一種合金半固態(tài)漿料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金半固態(tài)漿料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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)，近年來獲得了快速發(fā)展。由于半固態(tài)成形技術(shù)打破了傳統(tǒng)的枝晶凝固模式，在成分與組織均勻性、提高成形件的綜合性能及降低工件內(nèi)部缺陷等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通常認(rèn)為，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圓整、細(xì)小、均勻的球狀晶組織。針對(duì)半固態(tài)漿料的制備方法，國內(nèi)外學(xué)者已做了大量的研宄工作，提出許多制備工藝的方法，包括機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)激活方法(SIMA法)、等溫處理法、近液相線澆注法以及噴射沉積等。從總體上說，一般的機(jī)械攪拌法由于易卷入氣體，熔體易受污染，無法制備出高質(zhì)量的漿體。近液相線法工藝簡單、適用范文廣，但由于澆注溫度要求控制在液相線附近，工藝條件非常苛刻，操作困難。電磁攪拌法和應(yīng)變誘發(fā)激活方法(SIMA法)對(duì)設(shè)備要求高，制備成本昂貴而難于推廣普及。
[0003]20世紀(jì)90年代，有學(xué)者將超聲波引入半固態(tài)金屬成型領(lǐng)域，將其應(yīng)用于金屬半固態(tài)連鑄等方面的研宄之中，此后，高能超聲波制備半固態(tài)漿料引起了眾多學(xué)者的重視。高能超聲波制備半固態(tài)漿料的原理是:超聲波作用產(chǎn)生的聲空化和聲流效應(yīng)作用于金屬熔體，影響其溫度場(chǎng)和凝固場(chǎng)，促進(jìn)形核并控制晶核生長。趙君文(趙君文，吳樹森，萬里等.超聲場(chǎng)中金屬半固態(tài)漿料組織的演化.金屬學(xué)報(bào)，2009 (3):314~319)、朱宏霞(朱宏霞，王家宣，李春等.功率超聲對(duì)A356半固態(tài)初生相尺寸和形貌的影響.特種鑄造及有色合金，2008, 28 (7):522~525)等研宄表明，近液相線時(shí)導(dǎo)入超聲波制得鋁合金半固態(tài)漿料的質(zhì)量最佳。專利文獻(xiàn)CN1618549A公開了一種超聲波直接作用于液態(tài)金屬制備半固態(tài)金屬楽料/胚料的方法及設(shè)備，可用于多種合金，尤其適合于鎂合金半固態(tài)漿料的制備。超聲波能夠有效制備出高質(zhì)量漿體但是單純超聲波制備半固態(tài)漿料由于漿體溫度下降較慢，制漿效率低。
[0004]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，現(xiàn)在也有運(yùn)用在半固態(tài)領(lǐng)域。氣泡攪拌制備式(Gas induced sem1-solidprocess，簡稱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。由于氣流直接作用大多集中在石墨棒附近的熔體，制得漿體均勻性不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題做出改進(jìn)，即本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種合金半固態(tài)漿料制備方法，結(jié)合超聲波技術(shù)與冷卻氣體應(yīng)用可以獲得高效、經(jīng)濟(jì)、均勻、無污染半固態(tài)漿體。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種合金半固態(tài)漿料制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)將熔融合金裝入盛漿容器中；
(2)操作至少一組超聲波振動(dòng)裝置到所述盛漿容器中，同時(shí)引入至少一組冷卻氣體到所述盛漿容器中；
(3)通過改變所述超聲波振動(dòng)裝置參數(shù)和所述冷卻氣體量，制得所需的合金半固態(tài)漿料。
[0007]進(jìn)一步的，所述熔融合金裝入盛漿容器后溫度為該合金液相線以上的O0C ?100 °C O
[0008]進(jìn)一步的，所述冷卻氣體為氮?dú)狻鍤?、氖氣、氦氣中的一種或多種組成的混合氣體。
