專利名稱：氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬半固態(tài)漿料制備裝置，尤其涉及一種專用于鎂合金的氣體攪拌制備半固態(tài)漿料裝置，屬于金屬材料及冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬半固態(tài)成形技術(shù)與傳統(tǒng)成形方法相比，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如近終凈形成形、模具壽命長(zhǎng)、能耗低、可熱處理等，被譽(yù)為21世紀(jì)最具前途的金屬材料加工技術(shù)之一。根據(jù)工藝方法的不同，半固態(tài)成形技術(shù)分為流變成形和觸變成形兩大類。觸變成形技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量易于控制，已在工業(yè)上得到應(yīng)用，但該技術(shù)需對(duì)半固態(tài)坯料進(jìn)行二次加熱，造成工藝流程長(zhǎng)、成本高。流變成形直接將半固態(tài)漿料加工成形，工藝流程短，成本低，具有很大發(fā)展?jié)摿?，是目前研究的熱點(diǎn)。制備高質(zhì)量的半固態(tài)漿料是半固態(tài)流變成形的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。半固態(tài)制漿方法主要分為兩大類，即攪拌法和非攪拌法。攪拌法通常采用機(jī)械攪拌或電磁攪拌，通過(guò)劇烈攪拌熔體，打碎枝晶，獲得半固態(tài)漿料。非攪拌法有近液相線鑄造法、傾斜板澆注法、化學(xué)細(xì)化法等，依靠控制熔體的形核和長(zhǎng)大過(guò)程，獲得半固態(tài)漿料。這兩類方法都存在自身的局限性攪拌法能耗高，工作效率低，易引起氧化夾雜；非攪拌法制備半固態(tài)漿料質(zhì)量一般，難以大規(guī)模制備。鎂合金是目前密度最小的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比剛度和比強(qiáng)度高、電磁屏蔽性能好等優(yōu)點(diǎn)，在半固態(tài)成形領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。但鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，易于氧化燃燒，不適于進(jìn)行劇烈攪拌，而非攪拌法制備的鎂合金半固態(tài)漿料質(zhì)量又不盡如人意，因此開發(fā)新的適用于鎂合金的半固態(tài)漿料制備裝置非常關(guān)鍵。Mannasin等提出用氣體攪拌制備招合金半固態(tài)衆(zhòng)料(J. ffannasin, R. A. Martinez,M. C. Flemings. Grain refinement of an aluminum alloy by introducing gas bubblesduring solidification. Scripta Materialia, 2006, 55 :115-118.)。該方法在液相線附近將石墨做成的氣體擴(kuò)散器深入熔體內(nèi)部，通入一定時(shí)間的氬氣，待熔體冷卻至預(yù)定溫度即獲得半固態(tài)漿料。在該方法中，通入熔體的氣體和氣體擴(kuò)散器本身造成局部過(guò)冷促進(jìn)熔體形核，氣體在熔體中運(yùn)動(dòng)打碎最初形成的枝晶，帶動(dòng)晶核在熔體中分布均勻，氣流僅有輕微攪拌作用，不容易造成氧化夾雜和熔體污染。該方法處理時(shí)間短，效果顯著，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，適合實(shí)驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用。這一制漿思路可應(yīng)用到鎂合金半固態(tài)制漿，但是目前尚未見到專用于鎂合金的氣體攪拌半固態(tài)制漿裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置，在氣體攪拌的基礎(chǔ)上，將氣體攪拌、局部激冷和弱機(jī)械攪拌復(fù)合作用，大幅度提高制備鎂合金半固態(tài)漿料的質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)鎂合金半固態(tài)漿料的優(yōu)質(zhì)、高效制備。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案解決其技術(shù)問題—種氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置，其包括加熱保溫裝置、攪拌氣體輸入裝置和攪拌裝置，其中，加熱保溫裝置容納并保溫所述鎂合金熔體，攪拌氣體輸入裝置連接攪拌裝置并向之輸入攪拌氣體，攪拌裝置位于加熱保溫裝置正上方且伸入加熱保溫裝置。