專利名稱：一種鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輕金屬半固態(tài)漿料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬材料的性能很大程度上取決于其組織特征，材料制備過程中對(duì)組織形態(tài)控制是提高性能的重要手段。傳統(tǒng)鑄造過程中，初生相以枝晶方式生長(zhǎng)，當(dāng)固相率達(dá)到20%左右時(shí)，則形成連續(xù)枝晶網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，過早地使合金喪失宏觀流動(dòng)性，而導(dǎo)致鑄件性能下降。20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的半固態(tài)鑄造技術(shù)，使傳統(tǒng)鑄造方式發(fā)生了深刻變化。采用半固態(tài)鑄造成形技術(shù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品，由于澆注溫度處于固液兩相區(qū)，使鑄件在凝固過程中收縮量減少，鑄件尺寸精度提高，成形性好，適于生產(chǎn)復(fù)雜件，并可以達(dá)到近凈形生產(chǎn)，而且在組織上消除了柱狀晶和粗大的樹枝晶，使鑄件組織細(xì)密均勻，缺陷和宏觀偏析明顯減少，此外對(duì)型腔熱沖擊的減小，相應(yīng)提高了壓鑄型及壓射室的使用壽命，提高了成品率和產(chǎn)品的性能，半固態(tài)鑄造成形技術(shù)不但綜合了鑄造成形和鍛壓成形的優(yōu)點(diǎn)，而且部分產(chǎn)品的性能會(huì)接近甚至于達(dá)到鍛壓產(chǎn)品的性能，同時(shí)拓展了成形合金的范圍。半固態(tài)成形技術(shù)屬于21世紀(jì)前沿性的金屬加工技術(shù)，近年來得到迅速發(fā)展。在得到成型商品前的整個(gè)流程中，半固態(tài)金屬漿料的質(zhì)量是成形技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵因素，它要求漿料組織中的晶粒為細(xì)小、均勻的球形組織。針對(duì)半固態(tài)漿料的制備方法，國內(nèi)外學(xué)者己做了大量的研究工作，提出了許多制備工藝方法，如機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、控制凝固法、應(yīng)變激活工藝、粉末冶金方法以及其他方法等。這些工藝從晶粒形核、長(zhǎng)大的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件上著手，通過控制一定的凝固條件，如澆注溫度、冷卻速率等來改變形核和枝晶生長(zhǎng)，從而獲得細(xì)晶或非枝晶組織。氣體尤其是惰性氣體在金屬凝固領(lǐng)域中有著廣泛的用途，主要應(yīng)用于鋁合金熔體精煉凈化處理中，但在半固態(tài)領(lǐng)域的研究也有報(bào)道。氣泡攪拌制備式(Gas inducedsem1-solid process,簡(jiǎn)稱GISS)流變成形工藝是泰國Songkla大學(xué)的Wannasin等提出的一種流變成型技術(shù)。該工藝是在較低的過熱度下，通過鉆有細(xì)小孔洞的石墨棒向合金熔體中通氬氣使熔體激冷形核，由氣流產(chǎn)生的強(qiáng)烈攪拌破碎了石墨棒附近的枝晶，而且對(duì)流所產(chǎn)生的局部熔體過熱使得枝晶部分重熔并變得圓整，然后將制得的漿料壓鑄或擠壓鑄造成形。華中科技大學(xué)皺瑩和張磊等人對(duì)這氣泡攪拌制備工藝進(jìn)行了改進(jìn)，通過電機(jī)帶動(dòng)石墨棒旋轉(zhuǎn)吹氣制得了 AZ91D鎂合金半固態(tài)漿料。王文俊等人在旋轉(zhuǎn)石墨棒的基礎(chǔ)上加上了機(jī)械振動(dòng)，提出氣流攪拌機(jī)械振動(dòng)復(fù)合法制取半固態(tài)漿料的工藝，并為此設(shè)計(jì)制造了一套制漿設(shè)備。該復(fù)合制漿的工藝和設(shè)備集成了兩種制漿方法的優(yōu)點(diǎn)，還能利用機(jī)械振動(dòng)的除氣作用彌補(bǔ)單獨(dú)氣流攪拌的不足，做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。利用該復(fù)合工藝，成功制備出ZLlOl合金半固態(tài)漿料。氣流攪拌機(jī)械振動(dòng)復(fù)合法能夠進(jìn)一步提高球晶的圓整度，降低晶粒尺寸，得到細(xì)小圓整的非枝晶半固態(tài)組織。
