的组织形状提供了卓越的流动性和成型性，使其在许多高技术领域如航空、汽车制造、精密铸造等产业中发挥出巨大的潜力。

然而由于普通的机械搅拌会在搅拌过程中引入其他杂质进而影响材料组织及性能，尤其容易卷入大量空气使得金属产生氧化从而影响金属溶液的组织与性能，故而如何让金属在半固态温度区间内对其金属溶液进行充分搅拌并且减少其他杂质的引入，是半固态成形技术的关键步骤。

现有技术中，电磁搅拌法是目前对半固态金属溶液进行搅拌的重要手段之一，该方法利用电磁场中的电磁力对液态金属进行流动驱动，从而改变金属溶液在成形过程中的流动状态、热传递，通过金属的流动改变其凝固组织形态，进而制备出晶粒小、均匀分布的半固态浆料。然而，目前广泛应用的电磁搅拌法仍是旋转搅拌，其依然会在金属溶液的旋转中心形成液穴，进一步会将气体卷入至液穴中从而引入大量空气，影响金属溶液的组织及性能，并使该情况下得到的半固态浆料存在气孔缺陷。此外，电磁搅拌法还存在“趋肤效应”，由于电磁场与金属溶液各空间区域的距离不同，中心区和边缘区的电磁作用力强弱不一，加上离心作用的影响，不仅造成了组织的细化程度不均匀，也进一步加大了成分偏析，对构成金属力学性能的晶粒大小和溶质分布产生了负面影响。

专利CN114850418A通过在装置中设置多层搅拌结构，对各层搅拌结构中的感应线圈通入三相电流以产生电磁场从而驱动金属溶液搅拌，通过对电流强度、频率的控制进而控制金属溶液搅拌的旋转速度与强度，通过改变电流的方向以改变电磁场的方向，使得对应的上下两层液相溶液反向旋转，实现熔体分层的不同方向的旋转搅拌及层与层之间的熔体产生枝晶对撞。然而，虽说层间反向旋转搅拌使得中部旋涡效应得以减缓，但因最终施加在液态金属表面层的磁场依旧是旋转方式，仍会导致液态金属表面因旋转而引起的卷气、组织不均匀问题。加上旋转运动方向主要是金属液靠磁场边沿转动，金属液中心与底部依旧是搅拌薄弱地方，依旧存在液态金属细化不均匀。此外，由于磁场作用到金属液要尽可能互相对抵才能的避免表面旋转卷气，导致对坩埚液位处于设备高度与磁场强弱控制都有较大要求，找到最佳的工艺参数可能需要大量实验，这意味着需要投入较多时间和资源。

发明内容

本发明的目的是针对电磁搅拌对金属液面因旋转引起的卷气成分偏析及中心与底部搅拌不足之处，提供一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置及工艺。

一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，包括坩埚、水平电磁场结构、竖直电磁场结构，坩埚用于放置金属溶液，所述水平电磁场结构包括有水平凸极定子、水平凸极绕组，所述竖直电磁场结构包括有竖直凸极定子、竖直凸极绕组，所述水平凸极定子沿所述坩埚周向布置，所述竖直凸极定子设置于所述坩埚下方，所述水平凸极定子上均绕设有所述水平凸极绕组用于通入相位相同的交流电以产生沿所述水平凸极定子轴线方向的交变磁场，所述竖直凸极定子绕设有所述竖直凸极绕组用于通入交流电以产生沿所述竖直凸极定子轴线方向的交变磁场。

进一步地，对所述水平凸极绕组在不同时间段通入不同的驱动交流电，从而实现往复振动搅拌与往复旋转搅拌的组合搅拌。

进一步地，在竖直电磁场结构中，包括有多个所述竖直凸极定子及其配套的所述竖直凸极绕组，多个所述竖直凸极绕组可通过相位相同或相位不同的交流电。

进一步地，还包括有第二水平电磁场结构，所述第二水平电磁场结构与所述水平电磁场结构竖直间隔布置且位于下方位置，所述第二水平电磁场结构包括有第二水平凸极定子、第二水平凸极绕组，所述第二水平凸极定子沿所述坩埚周向布置，所述第二水平凸极定子上均绕设有所述第二水平凸极绕组用于通电以产生磁场。