所述加熱保溫裝置包括坩堝、熱電偶和電阻爐，其中，坩堝設(shè)置于電阻爐中，熱電偶插入坩堝內(nèi)且監(jiān)測(cè)鎂合金熔體溫度。所述攪拌氣體輸入裝置包括氬氣鋼瓶、減壓閥、流量計(jì)和用于去除水分的干燥罐， 氬氣鋼瓶經(jīng)減壓閥連接干燥罐，干燥罐通過(guò)流量計(jì)連接攪拌裝置。所述攪拌裝置包括立柱、上平臺(tái)、下平臺(tái)、絲桿、滑輪、提升機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)軸和氣體噴頭，其中，上平臺(tái)和下平臺(tái)均為水平的平臺(tái)，上平臺(tái)固定在立柱的頂端，下平臺(tái)位于上平臺(tái)的下方且活動(dòng)地穿置于立柱上形成框架結(jié)構(gòu)，上、下平臺(tái)之間通過(guò)絲桿連接，提升機(jī)固定安裝在上平臺(tái)上，該提升機(jī)連接絲桿并驅(qū)動(dòng)絲桿帶動(dòng)下平臺(tái)沿立柱上下運(yùn)動(dòng)，滑輪裝置于立柱的底部，傳動(dòng)軸垂直地穿過(guò)上、下平臺(tái)并且軸向固定于下平臺(tái)上，該傳動(dòng)軸為中空結(jié)構(gòu)，頂端與攪拌氣體輸入裝置連接，底端連接安裝氣體噴頭，該氣體噴頭上開有若干用于通氣的小孔，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)固定在下平臺(tái)上并且通過(guò)鏈條帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明將氣體攪拌應(yīng)用于鎂合金半固態(tài)制漿，提供了專用于鎂合金的氣體攪拌制漿裝置，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊合理、使用安全、操作方便，制備的鎂合金半固態(tài)漿料質(zhì)量好，而且成本低、生產(chǎn)效率高。本發(fā)明所述的氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置能夠高效、快速地制備鎂合金半固態(tài)漿料，是鎂合金半固態(tài)制漿的理想裝置，有較大推廣應(yīng)用價(jià)值。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I-坩堝，2-熱電偶，3-電阻爐，4-氬氣鋼瓶，5-減壓閥，6-干燥罐，7-流量計(jì)，8-立柱，9-上平臺(tái)，10-下平臺(tái)，11-絲桿，12-滑輪，13-提升機(jī)，14-轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，15-傳動(dòng)軸，16-氣體噴頭。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述的實(shí)施例。如圖I所示，本實(shí)施例包括加熱保溫裝置、攪拌氣體輸入裝置和攪拌裝置，其中，加熱保溫裝置容納并保溫所述鎂合金熔體，攪拌氣體輸入裝置連接攪拌裝置，攪拌氣體從攪拌氣體輸入裝置中輸出后經(jīng)軟管輸入攪拌裝置，攪拌裝置位于加熱保溫裝置正上方，并且伸入加熱保溫裝置而能夠深入熔體。所述加熱保溫裝置在鎂合金熔煉和處理過(guò)程中起加熱、保溫作用，并監(jiān)測(cè)和控制熔體溫度，其包括坩堝I、熱電偶2和電阻爐3 ;其中，坩堝I設(shè)置于電阻爐3中，熱電偶2插入坩堝I內(nèi)的熔體中，以監(jiān)測(cè)鎂合金熔體的溫度。所述攪拌氣體輸入裝置用于向攪拌裝置提供一定流量的干燥氬氣，其包括氬氣鋼瓶4、減壓閥5、干燥罐6和流量計(jì)7，各部分之間以軟管連接。所述氬氣鋼瓶4經(jīng)減壓閥5連接干燥罐6，該減壓閥5對(duì)從氬氣鋼瓶4流出的氬氣進(jìn)行減壓，所述干燥罐6用于去除氬氣中的水分，避免水分對(duì)鎂合金熔體質(zhì)量的影響，該干燥罐6通過(guò)流量計(jì)7連接攪拌裝置，該流量計(jì)7用于調(diào)節(jié)氣流大小，確保氣流連續(xù)穩(wěn)定輸出。所述攪拌裝置包括立柱8、上平臺(tái)9、下平臺(tái)10、絲桿11、滑輪12、提升機(jī)13、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)14、傳動(dòng)軸15和氣體噴頭16。所述上平臺(tái)9和下平臺(tái)10均為水平的矩形平臺(tái)，所述四根立柱8分別直立地穿過(guò)上平臺(tái)9和下平臺(tái)10的四個(gè)角形成框架結(jié)構(gòu)，該上平臺(tái)9固定在立柱8的頂端，所述下平臺(tái)10位于上平臺(tái)9的下方，并且活動(dòng)地穿置于立柱8上，該下平臺(tái)10可沿立柱8上下運(yùn)動(dòng)，該上平臺(tái)9與下平臺(tái)10之間通過(guò)絲桿11連接。所述提升機(jī)13固定安裝在上平臺(tái)9上并與絲桿11連接，該提升機(jī)13驅(qū)動(dòng)絲桿11進(jìn)而帶動(dòng)下平臺(tái)10沿立柱上下運(yùn)動(dòng)，以控制下平臺(tái)10的高度，從而控制傳動(dòng)軸15和氣體噴頭16的高度。