[0009]進(jìn)一步的，所述冷卻氣體的溫度為_35°C ~150°C。
[0010]進(jìn)一步的，所述冷卻氣體以0.1~200L/Min的速率引入到所述盛漿容器中，所述冷卻氣體被持續(xù)引入的時(shí)間為0.l~5Min。
[0011]進(jìn)一步的，所述冷卻氣體被引入盛漿容器前需經(jīng)過去除水分的干燥裝置。
[0012]進(jìn)一步的，所述超聲波振動(dòng)裝置包括超聲波換能器和細(xì)長探頭，所述細(xì)長探頭上端與超聲波換能器相連接，所述細(xì)長探頭下端部全部或部分被引入所述盛漿容器中。
[0013]進(jìn)一步的，所述細(xì)長探頭為一中空管，其內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)氣通道，所述超聲波換能器下端側(cè)壁上設(shè)置有與導(dǎo)氣通道相連通的引氣口，所述冷卻氣體從該引氣口進(jìn)入細(xì)長探頭導(dǎo)氣通道，再被引入盛漿容器中。
[0014]進(jìn)一步的，所述細(xì)長探頭旁側(cè)設(shè)置有對(duì)熔融金屬進(jìn)行冷卻的附加外部冷卻系統(tǒng)，所述附加外部冷卻系統(tǒng)包括若干根用于導(dǎo)入冷卻氣體進(jìn)入盛漿容器中的導(dǎo)氣管，所述導(dǎo)氣管圍繞細(xì)長探頭布置。
[0015]進(jìn)一步的，所述冷卻氣體通過細(xì)長探頭和導(dǎo)氣管中的至少一種引入盛漿容器中。即可單獨(dú)選擇從細(xì)長探頭引入冷卻氣體，或者單獨(dú)選擇從導(dǎo)氣管引入冷卻氣體，或者同時(shí)選擇細(xì)長探頭和導(dǎo)氣管引入冷卻氣體。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、將超聲波引入熔融合金中，超聲作用產(chǎn)生聲空化和聲流效應(yīng)，影響其溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)，促進(jìn)形核并控制晶核長大。超聲波振動(dòng)頭直接振動(dòng)于熔融合金，使得聲空化及聲流作用更強(qiáng)烈，引起液體對(duì)流劇烈。超聲波作用下空化泡的長大和內(nèi)部熔體的蒸發(fā)使空化泡的溫度降低，導(dǎo)致空化泡表面的金屬液體過冷，從而使空化泡成為形核核心。另一方面空化激冷熔體中的不溶物，提高這些不溶粒子的表面潤濕性，使他們成為形核基底。這些生成細(xì)小的初生晶粒且初生晶粒能夠十分均勻的分布在盛漿容器內(nèi)。
[0017]2、同時(shí)施加的冷卻氣體在熔體內(nèi)迅速的使熔體激冷形核。能夠迅速的使得熔體溫度下降，使得制漿過程變得高效。同時(shí)在超聲波制備過程中，高能超聲波在熔體中傳播時(shí)能夠產(chǎn)生聲流效應(yīng)，聲流效應(yīng)加速了熔體中的傳熱、傳質(zhì)，從而促進(jìn)初生固相顆粒的等軸生長。超聲產(chǎn)生和冷卻氣體共同產(chǎn)生的紊流可以打碎枝晶并使固相顆粒不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，阻礙固相顆粒枝晶長大和聚集成團(tuán)。
[0018]3、施加冷卻氣體為惰性氣體，還能夠保護(hù)漿體進(jìn)一步被氧化，同時(shí)帶出氫氣等漿體含氣物質(zhì)源對(duì)熔體產(chǎn)生凈化效果。
[0019]4、結(jié)合超聲波技術(shù)與冷卻氣體應(yīng)用可以高效制備出組織均勻、無污染半固態(tài)漿體。
[0020]5、適用該方法與裝置能制得初生晶粒更加圓整的半固態(tài)漿料，漿料的半固態(tài)狀態(tài)能保持更長的時(shí)間，生產(chǎn)過程能耗小、成本低、設(shè)備簡單、制漿流程短、工藝參數(shù)容易控制。
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中步驟一的狀態(tài)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中步驟二的狀態(tài)示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中步驟三的狀態(tài)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中超聲波振動(dòng)裝置的構(gòu)造示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中帶外部附加的冷卻系統(tǒng)的構(gòu)造