进一步地，还包括有第三水平电磁场结构，所述第三水平电磁场结构与所述第二水平电磁场结构竖直间隔布置且位于下方位置，所述第三水平电磁场结构包括有第三水平凸极定子、第三水平凸极绕组，所述第三水平凸极定子沿所述坩埚周向布置，所述第三水平凸极定子上均绕设有所述第三水平凸极绕组用于通电以产生磁场。

进一步地，还包括有升降机构，所述升降机构可对所述竖直电磁场结构进行升降操作，所述坩埚放置于所述竖直电磁场结构上方，使得坩埚可随着所述竖直电磁场结构一同进行升降。

进一步地，还包括有多层的水平电磁场结构，各所述水平电磁场结构竖直间隔布置，通过多层结构可以匹配更多容量的金属溶液。

进一步地，还包括有隔热层，在所述坩埚与所述水平凸极绕组之间设置有隔热层，在所述坩埚与所述竖直凸极绕组之间设置有隔热层。

进一步地，还包括有测温传感器，所述测温传感器伸入至金属溶液中，实时采集金属溶液的温度。

进一步地，一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置的半固态浆料制备工艺，通过升降机构将坩埚内部金属溶液上表面液位高度升降至所述水平凸极绕组的作用范围；通过测温传感器插入金属溶液中检测金属溶液的温度；通入相位相同或不同、频率较低的交流电至所述水平凸极绕组，以产生较慢变化的交变磁场，从而缓慢驱动金属溶液进行慢速搅拌；当测温传感器检测到温度高于金属溶液半固态液相温度0-20℃范围时，开始增强交流电的频率及电流幅值直至达到设定值，开始快速搅拌；所述水平凸极绕组通入相位相同的交流电使得金属溶液上表面层进行往复振动搅拌，所述第二水平凸极绕组和所述第三水平凸极绕组通入相位相同或不同的交流电使得金属溶液下部分进行往复振动搅拌或往复旋转搅拌，通过对所述水平凸极绕组、所述第二水平凸极绕组、所述第三水平凸极绕组、所述竖直凸极绕组的驱动交流电的控制以驱动金属溶液进行复合搅拌。

与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

1、通过设置水平凸极绕组，可从水平方向上对金属溶液层施加电磁力以进行搅拌。

2、通过让第一层的各所述水平凸极绕组通入相位相同的驱动交流电，可让金属溶液层沿各所述水平凸极绕组至金属溶液水平中心方向的往复振动搅拌；这与普通的通过改变电磁场旋转方向周期性的正、反转切换的搅拌方式，具有本质区别，本申请第一层的各所述水平凸极绕组产生的搅拌是沿各所述水平凸极绕组至金属溶液水平中心方向的往复振动搅拌。

3、通过设置竖直凸极绕组，可从竖直方向上对金属溶液层施加电磁力使其在竖直方向上往复振动搅拌；通过同时设置水平凸极绕组、竖直凸极绕组，可让金属溶液具备更多的搅拌方向及形式。

4、通过让各层的水平凸极绕组通入相位相同或相位不同的驱动电流，可让其所对应的金属溶液层发生往复振动搅拌或者是往复旋转搅拌；通过对电流幅值、频率的控制可控制金属溶液搅拌的程度及频率。

5、通过让各层的水平凸极绕组间隔时间以通入不同的驱动电流，可让其所对应的金属溶液层发生轻微往复振动、强烈往复振动、轻微往复旋转、强烈往复旋转等多种搅拌方式的复合搅拌。

