一種高效率低成本的制備半固態鋁合金漿料方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及涉及材料技術等領域，具體地說，是一種高效率低成本的制備半固態鋁合金漿料方法。
【背景技術】
[0002]鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。工業經濟的飛速發展，對鋁合金焊接結構件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研宄也隨之深入。
[0003]鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能，物理性能和抗腐蝕性能。硬鋁合金屬Al—Cu—Mg系，一般含有少量的Mn，可熱處理強化.其特點是硬度大，但塑性較差。超硬鋁屬Al — Cu—Mg — Zn系，可熱處理強化，是室溫下強度最高的鋁合金.但耐腐蝕性差，高溫軟化快。鍛鋁合金主要是Al—Zn—Mg — Si系合金，雖然加入元素種類多，但是含量少，因而具有優良的熱塑性，適宜鍛造，故又稱鍛造鋁合金。
[0004]純鋁的密度小(P =2.7g/cm3)，大約是鐵的1/3，熔點低(660°C )，鋁是面心立方結構，故具有很高的塑性(δ:32-40%, Φ:70~90%)，易于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好。但是純鋁的強度很低，退火狀態Qb值約為8kgf/mm2，故不宜作結構材料。通過長期的生產實踐和科學實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度，ob值分別可達24?60kgf/mm2。這樣使得其“比強度”(強度與比重的比值ob/p )勝過很多合金鋼，成為理想的結構材料，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結構重量可減輕50%以上。
[0005]半固態合金漿料是半固態成形必備的原料。半固態合金漿料的基本要求是其中的固相呈細小圓整的非枝晶，且尺寸一致，分布均勻。
[0006]在現有的制備半固態合金漿料技術中，按照制備原理主要分為利用外力、添加孕育劑、控制冷卻速度、加熱保溫和低過熱度鑄造等若干類方法。利用外力的方法主要是采用各種攪拌和超聲破振動等技術對熔體產生一個外力場，使合金熔體發生強烈的對流，達到細化晶粒、抑制枝晶生長、獲得非枝晶組織的目的。這類方法的研宄較多，包括各種機械攪拌法、電磁攪拌法和超聲波振動法等，但是對于如何增強外力場的作用效果，以達到高效、快速制備半固態合金漿料等問題，尚是有待解決的問題。
[0007]添加孕育劑的方法主要是通過向合金熔體內添加粉末細化劑和(或)變質劑，改善熔體的形核條件和(或)控制晶粒生長方式，以達到細化晶粒的目的。這種方法的主要問題是難以得到理想的球晶結構，無法單獨作為半固態漿料的制備方法；而且在生產現場難以滿足制備材料的一致性要求。
[0008]控制冷卻速度法是通過減緩熔體的冷卻速度促進枝晶退化，以達到枝晶向等軸晶的轉變，從而獲得半固態漿料。這種方法得到的晶粒尺寸較大，成形件地性能難以體現半固態加工的優勢，且生產效率較低；同樣在生產現場難以滿足制備材料的一致性要求。
[0009]晶粒細化及重新加熱保溫法是利用化學晶粒細化劑制備晶粒細小的合金錠料，然后錠料重新加熱到固液兩相區，依靠一段時間保溫過程中的組織演化來獲得半固態漿料。這種方法局限性較大，一則合適的晶粒細化劑極其有限，二則制備過程較長，效率較低。
[0010]低過熱度鑄造，也稱(近)液相線鑄造，是通過低過熱度澆注和整體加壓效應，使整個合金液同時進入過冷狀態，實現同時形核和同時長大，但只能用于簡單結構件的成形，且生產效率較低。
[0011]此外，半固態漿料的制備方法還有噴射沉積法、變形誘變激活法、紊流效應法和多種粉末冶金法(包括單、雙氣流霧化、高速旋轉筒霧化、電-流體力學霧化等)等，但都受到制備效率和制備費用的限制，無法大規模生產應用。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于提供一種高效率低成本的制備半固態鋁合金漿料方法，在傳統電磁攪拌法制備半固態合金漿料的基礎上，開發出一種制備半固態合金的電磁攪拌新工藝，即雙向電磁攪拌方法，充分利用熔體的運動慣性產生很大的速度差和慣性沖擊，使攪拌效率大為提高，而且有助于半固態鋁合金中固相的均勻分布；試驗表明，在攪拌力不大的情況下，可快速獲得分布均勻的細小球狀初晶組織的半固態漿料，從而將成為流變成形用半固態鋁合金漿料的在線制備的新技術。
[0013]本發明通過下述技術方案實現:一種高效率低成本的制備半固態鋁合金漿料方法，包括以下步驟:
1)制備低過熱度熔體，采用現有技術中的各種加熱方法加熱鋁合金錠制備低過熱度熔體；溫度保持在液相線以上36~42°c，制備得到化學成分均勻、恒定，少或無偏析的低過熱度熔體；
2)將制備的低過熱度熔體保溫，將步驟I)制備的低過熱度熔體轉移至低溫電阻爐內，保溫使熔體溫度均勻；
3)雙向電磁攪拌方法制備半固態漿料，將所述步驟2)低溫電阻爐內保溫的低過熱度熔體倒入攪拌坩禍，把攪拌坩禍放入電磁攪拌器內腔，采用雙向電磁攪拌方法開始電磁攪拌制備半固態漿料；
主要包括以下步驟:
3.1)在低過熱度熔體倒入攪拌坩禍前，攪拌坩禍預熱至360?390°C ;
3.2)在把攪拌坩禍放入電磁攪拌器內腔之前11?15s開啟攪拌器；
電磁攪拌頻率:10?25Hz ；
電磁攪拌功率:15kw ;
攪拌方式采用正轉、反轉或交替運行；
攪拌換向時間為3?8s ;
3.3)將所述步驟2)低溫電阻爐內保溫的低過熱度熔體轉入攪拌坩禍內，把攪拌坩禍放入電磁攪拌器內腔，并立即檢測熔體溫度； 3.4)按照設定攪拌方式進行電磁攪拌；
4)在攪拌過程中對溫度進行實時采集，攪拌時間以最終攪拌溫度設定，當攪拌過程中熔體溫度降至液相線以下11~18°C，即停止攪拌，得到半固態合金漿料。
[0014]進一步的，為更好的實現本發明，所述步驟3)中通過電磁攪拌器調頻來控制攪拌強度。
[0015]進一步的，為更好的實現本發明，在所述攪拌坩禍與電磁攪拌器內腔之間還放置有保溫棉，保溫棉的加入可保證電磁攪拌過程中攪拌坩禍壁部分熔體不至于降溫過快，從而提尚廣品質量。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
本發明在傳統電磁攪拌法制備半固態合金漿料的基礎上，開發出一種制備半固態合金的電磁攪拌新工藝，即雙向電磁攪拌方法，充分利用熔體的運動慣性產生很大的速度差和慣性沖擊，使攪拌效率大為提高，而且有助于半固態鋁合金中固相的均勻分布；試驗表明，在攪拌力不大的情況下，可快速獲得分布均勻的細小球狀初晶組織的半固態漿料，從而將成為流變成形用半固態鋁合金漿料的在線制備的新技術。
[0017]本發明生產的半固態鋁合