所述立柱8的底部裝置有滑輪12，便于移動(dòng)。所述傳動(dòng)軸15垂直地穿過(guò)上平臺(tái)9和下平臺(tái)10的中心位置，并且軸向固定于下平臺(tái)10上，從而傳動(dòng)軸15能夠隨下平臺(tái)10—起上下移動(dòng)；該傳動(dòng)軸15為中空結(jié)構(gòu)以作為氬氣通道，該傳動(dòng)軸15頂端與攪拌氣體輸入裝置的氬氣輸入軟管連接，其底端連接安裝氣體噴頭16，該氣體噴頭16上開有若干用于通氣的小孔，氬氣從輸入軟管輸入后，經(jīng)傳動(dòng)軸15中的空腔從氣體噴頭16上的小孔中流出，形成氣泡。所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)14固定在下平臺(tái)10上，通過(guò)鏈條帶動(dòng)傳動(dòng)軸15旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。所述傳動(dòng)軸15具有非常重要的功能一方面，傳動(dòng)軸15由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)14帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)傳遞給傳動(dòng)軸15底端的氣體噴頭16,有利于氣體噴頭16噴出的氣泡在熔體中更均勻分布；另一方面，傳動(dòng)軸15本身為中空結(jié)構(gòu)，用作為輸送氬氣的通道。本發(fā)明工作時(shí)，氬氣從旋轉(zhuǎn)的氣體噴頭16中噴出形成氣泡，氣泡在熔體中的運(yùn)動(dòng)以及傳動(dòng)軸15的旋轉(zhuǎn)均能引起熔體攪拌，促進(jìn)對(duì)流；同時(shí)，氣體噴頭16和氬氣的溫度低于熔體溫度，起到局部激冷作用。工作過(guò)程中,氣體攪拌、局部激冷和弱機(jī)械攪拌作用同時(shí)發(fā)生，促進(jìn)晶核的形成和游離。其具體實(shí)施步驟如下I、在所述加熱保溫裝置中對(duì)鎂合金進(jìn)行常規(guī)的熔化、精煉，將精煉后得到的熔體在鎂合金液相線以上15°C靜置保溫；2、移動(dòng)所述攪拌裝置至電阻爐3的上方，控制提升機(jī)13，降低下平臺(tái)10的高度，使傳動(dòng)軸15和氣體噴頭16降至液面附近預(yù)熱，打開氬氣鋼瓶4上的減壓閥5，調(diào)節(jié)流量計(jì)7使氬氣達(dá)到預(yù)定流量，氬氣從氣體噴頭16中噴出；3、進(jìn)一步降低下平臺(tái)10的高度，使氣體噴頭16和傳動(dòng)軸15下端深入熔體，開啟轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)14使傳動(dòng)軸15和氣體噴頭16旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，攪拌處理一定時(shí)間；4、攪拌結(jié)束后，關(guān)閉轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)14，控制提升機(jī)13使氣體噴頭16脫離熔體，移走攪拌裝置，關(guān)閉減壓閥5，控制坩堝I內(nèi)的熔體冷卻至預(yù)定溫度，獲得半固態(tài)漿料。本發(fā)明的一個(gè)重要部分是攪拌裝置，其作用是利用氣體噴頭16在鎂合金熔體中吹入氬氣，產(chǎn)生的氣泡在上浮過(guò)程中促進(jìn)晶核的形成和游離；同時(shí)氣體噴頭16和傳動(dòng)軸15本身具有激冷作用，能夠促進(jìn)熔體局部過(guò)冷形核；此外，氣體噴頭16和傳動(dòng)軸15的旋轉(zhuǎn)具有弱機(jī)械攪拌作用，有助于熔體對(duì)流，能夠進(jìn)一步促進(jìn)有效晶核的形成和游離。本發(fā)明通過(guò)氣體攪拌、局部激冷和弱機(jī)械攪拌相結(jié)合，大幅度提高鎂合金半固態(tài)漿料的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)鎂合金半固態(tài)漿料的優(yōu)質(zhì)、高效制備。 以AZ91D鎂合金半固態(tài)漿料制備過(guò)程為例，AZ91D合金的液相線為595°C，固相線為470°C。在加熱保溫裝置中對(duì)AZ91D合金進(jìn)行熔煉和精煉，全程用SF6和CO2混合氣體對(duì)熔體進(jìn)行保護(hù)，防止其氧化燃燒；精煉完成后，設(shè)定熔體在610°C靜置保溫，使熔體內(nèi)部溫度和溶質(zhì)分布均勻化。移動(dòng)攪拌裝置至加熱保溫裝置正上方，控制提升機(jī)13使傳動(dòng)軸15和氣體噴頭16降至液面附近預(yù)熱；攪拌開始前，首先打開氬氣鋼瓶4上的減壓閥5，氬氣流經(jīng)干燥罐6去除所含水分，調(diào)節(jié)流量計(jì)7讀數(shù)為lL/min，最終氬氣從氣體噴頭16噴出。