6、通过设置升降机构，可通过升降机构带动竖直凸极绕组与坩埚在装置中进行升降，从而让金属溶液的上表面液位进入水平凸极绕组的作用区间，以调整最佳工作位置，从而保持良好的液面振动而不破坏氧化保护层，避免金属液卷气。

7、通过在竖直方向设置两层或者多层水平凸极绕组结构与竖直凸极绕组结构组合，可以在不同液层位置的发生电磁振动与旋转搅拌，从而产生三维立体复合搅拌，增强搅拌细化组织效果。

8、利用同时对水平凸极绕组施加相位相同单相交流电，可同时在多个水平凸极绕组前方产生沿水平凸极绕组轴线方向的往复的交变磁场；水平凸极绕组附近的金属液在磁场作用下，感应到涡流电流与磁场产生沿水平凸极绕组轴线向中心发散的安培力。水平圆周布置的多个水平凸极绕组就能实现金属溶液沿水平中心方向传播的往复振动；同理在底部布置1个或多个竖直凸极绕组就能实现金属液沿上下方向传播的往复振动，振动传播的方向即使交流趋肤效应的存在也能在中心及底部位置得到充分搅动，并且金属溶液表面不会因为旋转而引起卷气、偏析及组织细化不均匀问题。

9、通过对各绕组的驱动电流进行分别设置，可产生各种搅拌方式组合的金属溶液搅拌形式；由此在对各种金属溶液的半固态浆料搅拌形式进行研究时，可通过对该装置的各绕组的驱动电流进行设置以得到所需搅拌形式。

附图说明

附图仅用于示出本申请具体实施方式以及其他相关内容的原理、实现方式、应用、特点以及效果等，并不能认为是对本申请的限制。

在说明书附图中：

图1为水平凸极定子绕设有水平凸极绕组结构的俯视示意图；

图2为本装置设置一层水平凸极绕组与底部朝上的竖直凸极绕组的组合结构示意图；

图3为本装置设置二层水平凸极绕组与底部朝上的竖直凸极绕组的组合结构示意图；

图4为本装置设置三层水平凸极绕组与底部朝上的竖直凸极绕组的组合结构示意图；

图5为本装置设置三层水平凸极绕组（只工作上方两层）与底部朝上的竖直凸极绕组的组合结构示意图；

图6为本装置设置三层水平凸极绕组（只工作上方一层）与底部朝上的竖直凸极绕组的组合结构示意图；

图7为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为0度的单相电流的金属溶液的磁场强度仿真图；

图8为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为0度的单相电流的金属溶液的磁力线仿真图；

图9为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为30度的单相电流的金属溶液的磁场强度仿真图；

图10为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为30度的单相电流的金属溶液的磁力线仿真图；

图11为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为60度的单相电流的金属溶液的磁场强度仿真图；

图12为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为60度的单相电流的金属溶液的磁力线仿真图；

图13为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为90度的单相电流的金属溶液的磁场强度仿真图；

图14为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为90度的单相电流的金属溶液的磁力线仿真图；

图15为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为120度的单相电流的金属溶液的磁场强度仿真图；

图16为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为120度的单相电流的金属溶液的磁力线仿真图；

图17为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为150度的单相电流的金属溶液的磁场强度仿真图；

图18为单层中各水平凸极绕组同时输入相位相同，且相位为150度的单相电流的金属溶液的磁力线仿真图；

上述各附图中涉及的附图标记说明如下：

1、测温传感器；

2、坩埚；

3、金属溶液；

4、隔热层；

51、水平凸极定子；

52、水平凸极绕组；

61、竖直凸极定子；

62、竖直凸极绕组；

71、第二水平凸极定子；

72、第二水平凸极绕组；

81、第三水平凸极定子；

82、第三水平凸极绕组；

具体实施方式

为详细说明本申请可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例并配合附图详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本申请中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。

除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本申请。

在本申请的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，表示：存在A，存在B，以及同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。

