專利名稱:一種鋁20錫半固態(tài)漿料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鋁20錫半固態(tài)漿料制備方法。
背景技術(shù):
據(jù)文獻(xiàn)“Flemings M.Behavior of metal alloys in the semisolid state,MetallTrans,1991,22A957-981”和“毛衛(wèi)民.半固態(tài)金屬成形技術(shù),北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004”報(bào)道,從高溫液態(tài)通過降溫進(jìn)行攪拌來制備半固態(tài)漿料的方法,主要有電磁攪拌法與機(jī)械攪拌法,都是在已制備好的液體冷卻凝固過程中,借助于電磁或機(jī)械攪拌產(chǎn)生的規(guī)則周向運(yùn)動(dòng),打碎初生枝晶,形成球形或橢球形初生固相顆粒懸浮于液相中的半固態(tài)漿料。鋁20錫合金通常含有20%的錫和1.5%的硅,兼有鋁硅的高比強(qiáng)度、高比剛度、導(dǎo)熱快和錫的潤滑性能好等優(yōu)點(diǎn),是制備現(xiàn)代新型軸瓦的理想覆層材料。對于鋁20錫合金,由于鋁與錫是二類物性尤其是密度和熔點(diǎn)差別較大的物質(zhì),鋁的密度為2.7g/cm3,錫的密度為7.2g/cm3;鋁的熔點(diǎn)為660℃,錫的熔點(diǎn)為230℃,而錫在鋁中的溶解度又非常小,在700℃下,僅為2%,多余的錫只能以液滴的形式存在于鋁20錫合金液中。在電磁或機(jī)械攪拌產(chǎn)生的規(guī)則周向運(yùn)動(dòng)作用下,鋁20錫合金液中的錫液滴會(huì)在自身重力和周向運(yùn)動(dòng)離心力的作用下被甩到合金液周圍并沉淀到合金液底部,造成重金屬錫的宏觀偏析,因此,采用上述電磁攪拌法或機(jī)械攪拌法很難制備出重金屬錫均勻懸浮于熔體中的鋁20錫半固態(tài)漿料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是,克服現(xiàn)有半固態(tài)漿料制備方法存在的“產(chǎn)生重金屬錫宏觀偏析”的不足,提供一種能夠制備出錫液滴均勻懸浮于鋁20錫合金熔體中的鋁20錫半固態(tài)漿料的制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是利用電磁攪拌裝置產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng),打碎鋁20錫合金液凝固過程中形成的初生枝晶;借助于機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置,不斷地將坩堝內(nèi)周圍的鋁20錫合金熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫合金熔體移到上部,利用鋁20錫合金半固態(tài)漿料的高粘度和半固態(tài)漿料中的初生固相顆粒來阻止錫液滴的離心與沉淀運(yùn)動(dòng),得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。
鋁20錫半固態(tài)漿料的制備裝置包括電磁攪拌裝置、機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置、石墨坩堝、上蓋、堵塞、外罩、Ar氣管及熱電偶。
電磁攪拌裝置的三對電磁極對均布在石墨坩堝周圍,與坩堝外壁之間的距離為5mm,石墨坩堝壁內(nèi)間隔均布加熱管和冷卻管,分別與外部電源與冷卻液供給系統(tǒng)連接,電磁極對外側(cè)加外罩;機(jī)械攪拌器由方形導(dǎo)向桿和四個(gè)雙弧形葉片構(gòu)成,材質(zhì)為耐熱陶瓷,四個(gè)雙弧形葉片,位于導(dǎo)向桿下部,葉片根部與導(dǎo)向桿的四個(gè)表面垂直,互成90°,葉片在長度方向上,凹弧面為圓弧形,迎著熔體的周向運(yùn)動(dòng)方向布置,弧度為30~90°;葉片在厚度方向上,凹弧面朝上,為圓弧形,弧度為45~90°,迎著熔體周向運(yùn)動(dòng)方向布置,凹弧面下部切線與水平線平行,葉片外端部與坩堝內(nèi)壁之間的距離為5mm;機(jī)械攪拌器上下移動(dòng)控制裝置由電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、上行程開關(guān)和下行程開關(guān)構(gòu)成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位于機(jī)械攪拌器導(dǎo)向桿上部與電機(jī)之間,由齒條與齒輪、渦輪與蝸桿傳動(dòng)構(gòu)成,電機(jī)的轉(zhuǎn)向由上、下行程開關(guān)控制,也就是,當(dāng)機(jī)械攪拌器葉片向上移動(dòng)到鋁20錫熔體上方時(shí),導(dǎo)向桿觸動(dòng)上行程開關(guān),電機(jī)改變轉(zhuǎn)向,使機(jī)械攪拌器向下移動(dòng);當(dāng)機(jī)械攪拌器葉片向下移動(dòng)到石墨坩堝底部時(shí),導(dǎo)向桿觸動(dòng)下行程開關(guān),電機(jī)改變轉(zhuǎn)向,使機(jī)械攪拌器向上移動(dòng);機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)速度控制在5~20mm/s,導(dǎo)向桿依靠導(dǎo)向套定位,Ar氣管與熱電偶通過上蓋上的孔和機(jī)械攪拌器葉片之間的孔隙插入石墨坩堝,堵塞位于坩堝底部,電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行程開關(guān)、導(dǎo)向套采用機(jī)械連接方式固定于支架上。
