一种半固态合金浆料的制备方法与流程

本发明涉及一种半固态合金浆料的制备方法，属于材料加工技术领域。

背景技术：

半固态成型技术，简称SSM，是由美国麻省理工学院的M.C.Flemings在20世纪70年代提出的。该技术是在凝固过程中，对其进行剧烈搅拌、改变其形核长大过程，得到一种金属熔体中带有一定固相的固-液混合浆料。它由于成型温度低，变形抗力小、充型平稳等特点，在汽车，航空等领域应用前景广阔。

半固态浆料的制备是半固态成形的关键，其制备方法主要有两种：一种是在外力或者外场的作用下破碎已成形的枝晶，主要包括机械搅拌法、电磁搅拌法、等温热处理法、倾斜板冷却法、超声震动法等；第二种是控制凝固过程来抑制枝晶成形，主要有添加剂法。两种方法都有它的优缺点，并且有一部分已经应用于实际生产中。到目前为止，半固态金属成形技术一般用于铝合金和镁合金中。

倾斜板是1996年由日本UBE公司实用新型用于制造铝合金和镁合金半固态浆料的新工艺。成形过程为：将高于合金液相线的某一温度的合金熔体浇注在石墨或合金钢制成的倾斜板上，经过倾斜板的激冷作用，合金熔体快速形核长大，并且在倾斜板上流淌的过程中，熔体内部晶粒不断摩擦、碰撞最终得到均匀、细小的球状组织。

传统倾斜板制备半固态浆料时金属熔体的氧化现象十分严重，制得的半固态浆料中生成的氧化渣较多，在实际铸造成型过程中产生氧化夹渣等缺陷影响材料的力学性能，为了改善这一现象，本发明采用薄缝式倾斜板，金属熔体流经薄缝通道时将通道内部空气排空，使金属熔体流经倾斜板薄缝通道过程中几乎不与空气接触，能较好的防止金属熔体氧化。且倾斜板上下两部通有冷却水，保证薄缝通道与金属熔体接触表面保持所需的较低温度，避免通道内部表面温度持续升高。薄缝通道上、下、左、右各表面对金属熔体均有剪切及激冷作用，强化了倾斜板对金属熔体的处理效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半固态合金浆料的制备方法，将合金置于熔炼装置中熔炼制得金属熔体，使金属熔体温度在液相线以上10℃-50℃保温30min，然后将金属熔体浇注在倾斜板上，熔体顺着倾斜板流入盛放坯料装置，得到半固态浆料；所述倾斜板内部设有薄缝通道，倾斜板上设有冷却装置；倾斜板的上端设有进料口，下端设有出料口，进料漏斗、进料口、薄缝通道、出料口依次连通，出料口与盛放坯料装置正对；金属熔体顺着倾斜板的薄缝通道道流入盛放坯料装置。

本发明所述薄缝通道长度为50-600mm（倾斜板下板固定不动，可通过调节螺母来调节倾斜板上板的位置来确定上板和下板重合的长度，重合的部分即为薄缝通道长度），通道的宽度为100-200mm、高度为5-10mm，角度在10°-70°（倾斜板下面有两个可以上下调节的支架，通过调节支架的高度来调节角度的大小），金属熔体流经薄缝通道时金属熔体几乎不与空气接触。

本发明所述薄缝通道内部设有有热电偶，能对流经薄缝通道内部的金属熔体实时控温。

所述倾斜板由45钢制成，且倾斜通道内部各表面均涂有石墨，倾斜板通过支架固定在地面上，支架的高度可调节。

本发明所述倾斜板可设置多个薄缝通道（多段式倾斜板可以设置多个薄缝通道）。

本发明的原理是：将金属熔体流经一个内部为薄缝通道且带有控温冷却装置的倾斜板，金属熔体经过倾斜板的激冷作用，金属熔体内晶粒快速形核，且由于在流淌的过程中金属熔体内部晶粒间不断相互剪切、碰撞、摩擦，最终得到细小、均匀的球状组织。薄缝通道内部空间狭小，金属熔体流经薄缝通道时将通道内空气全部排空，金属熔体几乎不与空气接触，较好的防止金属熔体氧化，与传统倾斜板相比制得的半固态浆料里面含有的氧化渣明显减少，在实际铸造成型过程中避免了氧化夹渣等缺陷的形成，可以提高铸件的力学性能。倾斜板上下两部通有冷却水，可以对薄缝通道表面的温度进行控制，防止在浇注过程中，薄缝通道表面持续升温，保证了在浇注过程中薄缝通道表面对金属熔体的持续激冷作用，且薄缝通道上、下、左、右各表面对流经薄缝通道的金属熔体均有剪切、激冷作用，强化了倾斜板对金属熔体的处理效果，在连续的浇注过程中不断的获得组织均匀、细小的半固态浆料。

