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)