在本申请中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。

在没有更多限制的情况下，在本申请中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。

与《审查指南》中的理解相同，在本申请中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本申请实施例的描述中“多个”的含义是两个以上（包括两个），与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

除非另有明确的规定或限定，在本申请实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是活动连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本申请所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本申请实施例中的具体含义。

如图1-图2所示，一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，包括坩埚2、水平电磁场结构、竖直电磁场结构，坩埚2用于放置金属溶液3，所述水平电磁场结构包括有水平凸极定子51、水平凸极绕组52，所述水平电磁场结构至少包括3个水平凸极定子51，所述竖直电磁场结构包括有竖直凸极定子61、竖直凸极绕组62，所述水平凸极定子51沿所述坩埚2周向布置，所述竖直凸极定子61设置于所述坩埚2下方，所述水平凸极定子51上均绕设有所述水平凸极绕组52用于通电以产生沿所述水平凸极定子51轴线方向的磁场，所述竖直凸极定子61绕设有所述竖直凸极绕组62用于通电以产生沿所述竖直凸极定子61轴线方向的磁场。

在水平电磁场结构中，通过对各所述水平凸极绕组52通入相位相同的交流电，可在各所述水平凸极绕组52前方产生沿所述水平凸极绕组52轴线方向的交变磁场，如图7-图18所示的磁场分布图所示，磁场强度在金属溶液3外部往金属溶液3内部往复增强减弱。各所述水平凸极绕组52前方产生的交变磁场，可使得所述水平凸极绕组52附近的金属溶液在交变磁场的作用下，感应到涡流电流并与磁场产生沿所述水平凸极绕组52轴线向中心发散的安培力；在多个交变磁场的作用下，周向布置的多个所述水平凸极绕组52可使得金属溶液实现沿各所述水平凸极绕组52至金属溶液水平中心方向的往复振动搅拌，细化由外到内的金属溶液组织。

在竖直电磁场结构中，通过对所述竖直凸极绕组62通入交流电，可在所述竖直凸极绕组62前方产生沿所述竖直凸极绕组轴线方向的交变磁场，即在坩埚2内部金属溶液3中施加了竖直方向的磁场，由此可驱动金属溶液从坩埚2底部沿垂直方向进行往复振动搅拌，增强金属溶液底部与中心的金属溶液组织搅拌细化效果，增加金属溶液各位置成分、晶粒组织的分布均匀性。

在水平电磁场结构中，各所述水平凸极绕组52可在不同时间段通入不同的驱动交流电，从而实现各种水平磁场的组合搅拌；例如，在第一阶段，各所述水平凸极绕组52通入相同相位的交流电，并保持一段时长；第一段时间结束后，进入第二阶段，各所述水平凸极绕组52分别通入彼此相位相差120度的交流电，并保持一段时长，而后再次进入第一阶段，以此交替进行驱动交流电的更换；由所述水平凸极绕组52同时通入相同相位的单相电流建立的交变磁场变换到各所述水平凸极绕组52分别通入相位相差120度电流建立的交变磁场的互相转换，实现水平方向上让金属溶液沿各所述水平凸极绕组52至溶液水平中心方向的电磁振动搅拌与让金属溶液沿溶液外周方向旋转的电磁旋转搅拌的复合搅拌效果，因没有持续的驱动金属液旋转，而是采用间隙性结合旋转搅拌与振动搅拌，可进一步避免金属液表面形成液穴。即利用第一阶段、第二阶段的驱动交流电的不同，其所对应产生的磁场不同，如此可通过对各所述水平凸极绕组的驱动交流电进行变化从而产生更多的搅拌类型。

在本申请的一些实施例中，竖直电磁场结构中，可以有多个所述竖直凸极定子61及其配套的所述竖直凸极绕组62，多个所述竖直凸极绕组62可通过相位相同或相位不同的交流电，通过多个所述竖直凸极绕组62可叠加竖直方向的磁场变化，从而改变金属溶液在竖直方向上的振动搅拌；例如通过多个所述竖直凸极绕组62通过相位相同的交流电，可叠加竖直方向的磁场变化，增强金属溶液在竖直方向上的振动搅拌；例如通过两个所述竖直凸极绕组62通过相位相反的交流电，可减弱竖直方向的磁场变化，减弱金属溶液在竖直方向上的振动搅拌。

