CN1319673C - 一种QTi3.5－10石墨半固态浆料制备方法 - Google Patents

一种QTi3.5－10石墨半固态浆料制备方法 Download PDF

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一种QTi3.5-10石墨半固态浆料制备方法，属于QTi3.5-10石墨半固态研究领域，利用电磁搅拌装置进行搅拌，打碎QTi3.5钛青铜合金液凝固过程中形成的初生枝晶，先形成QTi3.5钛青铜半固态浆料；然后，借助机械分散器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内漂浮在QTi3.5钛青铜半固态浆料上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜半固态浆料中，利用QTi3.5钛青铜半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒阻止石墨颗粒的上浮运动，得到QTi3.5-10石墨半固态浆料，解决现有半固态浆料制备方法存在的“无法从液态直接制备QTi3.5-10石墨半固态浆料”的技术问题。

Description

一种QTi3.5-10石墨半固态浆料制备方法
技术领域
本发明涉及一种QTi3.5-10石墨半固态浆料制备方法。
背景技术
据文献“Flemings M.Behavior of metal alloys in the semisolid state，MetallTrans，1991，22A：957-981”和“毛卫民.半固态金属成形技术，北京：机械工业出版社，2004”报道，由液态降温制备半固态浆料的方法，主要有：电磁搅拌法、机械搅拌法、超声波振动法、单辊旋转法、熔体混合法、喷射沉积法、紊流效应法与低过热度浇注法，这些方法，都是在已制备好的液体冷却凝固过程中，借助于各种作用，形成球形或椭球形初生固相颗粒悬浮于液相中的半固态浆料。QTi3.5-10石墨复合材料兼有QTi3.5钛青铜的导电性好、高强度、导热快和石墨的润滑性能好等优点，是制备高速电力机车受电弓滑板的较理想材料。对于QTi3.5-10石墨复合材料，其基本组分为QTi3.5钛青铜和石墨，由于QTi3.5钛青铜与石墨是二类物性尤其是密度和熔点差别较大的物质，QTi3.5钛青铜的密度约为8.9g/cm3，石墨的密度约为2.2g/cm3；QTi3.5钛青铜的熔点低于1100℃，石墨的熔点约为3400℃，因此，在QTi3.5钛青铜合金液中，以固态颗粒形式存在的石墨会在QTi3.5钛青铜合金液的浮力作用下迅速上浮到QTi3.5钛青铜合金液表面，采用上述半固态浆料制备方法很难制备出石墨颗粒悬浮于QTi3.5钛青铜合金熔体中的QTi3.5-10石墨半固态浆料，换句话说，上述方法不适合制备QTi3.5-10石墨半固态浆料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有半固态浆料制备方法存在的“无法从液态直接制备QTi3.5-10石墨半固态浆料”的不足，提供一种能够制备出石墨颗粒悬浮于QTi3.5钛青铜合金熔体中的QTi3.5-10石墨半固态浆料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
利用电磁搅拌装置进行搅拌，打碎QTi3.5钛青铜合金液凝固过程中形成的初生枝晶，先形成QTi3.5钛青铜半固态浆料；然后，借助机械分散器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内漂浮在QTi3.5钛青铜半固态浆料上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜半固态浆料中，利用QTi3.5钛青铜半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒阻止石墨颗粒的上浮运动，得到QTi3.5-10石墨半固态浆料。
QTi3.5-10石墨半固态浆料的制备装置包括：电磁搅拌装置、机械分散器及其上下移动控制装置、石墨坩埚、上盖、堵塞、外罩、氩气管及热电偶。
电磁搅拌装置的三对电磁极对均布在石墨坩埚周围，与坩埚外壁之间的距离为5mm，石墨坩埚壁内间隔均布加热管和冷却管，分别与外部电源与冷却液供给系统连接，电磁极对外侧加外罩；
机械分散器由方形导向杆和四个弧形叶片构成，材质为耐热陶瓷，四个弧形叶片，位于导向杆下部，与导向杆的四个表面垂直，互成90°，凹弧面朝下，为圆弧形，弧度为40～90°，迎着熔体周向运动方向布置，凹弧面上部切线与水平线平行，叶片外端部与坩埚内壁之间的距离为5mm；
机械分散器上下移动控制装置由电机、传动机构和上、下二个行程开关构成。传动机构位于机械分散器导向杆上部与电机之间，由齿条与齿轮、涡轮与蜗杆传动构成，电机的转向由上、下二个行程开关控制，也就是，当机械分散器叶片向上移动到石墨颗粒上方时，导向杆触动上行程开关，电机改变转向，使机械分散器向下移动；当机械分散器叶片向下移动到石墨坩埚底部时，导向杆触动下行程开关，电机改变转向，使机械分散器向上移动；
机械分散器的上下移动速度控制在1～10mm/s，导向杆依靠导向套定位，氩气管与热电偶通过上盖上的孔和机械分散器叶片之间的孔隙插入石墨坩埚，堵塞位于坩埚底部，电机、传动机构、行程开关、导向套采用机械连接方式固定于支架上。
QTi3.5-10石墨半固态浆料的制备工艺步骤如下：
步骤1，制备QTi3.5钛青铜合金液，温度控制在1200℃；
步骤2，将上述QTi3.5钛青铜合金液与石墨颗粒倒入预热温度为1000℃的石墨坩埚，盖上上盖，接通氩气以防氧化；
步骤3，启动电磁搅拌装置，进行搅拌，打碎QTi3.5钛青铜合金液凝固过程中形成的初生枝晶；同时，接通并调节石墨坩埚壁内的冷却管与加热管，将熔体温度控制在所需温度，以确保半固态浆料的固相率；
步骤4，在稳定的浆料搅拌温度下，电磁搅拌一定时间后，启动机械分散器及其上下移动控制装置，借助连续上下移动的机械分散器的弧形叶片，不断地将坩埚内漂浮在QTi3.5钛青铜半固态浆料上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜半固态浆料中，利用QTi3.5钛青铜半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒来阻止石墨颗粒的上浮运动，一定时间后，得到具有所需固相率的QTi3.5-10石墨半固态浆料。
本发明的有益效果是：本发明利用电磁搅拌装置进行搅拌，打碎QTi3.5钛青铜合金液凝固过程中形成的初生枝晶，先形成QTi3.5钛青铜半固态浆料；然后，借助机械分散器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内漂浮在QTi3.5钛青铜半固态浆料上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜半固态浆料中，利用QTi3.5钛青铜半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒阻止石墨颗粒的上浮运动，得到QTi3.5-10石墨半固态浆料，达到了直接通过液态降温制备QTi3.5-10石墨半固态浆料的目的，解决了现有半固态浆料制备方法存在的“无法从液态直接制备QTi3.5-10石墨半固态浆料”的问题。
附图说明
图1为本发明方法制备QTi3.5-10石墨半固态浆料装置的主视图。
图中2.机械分散器的导向杆，3.机械分散器的弧形叶片，4.石墨坩埚，5.加热管，6.冷却管，7.堵塞8.QTi3.5-10石墨半固态浆料，9.外罩，10.上盖，11.氩气管，12.热电偶，13.导向套，14.电机，15.传动机构，16.上行程开关，17.下行程开关，18.支架。
图2为本发明方法制备QTi3.5-10石墨半固态浆料装置的A-A视图。
图中1.电磁搅拌装置的电磁极对。
图3为本发明方法制备的固相率为40％的QTi3.5-10石墨半固态浆料的微观组织。
具体实施方式
在电磁搅拌装置的功率为10kW、机械分散器弧形叶片凹弧面的弧度为45°、机械分散器的上下移动速度为10mm/s的装置条件下，具体实施步骤：
步骤1，制备QTi3.5钛青铜合金液，温度控制在1200℃；
步骤2，将上述QTi3.5钛青铜合金液与230目的石墨颗粒倒入石墨坩埚中，石墨坩埚的预热温度为1000℃，由其壁内的加热管实现预热，盖上上盖后，接通Ar知气以防氧化；
步骤3，启动电磁搅拌装置，进行搅拌，打碎QTi3.5钛青铜合金液凝固过程中形成的初生枝晶；同时，关闭加热管的电源并向石墨坩埚壁内的冷却管内接通冷却水进行冷却，将熔体冷却至1010℃后，关闭冷却水，打开并调节加热管的电源，使熔体温度稳定在1010℃，以确保半固态浆料的固相率；
步骤4，在1010℃温度下，电磁搅拌5分钟后，启动机械分散器及其上下移动控制装置，借助连续上下移动的机械分散器的弧形叶片，不断地将坩埚内漂浮在QTi3.5钛青铜半固态浆料上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜半固态浆料中，20min后，得到固相率为40％的QTi3.5-10石墨半固态浆料。
在机械分散器弧形叶片凹弧面的弧度为90°、机械分散器的上下移动速度为3mm/s、坩埚内熔体的温度控制在990℃、其它参数同上的条件下，机械分散器工作15min后，得到固相率为55％的QTi3.5-10石墨半固态浆料。
附图3为本发明方法制备的固相率为40％的QTi3.5-10石墨半固态浆料的微观组织，图中呈球形或椭球形的白色部分为初生固相颗粒，呈球形或椭球形的黑色部分为石墨颗粒，由图可见，QTi3.5-10石墨半固态浆料中的初生固相颗粒与石墨颗粒均匀地分布在组织致密的半固态浆料中，所以，本发明方法可用于制备QTi3.5-10石墨半固态浆料。

