CN206869037U - 一种制备半固态浆料的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种制备半固态浆料的装置，属于材料加工技术领域，包括熔炼炉、石墨柱塞、导流管、进气管、密封盖Ⅰ、上转筒、冷却管、中间绝热筒、带轮、加热装置、下转筒、中心柱、浆料收集漏斗、电动机、传动带、支架、密封盖Ⅱ、出气管、阀门；该装置通过控制熔体的温度、浇注速度、转筒转速以及熔体快速形核的冷却速度来控制形核数量，通过下转筒和中心柱的加热温度来控制半固态浆料的固相率，该装置结构简单，易于加工，成本较低，能连续制备所需固相分数的半固态浆料，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种制备半固态浆料的装置，属于材料加工技术领域。
背景技术
金属半固态浆料是指液态金属母液中均匀地悬浮着近球形固相颗粒的固液混合浆料。利用金属半固态浆料进行的成形工艺叫作半固态成形。半固态成形技术，自上世纪70年代被美国麻省理工学院Flemings教授等人发现以来，得到广泛的关注和深入的研究。半固态成形技术与传统铸造相比，其液相中含有一定体积分数的固相，结晶潜热小，凝固收缩小。所以其成形的零件组织致密，力学性能高，尺寸精度高能实现近终成形，对模具热冲击小，可以提高模具使用寿命。与传统锻造相比，其含有一定量的液相，变形抗力小，成形力低，可降低成形对设备及模具的要求，所以可成形复杂零件。正是由于半固态成形具有以上一系列优点，其研究和应用引起了世界的广泛关注和高度重视。在这项技术中，制备半固态浆料是其成形的基础。因此涌现出了大量半固态浆料的制备方法。
目前半固态浆料的制备方法主要有：机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波振动法、过流冷却法、转棒诱导形核法、应变诱导熔体激活法、变质处理法等。现有制浆方法中存在着成本高，或者流程长，或者不能连续制备浆料，或者得不到均匀的浆料的问题，这些问题很大程度上是由于没有合适的装置进行制备造成的。例如，倾斜板过流冷却制备半固态浆料，设备成本低，生产方便，但只能获得一种固相率，形状因子都比较好的半固态浆料；双螺旋剪切法设备成本偏高；电磁搅拌法虽然是目前主流制浆方式，但能量利用率偏低，造成生产成本偏高，也不能连续制备半固态浆料。
发明内容
本实用新型采用激冷、恒温剪切共同作用来制备半固态浆料，可使浆料的初生相颗粒更细小，分布均匀，并且通过不同温度下的剪切，能获得不同固相率的半固态浆料，本装置结构集成度高，缩短了制浆流程，也在很大程度上节约了制浆成本。
本实用新型的目的在于提供一种制备半固态浆料的装置，包括熔炼炉1、石墨柱塞2、导流管3、进气管4、密封盖Ⅰ5、上转筒6、冷却管10、中间绝热筒12、带轮13、加热装置14、下转筒15、中心柱16、浆料收集漏斗17、电动机18、传动带19、支架21、密封盖Ⅱ22、出气管24、阀门25；熔炼炉1设置在支架21顶部，熔炼炉1底部设有导流管3，导流管3入口处设有石墨柱塞2，用于开关导流管3，控制金属熔体流入上转筒6的速度，导流管3另一端伸入上转筒6内部，上转筒6顶部设置密封盖Ⅰ5，密封盖Ⅰ5上面设有进气管4，上转筒6外部设有冷却管10，冷却管10固定在支架21上，上转筒6下端连有中间绝热筒12，中间绝热筒12外部设置带轮13，带轮13通过传动带19与电动机18连接，中间绝热筒12另一端连接下转筒15，下转筒15外部设有加热装置14，下转筒15内部设有中心柱16，下转筒15底部设有浆料收集漏斗17，中心柱16固定在浆料收集漏斗17内壁上，浆料收集漏斗17固定在支架21上，中心柱16和浆料收集漏斗17设有保温装置，浆料收集漏斗17上设有密封盖Ⅱ22，浆料收集漏斗17上部设有出气管24，浆料收集漏斗17底部设有阀门25。
所述上转筒6通过轴承Ⅰ7设置在支架21上，下转筒15通过轴承Ⅱ23设置在支架21上。
所述冷却管10内壁与上转筒6外壁之间留有间隙，冷却管10与上转筒6之间上下两端设有旋转密封圈8。
所述冷却管10下端设有进水管11，上端设有出水管9。
所述加热装置14为电加热管，通过电刷20供电。