在本申请的一些实施例中，还包括有第二水平电磁场结构，所述第二水平电磁场结构与所述水平电磁场结构竖直间隔布置且位于下方位置，所述第二水平电磁场结构包括有第二水平凸极定子71、第二水平凸极绕组72，所述第二水平电磁场结构至少包括3个第二水平凸极定子71，所述第二水平凸极定子沿所述坩埚2周向布置，所述第二水平凸极定子71上均绕设有所述第二水平凸极绕组72用于通电以产生磁场。在该实施例中，各所述水平凸极绕组52通入相位相同的交流电，以在各所述水平凸极绕组52前方产生沿所述水平凸极绕组52轴线方向的交变磁场，从而驱动所述水平凸极绕组所对应的第一金属溶液平面层产生沿各所述水平凸极绕组52至金属溶液水平中心方向的往复振动搅拌；各所述第二水平凸极绕组72通入彼此相位相差120度的交流电，以产生绕各所述第二水平凸极绕组72的圆周方向的交变磁场，从而驱动所述第二水平凸极绕组72所对应的第二金属溶液平面层产生金属溶液沿溶液外周方向旋转的往复旋转搅拌；如此第一金属溶液平面层进行往复振动搅拌，可使得金属表面仅具有较小的波动从而避免卷气，第二金属溶液平面层进行往复旋转搅拌，配合第一金属溶液平面层的往复振动搅拌，通过不同方向的搅拌增加金属溶液内部的枝晶对撞，可进一步让金属溶液充分搅拌细化，从而得到晶粒更小、成分分布更均匀的半固态浆料。

在本申请的一些实施例中，还包括有第三水平电磁场结构，所述第三水平电磁场结构与所述第二水平电磁场结构竖直间隔布置且位于下方位置，所述第三水平电磁场结构包括有第三水平凸极定子81、第三水平凸极绕组82，所述第三水平电磁场结构至少包括3个第三水平凸极定子81，所述第三水平凸极定子81沿所述坩埚2周向布置，所述第三水平凸极定子81上均绕设有所述第三水平凸极绕组82用于通电以产生磁场。在该实施例中，各所述水平凸极绕组52通入相位相同的交流电，以在各所述水平凸极绕组52前方产生沿所述水平凸极绕组52轴线方向的交变磁场，从而驱动所述水平凸极绕组52所对应的第一金属溶液平面层产生沿各所述水平凸极绕组至金属溶液水平中心方向的往复振动搅拌；所述第二水平凸极绕组72可通入相位相同的交流电或者相位不同的交流电，所述第三水平凸极绕组82可分亦可通入相位相同的交流电或者相位不同的交流电，可根据实际的工艺需求对二者通入的交流电进行选择，从而得到适配当前金属溶液的加工工艺；例如让各所述第二水平凸极绕组72通入彼此相位相差120度的交流电，以驱动所述第二水平凸极绕组72所对应的第二金属溶液平面层产生金属溶液沿溶液外周方向旋转的往复旋转搅拌，让各所述第三水平凸极绕组82通入相位相同的交流电，以驱动所述第三水平凸极绕组82所对应的第三金属溶液平面层产生金属溶液沿各所述第三水平凸极绕组至金属溶液水平中心方向的往复振动搅拌，以此方式可任意组合水平凸极绕组52、第二水平凸极绕组72、第三水平凸极绕组82的通电情况，以对应产生各层不同的交变磁场，从而让金属溶液的各平面层产生不同的搅拌运动，以对金属溶液进行搅拌。