氣流攪拌法制備漿料具有過程簡(jiǎn)單，成本低，并可充分利用現(xiàn)有常規(guī)的熔鑄工藝設(shè)備，實(shí)際操作較方便等優(yōu)點(diǎn)。該工藝雖然已經(jīng)開始得到初步的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但是在半固態(tài)漿料的制備方面仍然存在提升的空間。目前，尚未見到采用氣體噴吹固體粉末制備輕金屬合金半固態(tài)漿料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種采用氣體噴吹固體粉末方法制備鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，包括以下步驟:①將鋁合金或鎂合金加熱熔解，使合金完全熔化成液體狀態(tài)，制得合金熔體；②將合金熔體的溫度加熱至比其液相線溫度高10 20°C后，采用鋼棒或石墨棒將惰性氣體吹入合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌，氣體流量控制在I 5L/min，在吹氣I 5分鐘后，伴隨惰性氣體將粉末材料噴吹入合金熔體中，合金熔體與所吹入的粉末材料的重量比為10: 0.01 0.1;所述粉末材料為以下材料中的一種或兩種或兩種以上:純鋁粉、純鎂粉、招娃合金粉末、招銅合金粉末、招鎂合金粉末、招鋅合金粉末、鎂合金粉末、氟鈦酸鉀粉末、氟鋯酸鉀粉末、氟硼酸鉀粉末；③由于粉末材料被噴吹入合金熔體中，致使合金熔體的溫度下降，當(dāng)溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料。本發(fā)明步驟②中所采用的粉末材料可以是與所制備的鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料相同或相近的成分的金屬材料粉末(如鋁硅合金粉末、鋁銅合金粉末、鋁鎂合金粉末、鋁鋅合金粉末、鎂合金粉末等)，也可以是其它可起合金化作用的粉末(如純鋁粉、純鎂粉等)，或者是可以與合金熔體反應(yīng)形成合金化的非金屬材料粉末(如氟鈦酸鉀粉末、氟鋯酸鉀粉末、氟硼酸鉀粉末等)。當(dāng)上述粉末材料中的一種或多或兩種或兩種以上混合物被吹入合金熔體后，由于發(fā)生熔解吸熱過程，可對(duì)其周圍的熔體產(chǎn)生快速的降溫，使得合金的過冷度增大，晶粒形核功減小，有利于晶粒形核。向合金熔體中吹入與熔體成分相同的合金粉末或可起合金化的金屬粉末(如鋁硅合金粉末、鋁銅合金粉末、鋁鎂合金粉末、鋁鋅合金粉末、鎂合金粉末等)，所吹入的金屬粉末可以作為非均勻形核的核心或起細(xì)化作用；向合金熔體中吹入可以與合金熔體反應(yīng)形成合金化的非金屬粉末(如氟鈦酸鉀粉末、氟鋯酸鉀粉末、氟硼酸鉀粉末等)，所吹入的非金屬粉末在與合金熔體接觸過程會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生吸熱的同時(shí)形成可細(xì)化晶粒的粒子或化合物。同時(shí)，由于粉末材料是伴隨惰性氣體噴吹入合金熔體中，在惰性氣體的攪拌作用下能打斷和碎離形核過程中的樹枝晶，并使所形成的晶核進(jìn)一步圓整化，促使凝固的枝晶形成球狀晶，從而獲得更為理想的半固態(tài)漿料。本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明通過將惰性氣體吹入合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌一段時(shí)間后再將粉末材料伴隨惰性氣體噴吹入合金熔體中，不但有利于晶粒形核，而且有利于促使凝固的枝晶形成球狀晶，從而獲得更為理想的半固態(tài)漿料；2、本發(fā)明通過將粉末材料伴隨惰性氣體噴吹入合金熔體中，能使粉末材料在合金熔體中的擴(kuò)散更為快速、分布更為均勻，不但更有利于晶粒形核，而且能使所形成的晶核分布更為均勻，從而提高半固態(tài)漿料的質(zhì)量；3、本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)際生產(chǎn)操作方便。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:一種Al_7%Si合金半固態(tài)漿料的制備方法，包括以下步驟:①將10公斤Al_7%Si合金加熱熔解，使Al-7%Si合金完全熔化成液體狀態(tài)，制得Al-7%Si合金熔體；②將Al-7%Si合金熔體加熱至比其液相線溫度高10 20°C后，采用鋼棒將氬氣吹入Al-7%Si合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌，氬氣的氣體流量為lL/min，在吹氣I分鐘后，伴隨氬氣將0.01公斤Al-7%Si合金粉末噴吹入合金熔體中；③由于Al-7%Si合金粉末被噴吹入合金熔體中，使Al-7%Si合金熔體的溫度下降，當(dāng)溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得一種Al-7%Si合金半固態(tài)漿料。實(shí)施例2:一種Al_20%Si合金半固態(tài)漿料的制備方法，包括以下步驟:①將10公斤Al-20%Si合金加熱熔解，使Al-20%Si合金完全熔化成液體狀態(tài)，制得Al_20%Si合金熔體；