鋁20錫半固態(tài)漿料的制備工藝步驟如下步驟1,制備鋁20錫合金液,溫度控制在700℃;步驟2,將上述鋁20錫合金液倒入預(yù)熱溫度為500℃的石墨坩堝,蓋上上蓋,接通Ar氣以防氧化;步驟3,啟動(dòng)電磁攪拌裝置和機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置,對鋁20錫熔體進(jìn)行攪拌,同時(shí),接通并調(diào)節(jié)石墨坩堝壁內(nèi)的冷卻管與加熱管,將鋁20錫熔體溫度控制在達(dá)到漿料固相率所需溫度,在穩(wěn)定的漿料攪拌溫度下,利用電磁攪拌產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng),打碎凝固過程中形成的初生枝晶;借助連續(xù)上下移動(dòng)的機(jī)械攪拌器的雙弧形葉片,不斷地將坩堝內(nèi)周圍的鋁20錫合金熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫合金熔體移到上部,利用鋁20錫合金半固態(tài)漿料的高粘度和半固態(tài)漿料中的初生固相顆粒阻止錫液滴的離心與沉淀運(yùn)動(dòng),一定時(shí)間后,得到具有所需固相率、錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用電磁攪拌裝置產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng),打碎鋁20錫合金液凝固過程中形成的初生枝晶;借助于機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置,不斷地將坩堝內(nèi)周圍的鋁20錫合金熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫合金熔體移到上部,利用鋁20錫合金半固態(tài)漿料的高粘度和半固態(tài)漿料中的初生固相顆粒來阻止錫液滴的離心與沉淀運(yùn)動(dòng),得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料,達(dá)到了直接從高溫液態(tài)通過降溫進(jìn)行攪拌制備錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料的目的,解決了現(xiàn)有半固態(tài)漿料制備方法存在的“產(chǎn)生重金屬錫宏觀偏析”的問題。
圖1為本發(fā)明方法制備鋁20錫半固態(tài)漿料裝置的主視圖。
圖中2.機(jī)械攪拌器的導(dǎo)向桿,3.機(jī)械攪拌器的雙弧形葉片,4.石墨坩堝,5.加熱管,6.冷卻管,7.堵塞8.鋁20錫半固態(tài)漿料,9.外罩,10.上蓋,11.Ar氣管,12.熱電偶,13.導(dǎo)向套,14.電機(jī),15.傳動(dòng)機(jī)構(gòu),16.上行程開關(guān),17.下行程開關(guān),18.支架。
圖2為本發(fā)明方法制備鋁20錫半固態(tài)漿料裝置的A-A視圖。
圖中1.電磁攪拌裝置的電磁極對。
圖3為本發(fā)明方法制備的固相率為40%的鋁20錫半固態(tài)漿料的微觀組織。
具體實(shí)施例方式
在電磁攪拌裝置的功率為10kW、機(jī)械攪拌器雙弧形葉片長度方向上凹弧面的弧度為40°、厚度方向上凹弧面的弧度為45°、機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)速度為15mm/s的裝置條件下,具體實(shí)施步驟步驟1,制備鋁20錫合金液,溫度控制在700℃;步驟2,將上述鋁20錫合金液倒入石墨坩堝中,石墨坩堝的預(yù)熱溫度為500℃,由其壁內(nèi)的加熱管實(shí)現(xiàn)預(yù)熱,蓋上上蓋后,接通Ar氣以防氧化;步驟3,啟動(dòng)電磁攪拌裝置和機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置,對鋁20錫熔體進(jìn)行攪拌,同時(shí),關(guān)閉加熱管的電源并向石墨坩堝壁內(nèi)的冷卻管內(nèi)接通冷卻水進(jìn)行冷卻,將鋁20錫熔體冷卻至585℃后,關(guān)閉冷卻水,打開并調(diào)節(jié)加熱管的電源,使鋁20錫熔體溫度穩(wěn)定在585℃,在585℃下,攪拌20min后,得到固相率為40%、錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。
