一種半固態合金漿料的制備方法與流程

本發明涉及一種半固態合金漿料的制備方法，屬于材料加工技術領域。

背景技術：

半固態成型技術，簡稱SSM，是由美國麻省理工學院的M.C.Flemings在20世紀70年代提出的。該技術是在凝固過程中，對其進行劇烈攪拌、改變其形核長大過程，得到一種金屬熔體中帶有一定固相的固-液混合漿料。它由于成型溫度低，變形抗力小、充型平穩等特點，在汽車，航空等領域應用前景廣闊。

半固態漿料的制備是半固態成形的關鍵，其制備方法主要有兩種：一種是在外力或者外場的作用下破碎已成形的枝晶，主要包括機械攪拌法、電磁攪拌法、等溫熱處理法、傾斜板冷卻法、超聲震動法等；第二種是控制凝固過程來抑制枝晶成形，主要有添加劑法。兩種方法都有它的優缺點，并且有一部分已經應用于實際生產中。到目前為止，半固態金屬成形技術一般用于鋁合金和鎂合金中。

傾斜板是1996年由日本UBE公司實用新型用于制造鋁合金和鎂合金半固態漿料的新工藝。成形過程為：將高于合金液相線的某一溫度的合金熔體澆注在石墨或合金鋼制成的傾斜板上，經過傾斜板的激冷作用，合金熔體快速形核長大，并且在傾斜板上流淌的過程中，熔體內部晶粒不斷摩擦、碰撞最終得到均勻、細小的球狀組織。

傳統傾斜板制備半固態漿料時金屬熔體的氧化現象十分嚴重，制得的半固態漿料中生成的氧化渣較多，在實際鑄造成型過程中產生氧化夾渣等缺陷影響材料的力學性能，為了改善這一現象，本發明采用薄縫式傾斜板，金屬熔體流經薄縫通道時將通道內部空氣排空，使金屬熔體流經傾斜板薄縫通道過程中幾乎不與空氣接觸，能較好的防止金屬熔體氧化。且傾斜板上下兩部通有冷卻水，保證薄縫通道與金屬熔體接觸表面保持所需的較低溫度，避免通道內部表面溫度持續升高。薄縫通道上、下、左、右各表面對金屬熔體均有剪切及激冷作用，強化了傾斜板對金屬熔體的處理效果。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種半固態合金漿料的制備方法，將合金置于熔煉裝置中熔煉制得金屬熔體，使金屬熔體溫度在液相線以上10℃-50℃保溫30min，然后將金屬熔體澆注在傾斜板上，熔體順著傾斜板流入盛放坯料裝置，得到半固態漿料；所述傾斜板內部設有薄縫通道，傾斜板上設有冷卻裝置；傾斜板的上端設有進料口，下端設有出料口，進料漏斗、進料口、薄縫通道、出料口依次連通，出料口與盛放坯料裝置正對；金屬熔體順著傾斜板的薄縫通道道流入盛放坯料裝置。

本發明所述薄縫通道長度為50-600mm（傾斜板下板固定不動，可通過調節螺母來調節傾斜板上板的位置來確定上板和下板重合的長度，重合的部分即為薄縫通道長度），通道的寬度為100-200mm、高度為5-10mm，角度在10°-70°（傾斜板下面有兩個可以上下調節的支架，通過調節支架的高度來調節角度的大小），金屬熔體流經薄縫通道時金屬熔體幾乎不與空氣接觸。

本發明所述薄縫通道內部設有有熱電偶，能對流經薄縫通道內部的金屬熔體實時控溫。

所述傾斜板由45鋼制成，且傾斜通道內部各表面均涂有石墨，傾斜板通過支架固定在地面上，支架的高度可調節。

本發明所述傾斜板可設置多個薄縫通道（多段式傾斜板可以設置多個薄縫通道）。

本發明的原理是：將金屬熔體流經一個內部為薄縫通道且帶有控溫冷卻裝置的傾斜板，金屬熔體經過傾斜板的激冷作用，金屬熔體內晶粒快速形核，且由于在流淌的過程中金屬熔體內部晶粒間不斷相互剪切、碰撞、摩擦，最終得到細小、均勻的球狀組織。薄縫通道內部空間狹小，金屬熔體流經薄縫通道時將通道內空氣全部排空，金屬熔體幾乎不與空氣接觸，較好的防止金屬熔體氧化，與傳統傾斜板相比制得的半固態漿料里面含有的氧化渣明顯減少，在實際鑄造成型過程中避免了氧化夾渣等缺陷的形成，可以提高鑄件的力學性能。傾斜板上下兩部通有冷卻水，可以對薄縫通道表面的溫度進行控制，防止在澆注過程中，薄縫通道表面持續升溫，保證了在澆注過程中薄縫通道表面對金屬熔體的持續激冷作用，且薄縫通道上、下、左、右各表面對流經薄縫通道的金屬熔體均有剪切、激冷作用，強化了傾斜板對金屬熔體的處理效果，在連續的澆注過程中不斷的獲得組織均勻、細小的半固態漿料。

