轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置及制备方法

摘要

本发明公开一种轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置及使用所述装置制备半固态浆料的方法。所述轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置包括熔炼炉、流槽、机械搅拌装置、惰性气体搅拌装置、喷粉装置和加热装置。本发明通过设计结构合理的半固态浆料制备装置，制备半固态浆料的连续性好，有利于应用半固态压铸或挤压铸造成形方法工业化、规模化、连续化地铸造产品。使用本发明所述半固态浆料的制备方法，制备轻合金或轻金属半固态浆料的效率高、能耗少、成本低，所制得的半固态浆料不会产生氧化夹杂，其组织均匀、品质优良。

权利要求

1.一种制备轻合金半固态浆料的方法，其特征在于：该方法使用如下的制备装置：包括熔炼炉、流槽、机械搅拌装置、惰性气体搅拌装置、喷粉装置和加热装置；熔炼炉通过管道与流槽相连接，所述流槽呈六棱柱形且内部具有六棱柱形空腔，流槽上部设有进料口，进料口中设有陶瓷过滤器，流槽下部设有出料口和清理排泄口，出料口中设有定量控制阀，流槽的上方设有盖板；所述机械搅拌装置包括石墨转子、与石墨转子上端相连接的调速电机、与石墨转子下端相连接的搅拌头，调速电机固定设置于流槽上方的盖板上，石墨转子、搅拌头设于流槽的内部空腔中，石墨转子内部具有用于通气的通气腔，搅拌头上具有用于出气的气孔，石墨转子内的通气腔与搅拌头上的气孔相连通；所述惰性气体搅拌装置包括惰性气体供应装置、惰性气体进气管、透气砖，惰性气体供应装置通过惰性气体进气管与透气砖相连接，透气砖固定设置于流槽的底部，惰性气体供应装置还通过惰性气体进气管与石墨转子内的通气腔相连通；所述喷粉装置包括供粉装置和喷粉枪管，供粉装置通过喷粉枪管与流槽的底部相连接，喷粉枪管还与惰性气体供应装置相连接；所述加热装置包括加热元件，加热元件设置于流槽的壁内部；

按以下步骤实施：

①先关闭流槽的进料口和出料口，通过加热装置对流槽进行预热，将流槽烘干；

②然后开启惰性气体供应装置，惰性气体经惰性气体进气管、透气砖从流槽底部连续吹入流槽的内部空腔中，然后打开流槽的进料口，让熔炼炉中完全熔炼成液体的轻合金熔体流经陶瓷过滤器后流入流槽中，从流槽底部连续吹入的惰性气体对轻合金熔体进行连续搅拌；

③开启调速电机，带动石墨转子及搅拌头旋转，通过搅拌头对轻合金熔体进行机械搅拌，同时通过惰性气体进气管将惰性气体输入石墨转子内部的通气腔并从搅拌头上的气孔吹出，对轻合金熔体进行气体搅拌，并保护轻合金熔体不被空气氧化；

④当轻合金熔体充满流槽后，关闭流槽进料口，开启供粉装置，将轻合金粉体或非金属粉体送入喷粉枪管，通过惰性气体供应装置供应的惰性气体把轻合金粉体或非金属粉体喷吹入熔体中，根据液固混合的比例，控制粉体的喷入量和喷入时间；

⑤控制轻合金熔体的温度，当轻合金熔体的温度达到液固两相区时，即制得轻合金半固态浆料。

说明书

轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及轻合金或轻金属半固态浆料的制备技术领域，具体涉及一种轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置及制备方法。

背景技术

[0002] 金属半固态成形技术被誉为21世纪最有前途的金属材料加工技术之一。根据工艺方法的不同，半固态成形技术分为流变成形和触变成形两大类，触变成形需对半固态坯料进行二次加热，造成工艺流程长、成本高，流变成形直接将半固态浆料加工成形，工艺流程短，成本低，具有很大发展潜力。

[0003] 金属半固态浆料的制备技术是金属半固态成形的关键技术。金属半固态制浆方法主要分搅拌法和非搅拌法。搅拌法通常采用机械搅拌或电磁搅拌，通过剧烈搅拌熔体，打碎枝晶，获得半固态浆料，这类方法虽然能够制得半固态浆料，但是经常有氧化夹杂产生，使得后续浆体成型时，产品易造成缺陷。非搅拌法有近液相线铸造法、倾斜板浇注法、化学细化法等，这类方法制得的半固态浆料质量不高，难以大规模制备。

[0004] 近年来，利用气体搅拌制备半固态浆料技术逐步得到应用。泰国Songkla大学的Wannasin等提出用气体搅拌制备铝合金半固态浆料，该方法在通过钻有细小孔洞的石墨棒向合金熔体中通氩气使熔体激冷形核，由气流产生的强烈搅拌破碎了石墨棒附近的枝晶，而且对流所产生的局部熔体过热使得枝晶部分重熔并变得圆整，然后将制得的浆料压铸或挤压铸造成形。授权公告号为CN101875105B的中国专利中公开了一种半固态浆料制备方法和装置，该半固态浆料制备方法通过在旋转石墨棒的基础上加上了机械振动，提出气流搅拌机械振动复合法制取半固态浆料的工艺，并为此设计制造了一套半固态浆料制备装置。