本发明专利与现有技术相比，具有的优点是：

（1）本方法操作简单、成本低、流程短，可以与后续的成形设备连接，直接加工铸件。

（2）通过倾斜板上下部的冷却水对倾斜板进行控温，防止倾斜板在浇注过程中持续升温，保证了倾斜板对金属熔体的持续激冷作用。

（3）在浇注过程中，薄缝通道上、下、左、右各表面对流经薄缝通道的金属熔体均有剪切、激冷作用，强化了倾斜板对金属熔体的处理效果。

（4）在浇注过程中，薄缝通道空间狭小，金属熔体流经薄缝通道时将通道内空气全部排空，使得金属熔体不与外界空气接触，有效的防止了在浇注过程中金属熔体的氧化，大大的减少了半固态浆料中氧化渣的生成，在实际铸造成型过程中避免了氧化夹渣等缺陷的形成，可以提高铸件的力学性能。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为倾斜板剖视示意图；

图3是实例1制备Al-25%Si-2Fe合金的半固态浆料的显微组织图；

图4常规倾斜板制制备Al-25%Si-2Fe合金的半固态浆料的显微组织图；

图5是实例2制备Al-25%Si铝合金合金的半固态浆料的显微组织图；

图6常规倾斜板制制备Al-25%Si铝合金合金的半固态浆料的显微组织图；

图7是实例3制备Cu-10%Sn合金的半固态浆料的显微组织图。

图中：1-锥形棒；2-熔炼装置；3-出水口；4-进料口；5-进料漏斗；7-热电偶；8-定位螺栓；9-倾斜板上部；10-进水口；11-出料口；12-倾斜板下部；14-盛放坯料装置。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施1~3所用装置包括锥形棒1、熔炼装置2、进料漏斗5、倾斜板、盛放坯料装置14，倾斜板内部设有薄缝通道，倾斜板上设有冷却系统；倾斜板的上端设有进料口4，下端设有出料口11，进料漏斗5、进料口4、薄缝通道、出料口11依次连通，出料口11与盛放坯料装置14正对，熔炼装置2的下端与进料漏斗5正对；所述倾斜板包括倾斜板上部9和倾斜板下部12，薄缝通道位于倾斜板上部9和倾斜板下部12之间，倾斜板上部9和倾斜板下部通过定位螺栓8连接；薄缝通道内设有热电偶7，如图1~2所示。

实施例1

原料：Al-25%Si-2%Fe铝合金（固相线温度573℃，液相线温度770℃）

利用倾斜板上方的熔炼装置制备Al-25%Si-2%Fe铝合金的金属熔体，使液态金属熔体温度保持在790℃保温30min；采用的是带有冷却装置的薄缝式倾斜板，薄缝通道长度为300mm、通道宽度为200mm、高度为5mm，倾斜板与水平面的夹角为20°。开启倾斜板上方熔炼装置中的锥形棒；使金属熔体以适当的速度沿着漏斗浇注在薄缝通道内，经薄缝通道最后流入到浆料收集装置，最终得到半固态浆料，浆料组织如图3所示。

常规倾斜板制得半固态浆料组织如图4所示，对比图3和图4可以看见薄缝通道倾斜板制得的半固态浆料组织初生硅和富铁相的形状大多数为多边形和近球形，常规倾斜板制得的半固态浆料的初生硅和富铁相的形状为长杆状或针状且偏析现象严重晶粒分布不均匀；由于针状的晶粒存在会在实际应用过程中在针状晶粒的附近产生盈利集中，最后割裂基体。

实施例2

原料：Al-25%Si铝合金（固相线温度564℃，液相线温度775℃）

利用倾斜板上方的熔炼装置制备Al-25%Si铝合金的金属熔体，使液态金属熔体温度保持在785℃保温30min；采用的是带有冷却装置的薄缝式倾斜板，薄缝通道长度为400mm、通道宽度为150mm、高度为7mm，倾斜板与水平面的夹角为60°。开启倾斜板上方熔炼装置中的锥形棒；使金属熔体以适当的速度沿着漏斗浇注在薄缝通道内，经薄缝通道最后流入到浆料收集装置，最终得到半固态浆料，浆料组织如图5所示。

常规倾斜板制得半固态浆料组织如图6所示，对比图5和图6可以看见薄缝通道倾斜板制得的半固态浆料组织初生硅的形状大多数为多边形和近球形，常规倾斜板制得的半固态浆料的初生硅的形状为长杆状或针状且偏析现象严重晶粒分布不均匀。由于针状的晶粒存在会在实际应用过程中在针状晶粒的附近产生盈利集中，最后割裂基体。

实施例3

原料：Cu-10%Sn合金（固相温度线830℃，液相线温度1024℃）

利用倾斜板上方的熔炼装置制备Cu-10%Sn合金的金属熔体，使液态金属熔体温度保持在1060℃保温30min；采用带有冷却装置的薄缝式倾斜板，薄缝通道长度为400mm、通道宽度为100mm、高度为10mm，倾斜板与水平面的夹角为30°；开启倾斜板上方熔炼装置中的锥形棒，使金属熔体以适当的速度沿着漏斗浇注在薄缝通道内，经薄缝通道最后流入到浆料收集装置，最终得到半固态浆料，浆料组织如图7所示。