本發明專利與現有技術相比，具有的優點是：

（1）本方法操作簡單、成本低、流程短，可以與后續的成形設備連接，直接加工鑄件。

（2）通過傾斜板上下部的冷卻水對傾斜板進行控溫，防止傾斜板在澆注過程中持續升溫，保證了傾斜板對金屬熔體的持續激冷作用。

（3）在澆注過程中，薄縫通道上、下、左、右各表面對流經薄縫通道的金屬熔體均有剪切、激冷作用，強化了傾斜板對金屬熔體的處理效果。

（4）在澆注過程中，薄縫通道空間狹小，金屬熔體流經薄縫通道時將通道內空氣全部排空，使得金屬熔體不與外界空氣接觸，有效的防止了在澆注過程中金屬熔體的氧化，大大的減少了半固態漿料中氧化渣的生成，在實際鑄造成型過程中避免了氧化夾渣等缺陷的形成，可以提高鑄件的力學性能。

附圖說明

圖1為本發明裝置示意圖；

圖2為傾斜板剖視示意圖；

圖3是實例1制備Al-25%Si-2Fe合金的半固態漿料的顯微組織圖；

圖4常規傾斜板制制備Al-25%Si-2Fe合金的半固態漿料的顯微組織圖；

圖5是實例2制備Al-25%Si鋁合金合金的半固態漿料的顯微組織圖；

圖6常規傾斜板制制備Al-25%Si鋁合金合金的半固態漿料的顯微組織圖；

圖7是實例3制備Cu-10%Sn合金的半固態漿料的顯微組織圖。

圖中：1-錐形棒；2-熔煉裝置；3-出水口；4-進料口；5-進料漏斗；7-熱電偶；8-定位螺栓；9-傾斜板上部；10-進水口；11-出料口；12-傾斜板下部；14-盛放坯料裝置。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行進一步說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。

本發明實施1~3所用裝置包括錐形棒1、熔煉裝置2、進料漏斗5、傾斜板、盛放坯料裝置14，傾斜板內部設有薄縫通道，傾斜板上設有冷卻系統；傾斜板的上端設有進料口4，下端設有出料口11，進料漏斗5、進料口4、薄縫通道、出料口11依次連通，出料口11與盛放坯料裝置14正對，熔煉裝置2的下端與進料漏斗5正對；所述傾斜板包括傾斜板上部9和傾斜板下部12，薄縫通道位于傾斜板上部9和傾斜板下部12之間，傾斜板上部9和傾斜板下部通過定位螺栓8連接；薄縫通道內設有熱電偶7，如圖1~2所示。

實施例1

原料：Al-25%Si-2%Fe鋁合金（固相線溫度573℃，液相線溫度770℃）

利用傾斜板上方的熔煉裝置制備Al-25%Si-2%Fe鋁合金的金屬熔體，使液態金屬熔體溫度保持在790℃保溫30min；采用的是帶有冷卻裝置的薄縫式傾斜板，薄縫通道長度為300mm、通道寬度為200mm、高度為5mm，傾斜板與水平面的夾角為20°。開啟傾斜板上方熔煉裝置中的錐形棒；使金屬熔體以適當的速度沿著漏斗澆注在薄縫通道內，經薄縫通道最后流入到漿料收集裝置，最終得到半固態漿料，漿料組織如圖3所示。

常規傾斜板制得半固態漿料組織如圖4所示，對比圖3和圖4可以看見薄縫通道傾斜板制得的半固態漿料組織初生硅和富鐵相的形狀大多數為多邊形和近球形，常規傾斜板制得的半固態漿料的初生硅和富鐵相的形狀為長桿狀或針狀且偏析現象嚴重晶粒分布不均勻；由于針狀的晶粒存在會在實際應用過程中在針狀晶粒的附近產生盈利集中，最后割裂基體。

實施例2

原料：Al-25%Si鋁合金（固相線溫度564℃，液相線溫度775℃）

利用傾斜板上方的熔煉裝置制備Al-25%Si鋁合金的金屬熔體，使液態金屬熔體溫度保持在785℃保溫30min；采用的是帶有冷卻裝置的薄縫式傾斜板，薄縫通道長度為400mm、通道寬度為150mm、高度為7mm，傾斜板與水平面的夾角為60°。開啟傾斜板上方熔煉裝置中的錐形棒；使金屬熔體以適當的速度沿著漏斗澆注在薄縫通道內，經薄縫通道最后流入到漿料收集裝置，最終得到半固態漿料，漿料組織如圖5所示。

常規傾斜板制得半固態漿料組織如圖6所示，對比圖5和圖6可以看見薄縫通道傾斜板制得的半固態漿料組織初生硅的形狀大多數為多邊形和近球形，常規傾斜板制得的半固態漿料的初生硅的形狀為長桿狀或針狀且偏析現象嚴重晶粒分布不均勻。由于針狀的晶粒存在會在實際應用過程中在針狀晶粒的附近產生盈利集中，最后割裂基體。

實施例3

原料：Cu-10%Sn合金（固相溫度線830℃，液相線溫度1024℃）

利用傾斜板上方的熔煉裝置制備Cu-10%Sn合金的金屬熔體，使液態金屬熔體溫度保持在1060℃保溫30min；采用帶有冷卻裝置的薄縫式傾斜板，薄縫通道長度為400mm、通道寬度為100mm、高度為10mm，傾斜板與水平面的夾角為30°；開啟傾斜板上方熔煉裝置中的錐形棒，使金屬熔體以適當的速度沿著漏斗澆注在薄縫通道內，經薄縫通道最后流入到漿料收集裝置，最終得到半固態漿料，漿料組織如圖7所示。