[0005] 现有的利用气体搅拌制备金属半固态浆料的制备装置的不足之处在于：1、在半固态浆料制备过程中，金属熔炼和半固态浆料制备在同一个设备中进行，即在同一个容器中先进行金属熔炼，金属完全熔炼后直接在该容器中进行半固态浆料的制备，完成半固态浆料的制备操作后，需将该半固态浆料移出熔炼容器后再进行下一批次金属熔炼和半固态浆料的制备，制备半固态浆料的连续性差，制备效率低，不利于采用半固态压铸或挤压铸造成形方法工业化、规模化、连续化铸造产品；2、所制备的半固态浆料质量仍然存在提升的空间。

发明内容

[0006] 本发明所解决的技术问题是提供一种轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置及制备方法，该装置结构设计合理，用其制备轻合金或轻金属半固态浆料的连续性好，有利于应用半固态压铸或挤压铸造成形方法规模化、连续化地铸造产品，使用该装置制备轻合金半固态浆料的生产效率高、能耗少、成本低，所制得的半固态浆料不会产生氧化夹杂，其组织均匀、品质优良。

[0007] 本发明所采用的技术方案是：轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置，包括熔炼炉、流槽、机械搅拌装置、惰性气体搅拌装置、喷粉装置和加热装置；熔炼炉通过管道与流槽相连接，所述流槽呈六棱柱形且内部具有六棱柱形空腔，流槽上部设有进料口，进料口中设有陶瓷过滤器，流槽下部设有出料口和清理排泄口，出料口中设有定量控制阀，流槽的上方设有盖板；所述机械搅拌装置包括石墨转子、与石墨转子上端相连接的调速电机、与石墨转子下端相连接的搅拌头，调速电机固定设置于流槽上方的盖板上，石墨转子、搅拌头设于流槽的内部空腔中，石墨转子内部具有用于通气的通气腔，搅拌头上具有用于出气的气孔，石墨转子内的通气腔与搅拌头上的气孔相连通；所述惰性气体搅拌装置包括惰性气体供应装置、惰性气体进气管、透气砖，惰性气体供应装置通过惰性气体进气管与透气砖相连接，透气砖固定设置于流槽的底部，惰性气体供应装置还通过惰性气体进气管与石墨转子内的通气腔相连通；所述喷粉装置包括供粉装置和喷粉枪管，供粉装置通过喷粉枪管与流槽的底部相连接，喷粉枪管还与惰性气体供应装置相连接；所述加热装置包括加热元件，加热元件设置于流槽的外壁内部。

[0008] 使用上述轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置制备半固态浆料的方法，按以下步骤实施：

[0009] ①先关闭流槽的进料口和出料口，通过加热装置对流槽进行预热，将流槽烘干；

[0010] ②然后开启惰性气体供应装置，惰性气体经惰性气体进气管、透气砖从流槽底部连续吹入流槽的内部空腔中，然后打开流槽的进料口，让熔炼炉中完全熔炼成液体的轻合金或轻金属熔体流经陶瓷过滤器后流入流槽中，从流槽底部连续吹入的惰性气体对轻合金或轻金属熔体进行进行连续搅拌；

[0011] ③开启调速电机，带动石墨转子及搅拌头旋转，通过搅拌头对轻合金或轻金属熔体进行机械搅拌，同时通过惰性气体进气管将惰性气体输入石墨转子内部的通气腔并从搅拌头上的气孔吹出，对轻合金或轻金属熔体进行气体搅拌，并保护轻合金或轻金属熔体不被空气氧化；

[0012] ④当轻合金或轻金属熔体充满流槽后，关闭流槽进料口，开启供粉装置，将轻合金粉体或轻金属粉体或非金属粉体送入喷粉枪管，通过惰性气体供应装置供应的惰性气体把轻合金粉体或轻金属粉体或非金属粉体喷吹入熔体中，根据液固混合的比例，控制粉体的喷入量和喷入时间；