所述中心柱16和浆料收集漏斗17的保温装置分别设置在其内部，保温装置为电加热管，电加热管外部通电实现加热。
所述下转筒15和中心柱16所形成的狭缝宽度为3-10mm，通过更换不同直径的中心柱16达到狭缝宽度不同的目的，中心柱16在下转筒15内上下自由移动，调节狭缝的高度，以改变浆料均匀化剪切时间，以保证不同合金皆能充分剪切。
所述电动机18为调速电机，通过调节电机转速为500-3000r/min，使转筒的转速为500-3000r/min。
所述上转筒6为熔液快速形核区，下转筒15是浆料均匀化剪切区。
所述保护气体由进气管4进入，由出气管24排出，在整个半固态浆料制备过程中始终有保护气体保护，避免金属液氧化。
本实用新型的使用原理是：合金在熔炼炉1内加热熔化为过热金属熔体，并达到预定温度后，打开石墨柱塞2，熔体经过导流管3浇注到上转筒6内壁上，上转筒6、中间绝热筒12、下转筒15在电动机18的带动下转动，在上转筒6切应力和熔体自身重力的作用下，过热熔体迅速在上转筒6内壁铺展成熔体薄膜，从上转筒6外部的冷却管10的进水管11通入冷却液，使熔体产生整体过冷而快速形核，随后，含有大量初生相晶核的半固态浆料在自身重力作用下经过中间绝热筒12后进入下转筒15和中心柱16所形成的狭缝中，通过下转筒15外部加热装置14和中心柱16内部加热装置将狭缝温度控制在半固态区间所需温度，半固态浆料在下转筒15旋转所产生的切应力作用下，达到组织、温度均匀化，同时切应力也使初生相颗粒在浆料中均匀分布，避免团聚和长大，最后半固态浆料进入浆料收集漏斗17中，浆料收集漏斗17外部设有加热装置，半固态浆料保存待用，整个过程从进气管4通入保护气体，出气管24排出保护气体，始终有保护气体保护，避免金属液氧化。
本实用新型的有益效果：
（1）本装置使熔体在转筒切应力，离心力和过冷冷却下，迅速大量形核，得到具有细小初生相半固态浆料。
（2）本装置在得到具有细小初生相半固态浆料的基础上，再经狭缝等温剪切后，可使初生相进一步圆整化，液固相均匀混合。
（3）本装置中的转速大小、冷却速率、保温温度、狭缝尺寸都可以调节，可以根据实验过程中具体的实验条件来选择更加合理的参数；
（4）本装置可以通入保护气体，避免制浆过程中高温熔液氧化产生夹杂，能获得较为纯净的半固态合金；
（5）本装置结构简单、成本低、效率高、可连续制备半固态浆料，而且可与成形设备相结合，可以直接获得坯料或者零件，降低坯料储存等工艺的成本。
附图说明
图1是本实用新型制备半固态浆料的装置的结构示意图；
图中：1-熔炼炉、2-石墨柱塞、3-导流管、4-进气管、5-密封盖Ⅰ、6-上转筒、7-轴承Ⅰ、8-旋转密封圈、9-出水管、10-冷却管、11-进水管、12-中间绝热筒、13-带轮、14-加热装置、15-下转筒、16-中心柱、17-浆料收集漏斗、18-电动机、19-传动带、20-电刷、21-支架，22-密封盖Ⅱ，23-轴承Ⅱ，24-出气管，25-阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种制备半固态浆料的装置，包括熔炼炉1、石墨柱塞2、导流管3、进气管4、密封盖Ⅰ5、上转筒6、冷却管10、中间绝热筒12、带轮13、加热装置14、下转筒15、中心柱16、浆料收集漏斗17、电动机18、传动带19、支架21、密封盖Ⅱ22、出气管24、阀门25；熔炼炉1设置在支架21顶部，熔炼炉1底部设有导流管3，导流管3入口处设有石墨柱塞2，用于开关导流管3，控制金属熔体流入上转筒6的速度，导流管3另一端伸入上转筒6内部，上转筒6顶部设置密封盖Ⅰ5，密封盖Ⅰ5上面设有进气管4，上转筒6外部设有冷却管10，冷却管10固定在支架21上，上转筒6下端连有中间绝热筒12，上转筒6为熔液快速形核区，下转筒15是浆料均匀化剪切区，中间绝热筒12外部包有绝热材料，防止热量传入或传出，中间绝热筒12外部设置带轮13，带轮13通过传动带19与电动机18连接，中间绝热筒12另一端连接下转筒15，下转筒15外部设有加热装置14，下转筒15内部设有中心柱16，下转筒15底部设有浆料收集漏斗17，中心柱16固定在浆料收集漏斗17内壁上，浆料收集漏斗17固定在支架21上，中心柱16和浆