在本申请的一些实施例中，还包括有升降机构，所述升降机构可对所述竖直电磁场结构进行升降操作，所述坩埚2放置于所述竖直电磁场结构上方，使得坩埚2可随着所述竖直电磁场结构一同进行升降。在该实施例中，当坩埚2内部金属溶液液面较高时，为了让所述水平电磁场结构可作用于金属溶液上表面，可通过升降机构调整所述竖直电磁场结构和所述坩埚2的位置，从而将金属溶液放置到所述水平电磁场结构的最佳作用范围位置；当坩埚2内部金属溶液液面较低时，尤其是已经低于所述水平电磁场结构的作用区域，为了让所述水平电磁场结构可作用于金属溶液上表面，可通过升降机构调整所述竖直电磁场结构和所述坩埚2的位置，从而将金属溶液放置到所述水平电磁场结构的最佳作用范围位置；

在本申请的一些实施例中，还包括有多层的水平电磁场结构，各所述水平电磁场结构竖直间隔布置，通过多层结构可以匹配更多容量的金属溶液；当所述多层的水平电磁场结构的作用范围高于金属溶液时，可选择性的停止部分水平电磁场结构的水平凸极绕组的通电，以节约能源。

在本申请的一些实施例中，通过改变各绕组中交流电的幅值大小及频率，相应可改变各振动方向的振动幅值与频率，本领域技术人员能够根据针对的金属溶液种类、坩埚大小、绕组大小、金属溶液搅拌细化程度、温度等对上述电流参数进行实际选择。

在本申请的一些实施例中，还包括有隔热层4，在所述坩埚2与所述水平凸极绕组之间设置有隔热层4，在所述坩埚2与所述竖直凸极绕组之间设置有隔热层4，通过隔热层的设置提高金属溶液的保温效果。

在本申请的一些实施例中，还包括有测温传感器1，所述测温传感器1伸入至金属溶液中，实时采集金属溶液的温度。

在采用本申请所述一些实施例中的所述一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置时，可采用以下工艺进行操作：

如图4所示，采用设置有三层水平电磁场结构的立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置；通过升降机构将坩埚2内部金属溶液上表面液位高度升降至所述水平凸极绕组52的作用范围，通过测温传感器1插入金属溶液3中检测金属溶液的温度；通入相位相同或不同、频率和电流幅值较低的交流电至所述水平凸极绕组，产生较慢变化的交变磁场，从而缓慢驱动金属溶液进行慢速搅拌（可以是往复振动搅拌，也可以是往复旋转搅拌），使金属溶液温度分布均匀，进而使得测温传感器1所测得的温度更接近平均温度；当测温传感器1检测到温度高于金属溶液半固态液相温度0-20℃范围时，开始增强交流电的频率与电流幅值直至达到设定值，开始快速搅拌；各所述水平凸极绕组52同时通入单相80HZ-100HZ交流电流（相位相同），使得其对应的金属溶液层受到相应频率的沿各所述水平凸极绕组轴线向溶液中的往复振动搅拌，通过该往复振动搅拌减少金属溶液的卷气；各所述第三水平凸极绕组82输入三相的30Hz交流电流（相位不同），使得其对应的金属溶液层受到相应频率的沿溶液外周方向旋转的往复旋转搅拌；各所述第二水平凸极绕组72，每间隔1s时间分别通入单相50Hz交流电流（相位相同）与三相50Hz交流电流，通过这两种驱动电流交替驱动，使得所述第二水平凸极绕组所对应的金属溶液层在往复振动搅拌与往复旋转搅拌之间切换，可在增加枝晶对撞的同时削弱因下层金属溶液旋转所引起的漩涡，以进一步减少卷气；所述竖直凸极绕组通入30Hz的单相交流电，使得其所对应的金属溶液受到竖直方向的振动，进一步减少金属溶液偏析，使得获得的半固态浆料组织更加均匀。