在機(jī)械攪拌器雙弧形葉片長度方向上凹弧面的弧度為90°、厚度方向上凹弧面的弧度為90°、機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)速度為5mm/s、坩堝內(nèi)熔體的溫度控制在570℃、其它參數(shù)同上的條件下,在570℃下,攪拌15min后,得到固相率為50%、錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。
附圖3為本發(fā)明方法制備的固相率為40%的鋁20錫半固態(tài)漿料的微觀組織,圖中呈球形或橢球形的白色部分為初生固相顆粒,呈球形或橢球形的黑色部分為錫顆粒,由圖可見,鋁20錫半固態(tài)漿料中的初生固相顆粒與錫液滴均勻地分布在組織致密的半固態(tài)漿料中,所以,本發(fā)明方法可用于制備重金屬錫均勻懸浮于熔體中的鋁20錫半固態(tài)漿料。
權(quán)利要求
1.一種鋁20錫半固態(tài)漿料制備方法,其特征在于,利用電磁攪拌裝置產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng),打碎鋁20錫合金液凝固過程中形成的初生枝晶;借助于機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置,不斷地將坩堝內(nèi)周圍的鋁20錫合金熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫合金熔體移到上部,利用鋁20錫合金半固態(tài)漿料的高粘度和半固態(tài)漿料中的初生固相顆粒來阻止錫液滴的離心與沉淀運(yùn)動(dòng),得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料,其工藝步驟步驟1,制備鋁20錫合金液,溫度控制在700℃;步驟2,將上述鋁20錫合金液倒入預(yù)熱溫度為500℃的石墨坩堝,蓋上上蓋,接通Ar氣以防氧化;步驟3,啟動(dòng)電磁攪拌裝置和機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置,對鋁20錫熔體進(jìn)行攪拌,同時(shí),接通并調(diào)節(jié)石墨坩堝壁內(nèi)的冷卻管與加熱管,將鋁20錫熔體溫度控制在達(dá)到漿料固相率所需溫度,在穩(wěn)定的漿料攪拌溫度下,利用電磁攪拌產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng),打碎凝固過程中形成的初生枝晶;借助連續(xù)上下移動(dòng)的機(jī)械攪拌器的雙弧形葉片,不斷地將坩堝內(nèi)周圍的鋁20錫合金熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫合金熔體移到上部,利用鋁20錫合金半固態(tài)漿料的高粘度和半固態(tài)漿料中的初生固相顆粒阻止錫液滴的離心與沉淀運(yùn)動(dòng),一定時(shí)間后,得到具有所需固相率、錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁20錫半固態(tài)漿料制備方法,其特征在于,在穩(wěn)定的漿料攪拌溫度下,電磁攪拌裝置和機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置的運(yùn)行時(shí)間為15~20min,機(jī)械攪拌器雙弧形葉片長度方向上凹弧面的弧度為30~90°、厚度方向上凹弧面的弧度為45~90°,機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)速度控制在5~20mm/s。
全文摘要
一種鋁20錫半固態(tài)漿料制備方法,屬于鋁20錫半固態(tài)研究領(lǐng)域,利用電磁攪拌裝置產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng),打碎鋁20錫合金液凝固過程中形成的初生枝晶;借助于機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置,不斷地將坩堝內(nèi)周圍的鋁20錫合金熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫合金熔體移到上部,利用鋁20錫合金半固態(tài)漿料的高粘度和半固態(tài)漿料中的初生固相顆粒來阻止錫液滴的離心與沉淀運(yùn)動(dòng),得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料,解決現(xiàn)有半固態(tài)漿料制備方法存在的“產(chǎn)生重金屬錫宏觀偏析”的技術(shù)問題。
文檔編號C22F3/02GK1740369SQ20051008645
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者張鵬, 杜云慧, 劉漢武 申請人:北京交通大學(xué)