[0013] ⑤控制轻合金或轻金属熔体的温度，当轻合金熔体的温度达到液固两相区时，即制得轻合金或轻金属半固态浆料。

[0014] 本发明的有益效果是：1、本发明通过设计结构合理的半固态浆料制备装置，在制备轻合金或轻金属半固态浆料时，轻合金或轻金属在熔炼炉中完全熔炼成液体后，让熔体流入流槽中，在流槽中完成半固态浆料的制备，制备半固态浆料的连续性好，有利于应用半固态压铸或挤压铸造成形方法规模化、连续化地铸造产品；2、本发明设计的流槽呈六棱柱形结构且内部具有六棱柱形空腔，在熔体机械搅拌过程中，熔体与流槽的内壁相碰撞后能产生剪切效果，从而能提高熔体搅拌的均匀效果，有利于提高半固态浆料质量；3、本发明不但能通过透气砖从流槽底部连续吹入惰性气体对轻合金或轻金属熔体进行气体搅拌，还能通过搅拌头上的气孔吹出惰性气体对轻合金或轻金属熔体进行气体搅拌，结合机械搅拌装置，保持对流槽内熔体的良好剪切作用，能有效打断和碎离形核过程中的树枝晶，并使所形成的晶核更加圆整化，促使凝固的枝晶形成球状晶，有利于提高半固态浆料质量；4、本发明通过设计喷粉装置，通过惰性气体把轻合金或轻金属粉体，或其它相应具有细化或变质效果的非金属粉体吹到熔体中，用于增加半固态材料形核的晶核，并能使粉体材料在合金熔体中的扩散更为快速、分布更为均匀，从而获得更为理想的半固态浆料，同时由于粉体的熔解吸热，可对其周围的熔体产生快速降温，使得轻合金或轻金属熔体的过冷度增大，晶粒形核功减小，有利于晶粒形核；5、使用本发明所述轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置及制备方法，制备轻合金或轻金属半固态浆料的效率高、能耗少、成本低，所制得的半固态浆料不会产生氧化夹杂，其组织均匀、品质优良。

附图说明

[0015] 图1为本发明轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置的结构示意图。

[0016] 图2为本发明轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置的俯视结构示意图。

[0017] 符号说明：1-熔炼炉；2-惰性气体进气管A；3-陶瓷过滤器；4-进料口；5-石墨转子；6-盖板；7-流槽；8-加热元件；9-出料口；10-定量控制阀；11-成型设备；12-熔体；13-透气砖；14-喷粉枪管；15-惰性气体进气管B；16-供粉装置；17-惰性气体供应装置；18-清理排泄口；19-调速电机；20-搅拌头。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。

[0019] 一种轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置，如图1、图2所示，包括熔炼炉1、流槽7、机械搅拌装置、惰性气体搅拌装置、喷粉装置和加热装置。熔炼炉1通过管道与流槽7相连接，所述流槽7呈六棱柱形且内部具有六棱柱形空腔，流槽7上部设有进料口4，进料口4中设有陶瓷过滤器3，流槽7下部设有出料口9和清理排泄口18，出料口9中设有定量控制阀10，流槽7的上方设有盖板6。所述机械搅拌装置包括石墨转子5、与石墨转子5上端相连接的调速电机19、与石墨转子5下端相连接的搅拌头20，调速电机19固定设置于流槽7上方的盖板6上，石墨转子5、搅拌头20设于流槽7的内部空腔中，石墨转子5内部具有用于通气的通气腔，搅拌头20上具有用于出气的气孔，石墨转子5内的通气腔与搅拌头20上的气孔相连通。所述惰性气体搅拌装置包括惰性气体供应装置17、惰性气体进气管B15、透气砖13、惰性气体进气管A2，惰性气体供应装置17通过惰性气体进气管B15与透气砖13相连接，透气砖13设于流槽7的底部，惰性气体供应装置17还通过惰性气体进气管A2与石墨转子5内的通气腔相连通。所述喷粉装置包括供粉装置16和喷粉枪管14，供粉装置16通过喷粉枪管14与流槽7的底部相连接，喷粉枪管14还与惰性气体供应装置17相连接。所述加热装置包括加热元件8，加热元件8设于流槽7的外壁内部。

[0020] 使用上述轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置制备轻合金半固态浆料的方法，按以下步骤实施：

[0021] ①先关闭流槽7的进料口4和出料口9，通过加热装置对流槽7进行预热，将流槽7烘干；

[0022] ②然后开启惰性气体供应装置17，惰性气体经惰性气体进气管B15、透气砖13从流槽7底部连续吹入流槽7的内部空腔中，然后打开流槽7的进料口4，让熔炼炉1中完全熔炼成液体的轻合金或轻金属熔体流经陶瓷过滤器3后流进流槽7中，从流槽7底部连续吹入惰性气体对轻合金或轻金属熔体12进行连续搅拌；

[0023] ③开启调速电机19，带动石墨转子5和搅拌头20旋转，通过搅拌头20对轻合金或轻金属熔体12机械搅拌，同时通过惰性气体进气管A2将惰性气体输入石墨转子5内部的通气腔并从搅拌头20上的气孔吹出，对轻合金或轻金属熔体12进行气体搅拌，并保护轻合金或轻金属熔体不被空气氧化；

[0024] ④当轻合金或轻金属熔体12充满流槽时，关闭进料口4，开启供粉装置16，将轻合金粉体或轻金属粉体或非金属粉体送入喷粉枪管14，通过惰性气体供应装置17供应的惰性气体把轻合金粉体或轻金属粉体，或其它相应具有细化或变质效果的非金属粉体喷吹入轻合金或轻金属熔体熔体12中，根据液固混合的比例，控制粉体的喷入量和喷入时间；

[0025] ⑤控制轻合金或轻金属熔体的温度，当轻合金或轻金属熔体的温度达到液固两相区内，即制得轻合金或轻金属半固态浆料，通过定量控制阀10控制半固态浆料流入成型设备11中铸造产品。