料收集漏斗17设有保温装置，浆料收集漏斗17上设有密封盖Ⅱ22，浆料收集漏斗17上部设有出气管24，浆料收集漏斗17底部设有阀门25；上转筒6通过轴承Ⅰ7设置在支架21上，下转筒15通过轴承Ⅱ23设置在支架21上，轴承Ⅰ7和轴承Ⅱ23均为滚珠轴承，在上转筒6和下转筒15转动的过程中，轴承Ⅰ7和轴承Ⅱ23的位置不改变，但是上转筒6和下转筒15仍然固定在支架21侧面，冷却管10内壁与上转筒6外壁之间留有约0.2mm左右的间隙，冷却管10与上转筒6之间上下两端设有旋转密封圈8，这样在上转筒6旋转的过程中并不带动冷却管10旋转，冷却管10仍然固定在支架21侧面；冷却管10下端设有进水管11，上端设有出水管9，分别用于冷却液的进入和排出；加热装置14为电加热管，通过电刷20给电加热管供电实现加热，下转筒15转动过程中，加热装置14随之转动，因为是电刷20供电，所以在加热装置15转动过程中仍然通电；中心柱16和浆料收集漏斗17的保温装置分别设置在其内部，保温装置为电加热管，电加热管外部通电实现加热；下转筒15和中心柱16所形成的狭缝宽度为3-10mm，通过更换不同直径的中心柱16达到狭缝宽度不同的目的，浆料收集漏斗17带动中心柱16在下转筒15内可上下自由移动调整位置，调节狭缝的高度，以改变浆料均匀化剪切时间，以保证不同合金皆能充分剪切；电动机18为调速电机，通过调节电机转速为500-3000r/min，使转筒的转速为500-3000r/min；保护气体由进气管4进入，由出气管24排出，在整个半固态浆料制备过程中始终有保护气体保护，避免金属液氧化。
使用时，合金在熔炼炉1内加热熔化为过热金属熔体，并达到预定温度后，打开石墨柱塞2，熔体经过导流管3浇注到上转筒6内壁上，上转筒6、中间绝热筒12、下转筒15在电动机18的带动下转动，在上转筒6切应力和熔体自身重力的作用下，过热熔体迅速在上转筒6内壁铺展成熔体薄膜，从上转筒6外部的冷却管10的进水管11通入冷却液，使熔体产生整体过冷而快速形核，随后，含有大量初生相晶核的半固态浆料在自身重力作用下经过中间绝热筒12后进入下转筒15和中心柱16所形成的狭缝中，通过下转筒15外部加热装置14和中心柱16内部加热装置将狭缝温度控制在半固态区间所需温度，半固态浆料在下转筒15旋转所产生的切应力作用下，达到组织、温度均匀化，同时切应力也使初生相颗粒在浆料中均匀分布，避免团聚和长大，最后半固态浆料进入浆料收集漏斗17中，浆料收集漏斗17外部设有加热装置，半固态浆料保存待用，整个过程从进气管4通入保护气体，出气管24排出保护气体，始终有保护气体保护，避免金属液氧化。
以用于Al-25Si铝合金半固态浆料制备为例，包括如下步骤：
（1）组装好设备，选择合适直径的中心柱16，使下转筒15与中心柱16之间的狭缝为10mm，调节中心柱16的上下位置，使下转筒15与中心柱16之间的狭缝高度为200mm；
（2）接通电源开启熔炼炉1，把一定量配制好的Al-25Si铝合金放入熔炼炉1内加热熔化，并在790℃时对Al-25Si铝合金熔体保温10分钟；
（3）开启下转筒15、中心柱16、浆料收集漏斗17的加热装置，并设定加热温度为670℃；
（4）在Al-25Si铝合金熔体保温结束且下转筒15、中心柱16、浆料收集漏斗17稳定在670℃后，接通冷却管10中的冷却水和从进气管4通入保护气体，通气两分钟后，开启电动机18带动上转筒6、中间绝热筒1、下转筒15转动，电机转速设定为1000r/min；
（5）提起石墨柱塞2，使合金熔体注入上转筒6内壁，在上转筒6切应力和熔体自身重力的作用下，过热熔体迅速在上转筒6内壁铺展成熔体薄膜，从上转筒6外部的冷却管10冷却液进口11通入冷却液，使熔体产生整体过冷而快速形核，随后，含有大量初生相晶核的半固态浆料在自身重力作用下经过中间绝热筒12后进入下转筒15和中心柱16所形成的狭缝中，通过下转筒15外部加热装置14和中心柱16内部加热装置将狭缝温度控制在半固态区间所需温度，半固态浆料在下转筒15旋转所产生的切应力作用下，达到组织、温度均匀化，同时切应力也使初生相颗粒在浆料中均匀分布，避免团聚和长大，最后半固态浆料进入浆料收集漏斗17中，浆料收集漏斗17外部设有加热装置，Al-25Si铝合金半固态浆料保存待用，整个过程从进气管4通入保护气体，出气管24排出保护气体，始终有保护气体保护，避免金属液氧化。