進(jìn)一步降低下平臺(tái)10高度，使氣體噴頭16和傳動(dòng)軸15下端深入熔體，開啟轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)14使傳動(dòng)軸15和氣體噴頭16旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為100r/min ;攪拌時(shí)，氣體噴頭16、傳動(dòng)軸15下端以及噴出的氬氣其溫度均低于熔體溫度，造成局部激冷，促進(jìn)熔體形核，氣泡上升和傳動(dòng)軸15旋轉(zhuǎn)均具有攪拌作用，引起熔體對(duì)流，破 碎初生枝晶，促進(jìn)晶核在熔體內(nèi)游離，實(shí)現(xiàn)晶核有效增殖，攪拌持續(xù)2min。然后關(guān)閉轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)14，此時(shí)熔體溫度約為590°C，控制提升機(jī)13使氣體噴頭16脫離熔體，移走攪拌裝置，關(guān)閉減壓閥5，待坩堝I內(nèi)的熔體冷卻至預(yù)定溫度，即獲得半固態(tài)漿料，可直接用于流變成形。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊合理，思路新穎，將氣體攪拌應(yīng)用于鎂合金半固態(tài)制漿，設(shè)計(jì)出專用于鎂合金的氣體攪拌制漿裝置。整個(gè)系統(tǒng)使用安全，操作方便。處理后的鎂合金半固態(tài)漿料質(zhì)量好，而且成本低,生產(chǎn)效率高。
權(quán)利要求
1.一種氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置，其特征在于包括加熱保溫裝置、攪拌氣體輸入裝置和攪拌裝置，其中，加熱保溫裝置容納并保溫所述鎂合金熔體，攪拌氣體輸入裝置連接攪拌裝置并向之輸入攪拌氣體，攪拌裝置位于加熱保溫裝置正上方且伸入加熱保溫裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置，其特征在于所述加熱保溫裝置包括坩堝、熱電偶和電阻爐，其中，坩堝設(shè)置于電阻爐中，熱電偶插入坩堝內(nèi)且監(jiān)測(cè)鎂合金熔體溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置，其特征在于所述攪拌氣體輸入裝置包括氬氣鋼瓶、減壓閥、流量計(jì)和用于去除水分的干燥罐，氬氣鋼瓶經(jīng)減壓閥連接干燥罐，干燥罐通過(guò)流量計(jì)連接攪拌裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置，其特征在于所述攪拌裝置包括立柱、上平臺(tái)、下平臺(tái)、絲桿、滑輪、提升機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)軸和氣體噴頭，其中，上平臺(tái)和下平臺(tái)均為水平的平臺(tái)，上平臺(tái)固定在立柱的頂端，下平臺(tái)位于上平臺(tái)的下方且活動(dòng)地穿置于立柱上形成框架結(jié)構(gòu)，上、下平臺(tái)之間通過(guò)絲桿連接，提升機(jī)固定安裝在上平臺(tái)上，該提升機(jī)連接絲桿并驅(qū)動(dòng)絲桿帶動(dòng)下平臺(tái)沿立柱上下運(yùn)動(dòng)，滑輪裝置于立柱的底部，傳動(dòng)軸垂直地穿過(guò)上、下平臺(tái)并且軸向固定于下平臺(tái)上，該傳動(dòng)軸為中空結(jié)構(gòu)，頂端與攪拌氣體輸入裝置連接，底端連接安裝氣體噴頭，該氣體噴頭上開有若干用于通氣的小孔，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)固定在下平臺(tái)上并且通過(guò)鏈條帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種氣體攪拌制備鎂合金半固態(tài)漿料裝置，其包括加熱保溫裝置、攪拌氣體輸入裝置和攪拌裝置，其中，加熱保溫裝置容納并保溫所述鎂合金熔體，攪拌氣體輸入裝置連接攪拌裝置并向之輸入攪拌氣體，攪拌裝置位于加熱保溫裝置正上方且伸入加熱保溫裝置。本發(fā)明將氣體攪拌應(yīng)用于鎂合金半固態(tài)制漿，通過(guò)氣體攪拌、局部激冷和弱機(jī)械攪拌三種作用相結(jié)合，大幅度提高鎂合金半固態(tài)漿料的質(zhì)量，所述裝置結(jié)構(gòu)緊湊合理、使用安全、操作方便，制備的鎂合金半固態(tài)漿料質(zhì)量好、成本低，能用于鎂合金半固態(tài)漿料的高效、快速地制備，尤其適用于鎂合金半固態(tài)流變成形。
文檔編號(hào)C22C1/00GK102620575SQ20121011138
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者丁文江, 劉文才, 吳國(guó)華, 張揚(yáng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)