最后需要说明的是，尽管在本申请的说明书文字及附图中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本申请的专利保护范围。凡是基于本申请的实质理念，利用本申请说明书文字及附图记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本申请的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，包括坩埚、水平电磁场结构、竖直电磁场结构，坩埚用于放置金属溶液，所述水平电磁场结构包括有水平凸极定子、水平凸极绕组，所述竖直电磁场结构包括有竖直凸极定子、竖直凸极绕组，所述水平凸极定子沿所述坩埚周向布置，所述竖直凸极定子设置于所述坩埚下方，所述水平凸极定子上均绕设有所述水平凸极绕组用于通入相位相同的交流电以产生沿所述水平凸极定子轴线方向的交变磁场，所述竖直凸极定子绕设有所述竖直凸极绕组用于通入交流电以产生沿所述竖直凸极定子轴线方向的交变磁场。

2.根据权利要求1所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，对所述水平凸极绕组在不同时间段通入不同的驱动交流电，从而实现往复振动搅拌与往复旋转搅拌的组合搅拌。

3.根据权利要求1所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，在竖直电磁场结构中，包括有多个所述竖直凸极定子及其配套的所述竖直凸极绕组，多个所述竖直凸极绕组可通过相位相同或相位不同的交流电。

4.根据权利要求1所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，还包括有第二水平电磁场结构，所述第二水平电磁场结构与所述水平电磁场结构竖直间隔布置且位于下方位置，所述第二水平电磁场结构包括有第二水平凸极定子、第二水平凸极绕组，所述第二水平凸极定子沿所述坩埚周向布置，所述第二水平凸极定子上均绕设有所述第二水平凸极绕组用于通电以产生磁场。

5.根据权利要求4所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，还包括有第三水平电磁场结构，所述第三水平电磁场结构与所述第二水平电磁场结构竖直间隔布置且位于下方位置，所述第三水平电磁场结构包括有第三水平凸极定子、第三水平凸极绕组，所述第三水平凸极定子沿所述坩埚周向布置，所述第三水平凸极定子上均绕设有所述第三水平凸极绕组用于通电以产生磁场。

6.根据权利要求1所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，还包括有升降机构，所述升降机构可对所述竖直电磁场结构进行升降操作，所述坩埚放置于所述竖直电磁场结构上方，使得坩埚可随着所述竖直电磁场结构一同进行升降。

7.根据权利要求1所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，还包括有多层的水平电磁场结构，各所述水平电磁场结构竖直间隔布置，通过多层结构可以匹配更多容量的金属溶液。

8.根据权利要求1-8任一项所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，还包括有隔热层，在所述坩埚与所述水平凸极绕组之间设置有隔热层，在所述坩埚与所述竖直凸极绕组之间设置有隔热层。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置，其特征在于，还包括有测温传感器，所述测温传感器伸入至金属溶液中，实时采集金属溶液的温度。

10.一种根据前述权利要求1-9任一项所述的一种立体电磁振动与旋转搅拌半固态浆料制备装置的半固态浆料制备工艺，其特征在于，通过升降机构将坩埚内部金属溶液上表面液位高度升降至所述水平凸极绕组的作用范围；通过测温传感器插入金属溶液中检测金属溶液的温度；通入相位相同或不同、频率较低的交流电至所述水平凸极绕组，以产生较慢变化的交变磁场，从而缓慢驱动金属溶液进行慢速搅拌；当测温传感器检测到温度高于金属溶液半固态液相温度0-20℃范围时，开始增强交流电的频率及电流幅值直至达到设定值，开始快速搅拌；所述水平凸极绕组通入相位相同的交流电使得金属溶液上表面层进行往复振动搅拌，所述第二水平凸极绕组和所述第三水平凸极绕组通入相位相同或不同的交流电使得金属溶液下部分进行往复振动搅拌或往复旋转搅拌，通过对所述水平凸极绕组、所述第二水平凸极绕组、所述第三水平凸极绕组、所述竖直凸极绕组的驱动交流电的控制以驱动金属溶液进行复合搅拌。