如果需要使用以上制备的Al-25Si铝合金半固态浆料，则打开阀门25，将浆料放出。
下转筒15和中心柱16所形成的狭缝宽度在3-10mm之间变动，上转筒6、中间绝热筒1、下转筒15的转速在500-3000r/min之间变动，均可以制得Al-25Si铝合金半固态浆料。
Claims (8)
1.一种制备半固态浆料的装置，其特征在于，包括熔炼炉（1）、石墨柱塞（2）、导流管（3）、进气管（4）、密封盖Ⅰ（5）、上转筒（6）、冷却管（10）、中间绝热筒（12）、带轮（13）、加热装置（14）、下转筒（15）、中心柱（16）、浆料收集漏斗（17）、电动机（18）、传动带（19）、支架（21）、密封盖Ⅱ（22）、出气管（24）、阀门（25）；熔炼炉（1）设置在支架（21）顶部，熔炼炉（1）底部设有导流管（3），导流管（3）入口处设有石墨柱塞（2），导流管（3）另一端伸入上转筒（6）内部，上转筒（6）顶部设置密封盖Ⅰ（5），密封盖Ⅰ（5）上面设有进气管（4），上转筒（6）外部设有冷却管（10），冷却管（10）固定在支架（21）上，上转筒（6）下端连有中间绝热筒（12），中间绝热筒（12）外部设置带轮（13），带轮（13）通过传动带（19）与电动机（18）连接，中间绝热筒（12）另一端连接下转筒（15），下转筒（15）外部设有加热装置（14），下转筒（15）内部设有中心柱（16），下转筒（15）底部设有浆料收集漏斗（17），中心柱（16）固定在浆料收集漏斗（17）内壁上，浆料收集漏斗（17）固定在支架（21）上，中心柱（16）和浆料收集漏斗（17）设有保温装置，浆料收集漏斗（17）上设有密封盖Ⅱ（22），浆料收集漏斗（17）上部设有出气管（24），浆料收集漏斗（17）底部设有阀门（25）。
2.根据权利要求1所述制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述上转筒（6）通过轴承Ⅰ（7）设置在支架（21）上，下转筒（15）通过轴承Ⅱ（23）设置在支架（21）上。
3.根据权利要求1所述制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述冷却管（10）内壁与上转筒（6）外壁之间留有间隙，冷却管（10）与上转筒（6）之间上下两端设有旋转密封圈（8）。
4.根据权利要求1所述制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述冷却管（10）下端设有进水管（11），上端设有出水管（9）。
5.根据权利要求1所述制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述加热装置（14）为电加热管，通过电刷（20）供电。
6.根据权利要求1所述制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述中心柱（16）和浆料收集漏斗（17）的保温装置分别设置在其内部，保温装置为电加热管。
7.根据权利要求1所述制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述下转筒（15）和中心柱（16）所形成的狭缝宽度为3-10mm，中心柱（16）在下转筒（15）内上下自由移动。
8.根据权利要求1所述制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述电动机（18）为调速电机，电动机（18）转速为500-3000r/min。
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| CN107020355A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-08 | 昆明理工大学 | 一种制备半固态浆料的装置 |
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