②將Al-20%Si合金熔體加熱至比其液相線溫度高10 20°C后，采用石墨棒將氮?dú)獯等階l-20%Si合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌，氮?dú)獾臍怏w流量為5L/min，在吹氣I分鐘后，伴隨氮?dú)鈱?.05公斤純鋁粉、0.01公斤氟鈦酸鉀粉末噴吹入Al-20%Si合金熔體中；@由于純鋁粉、氟鈦酸鉀粉末被噴吹入Al-20%Si合金熔體中，使Al-20%Si合金熔體的溫度下降，當(dāng)溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得一種Al-20%Si合金半固態(tài)漿料。實(shí)施例3:一種AZ91鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，包括以下步驟:①將10公斤AZ91鎂合金加熱熔解，使AZ91鎂合金完全熔化成液體狀態(tài)，制得AZ91鎂合金熔體；②將AZ91鎂合金熔體加熱至比其液相線溫度高10 20°C后，采用石墨棒將氬氣吹入AZ91鎂合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌，氬氣的氣體流量為2.5L/min，在吹氣I分鐘后，伴隨氬氣將0.04公斤純鎂粉、0.05公斤鎂合金粉末、0.01公斤氟硼酸鉀粉末噴吹入合金熔體中；③由于純鎂粉、鎂合金粉末、氟硼酸鉀粉末被噴吹入AZ91鎂合金熔體中，使AZ91鎂合金熔體的溫度下降，當(dāng)溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得一種AZ91鎂合金半固態(tài)漿料。實(shí)施例4:一種AM60鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，包括以下步驟:①將10公斤AM60鎂合金加熱熔解，使AM60鎂合金完全熔化成液體狀態(tài)，制得AM60鎂合金熔體；②將AM60鎂合金熔體加熱至比其液相線溫度高10 20°C后，采用鋼棒將氮?dú)獯等階M60鎂合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌，氮?dú)獾臍怏w流量為4L/min，在吹氣I分鐘后，伴隨氮?dú)鈱?.05公斤鋁鋅合金粉末噴吹入AM60鎂合金熔體中；@由于鋁鋅合金粉末被噴吹入AM60鎂合金熔體中，使AM60鎂合金熔體的溫度下降，當(dāng)溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得一種AM60鎂合金半固態(tài)漿料。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: ①將鋁合金或鎂合金加熱熔解，使合金完全熔化成液體狀態(tài)，制得合金熔體； ②將合金熔體的溫度加熱至比其液相線溫度高10 20°C后，采用鋼棒或石墨棒將惰性氣體吹入合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌，氣體流量控制在I 5L/min，在吹氣I 5分鐘后，伴隨惰性氣體將粉末材料噴吹入合金熔體中，合金熔體與所吹入的粉末材料的重量比為10: 0.01 0.1;所述粉末材料為以下材料中的一種或兩種或兩種以上:純鋁粉、純鎂粉、招娃合金粉末、招銅合金粉末、招鎂合金粉末、招鋅合金粉末、鎂合金粉末、氟鈦酸鉀粉末、氟鋯酸鉀粉末、氟硼酸鉀粉末； ③由于粉末材料被噴吹入合金熔體中，致使合金熔體的溫度下降，當(dāng)溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料。
全文摘要
一種鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，包括以下步驟將鋁合金或鎂合金加熱熔解，制得合金熔體；將合金熔體的溫度加熱至比其液相線溫度高10～20℃后，采用鋼棒或石墨棒將惰性氣體吹入合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌，然后再伴隨惰性氣體將粉末材料噴吹入合金熔體中；當(dāng)溫度降低到固液兩相區(qū)內(nèi)即制得鋁合金或鎂合金半固態(tài)漿料。本發(fā)明通過將惰性氣體吹入合金熔體中進(jìn)行氣體攪拌一段時(shí)間后再伴隨惰性氣體將粉末材料噴吹入合金熔體中，不但有利于晶粒形核，而且有利于促使凝固的枝晶形成球狀晶，從而獲得更為理想的半固態(tài)漿料。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)際生產(chǎn)操作方便。
文檔編號(hào)C22C1/00GK103170603SQ20131010188
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者曹海平 申請(qǐng)人:福建省瑞奧麥特輕金屬有限責(zé)任公司