Claims (2)

1.一种QTi3.5-10石墨半固态浆料制备方法，其特征在于，利用电磁搅拌装置进行搅拌，打碎QTi3.5钛青铜合金液凝固过程中形成的初生枝晶，先形成QTi3.5钛青铜半固态浆料；然后，借助机械分散器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内漂浮在QTi3.5钛青铜半固态浆料上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜半固态浆料中，利用QTi3.5钛青铜半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒阻止石墨颗粒的上浮运动，得到QTi3.5-10石墨半固态浆料，其工艺步骤：
步骤1，制备QTi3.5钛青铜合金液，温度控制在1200℃；
步骤2，将上述QTi3.5钛青铜合金液与石墨颗粒倒入预热温度为1000℃的石墨坩埚，盖上上盖，接通氩气以防氧化；
步骤3，启动电磁搅拌装置，进行搅拌，打碎QTi3.5钛青铜合金液凝固过程中形成的初生枝晶；同时，接通并调节石墨坩埚壁内的冷却管与加热管，将熔体温度控制在所需温度，以确保半固态浆料的固相率；
步骤4，在稳定的浆料搅拌温度下，电磁搅拌一定时间后，启动机械分散器及其上下移动控制装置，借助连续上下移动的机械分散器的弧形叶片，不断地将坩埚内漂浮在QTi3.5钛青铜半固态浆料上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜半固态浆料中，利用QTi3.5钛青铜半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒来阻止石墨颗粒的上浮运动，一定时间后，得到具有所需固相率的QTi3.5-10石墨半固态浆料。
2.根据权利要求1所述的一种QTi3.5-10石墨半固态浆料制备方法，其特征在于，在稳定的浆料搅拌温度下，在启动机械分散器及其上下移动控制装置之前，电磁搅拌的时间大于5min，机械分散器及其上下移动控制装置的运行时间为15-20min，机械分散器弧形叶片凹弧面的弧度为40～90°，机械分散器的上下移动速度控制在1～10mm/s。
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