一種錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置，屬于材料科學【技術領域】。結構包括熔煉系統(tǒng)、振動系統(tǒng)和漿料收集系統(tǒng)；振動系統(tǒng)的主體是帶振動的圓錐形錐體，錐體豎直放置，上端通過導漿口與熔煉系統(tǒng)相連，下端通過漿料收集系統(tǒng)收集制備好的漿料。裝置結構簡單，容易組裝，有效控制金屬液的形核和晶粒生長速度，所得合金半固態(tài)漿料組織更均勻，成形材料性能更高。
【專利說明】一種錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置，屬于材料科學【技術領域】。
【背景技術】
[0002]半固態(tài)成形技術分為觸變成形和流變成形，觸變成形由于可靠的可控性而受到極大的關注，自提出以來，許多研究者對其進行了深入的研究，因此該技術得到了快速發(fā)展，但經(jīng)過幾十年實踐證明其存在諸如成本高、效率低、能耗高、廢料無法直接回收等缺點，很大程度上限制其廣泛商業(yè)應用。流變成形由于具有成本低，效率高，廢料可直接回收等優(yōu)點而重新受到研究者的關注，流變成形主要有傳統(tǒng)的機械和電磁攪拌式流變鑄造、射室制備漿料流變鑄造、單螺旋機械攪拌式流變鑄造、雙螺旋機械攪拌式流變鑄造、低過熱度澆注和弱機械攪拌式流變鑄造、低過熱度傾斜板澆注式流變鑄造等。日本的UBE公司首先申請了傾斜板技術的專利，稱之為New Rheocasting,簡稱NRC。東北大學管仁國等人發(fā)明了波浪傾斜板，并在傾斜板上加裝震動裝置，所制得的半固態(tài)金屬漿料顆粒圓整度，均勻度都有所提高；北京科技大學毛衛(wèi)民等發(fā)明了蛇形通道和倒錐形通道澆注方法制備了半固態(tài)鋁合金漿料；北京科技大學康永林等人發(fā)明轉筒式半固態(tài)流變成形技術(中國專利申請?zhí)?1109074.X，2001)，并得到了小規(guī)模的商業(yè)應用；南昌大學楊湘杰等人發(fā)明了傾斜圓筒法制備半固態(tài)金屬衆(zhòng)料技術；Sinan Kandemir等使用超聲振動法制備了 A201招合金半固態(tài)漿料；浙江大學劉文等提出一種橢圓旋扭管反復凝熔法制備半固態(tài)合金漿料；華中科技大學王文俊等人發(fā)明了氣流攪拌振動復合法半固態(tài)漿料制備裝置；昆明理工大學周榮鋒等人發(fā)明了傾斜板制備技術即過流冷卻技術。以上所提到的流變成形技術都取得了一定的成功，但所制得半固態(tài)金屬漿料組織仍存在細化不足和均勻度不高等問題，因此在制漿方法及其裝置上仍需進一步改進。
[0003]制備半固態(tài)漿料的關鍵在于控制金屬液晶粒的形核與長大，在短時間大量形核并抑制晶?？焖匍L大才能使組織更加細化均勻。從促進金屬液結晶形核，控制晶粒長大入手，本實用新型提出了一種錐體激冷形核大量結晶并振動細化制備半固態(tài)漿料的方法及其裝置。

【發(fā)明內容】

[0004]為了促使金屬液在凝固過程中大量結晶形核，同時又控制晶粒的長大，本實用新型提供一種錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置。
[0005]本實用新型的結構包括熔煉系統(tǒng)、振動系統(tǒng)和漿料收集系統(tǒng)；振動系統(tǒng)的主體是帶振動的圓錐形錐體5，錐體5豎直放置、上端通過導漿口 3與熔煉系統(tǒng)相連、下端通過漿料收集系統(tǒng)收集制備好的漿料。
[0006]所述錐體5內部為空心結構，并設有冷卻液循環(huán)通道6，控制錐體的溫度，有利于形核。錐體的材質為鋼、銅、石墨或其他復合傳熱材質，錐體內部設有冷卻循環(huán)系統(tǒng)，持續(xù)帶走金屬液凝固過程釋放的熱量，保持錐體處于低溫，保持金屬液具有一定過冷度，實現(xiàn)持續(xù)制漿。
[0007]所述錐體5的底端有通過頂桿7連接的凸輪8，凸輪8轉動帶動錐體振動。在錐體底部設有振動電機，使錐體不斷振動，促進漿料的流動同時也進一步細化內部晶粒，振動頻率為 5Hz ?IOOOHz ο
[0008]所述漿料收集系統(tǒng)的形狀與后續(xù)加工半固態(tài)裝置的結構匹配，例如附圖1中所示，為“V”字型，下端設有漿料出口，內壁設有保溫層11。
[0009]所述漿料收集系統(tǒng)和錐體5有加熱、保溫裝置和氣體保護裝置。如圖所示，漿料收集系統(tǒng)和錐體5固定在支架10上，漿料收集系統(tǒng)外部有加熱元件9加熱，整個支架有隔熱層4保溫，隔熱層4設有氣體保護通道12，為隔熱層內部填充惰性氣體防氧化。在錐體周圍設有漿料收集系統(tǒng)，收集系統(tǒng)內設有加熱元件，可對漿料進行適當?shù)谋?，使已為半固態(tài)的漿料內部晶粒熟化、增殖，提高組織的均勻性。在整個制漿過程施加惰性氣體保護，防止?jié){料氧化而產(chǎn)生雜質，避免漿料性能的下降。
[0010]所述熔煉系統(tǒng)的主體為保溫爐2，內部有塞桿I控制保溫爐底端的熔體開關，開關對準導漿口 3，通過導漿口 3導流至錐體4的頂端。對熔體進行適當保溫使熔體內部溫度更加均勻，減少因熔體本身不均勻對制備漿料質量的影響，熔體通過導流系統(tǒng)流到錐體頂部，保持一定的液面高度，在大量形核的同時保持良好流動性。
[0011]本裝置的使用方法是將金屬液導流到錐體上，在錐體頂端激冷作用下，使金屬液形成一定的過冷度，使金屬液大量形核，形核后在重力和振動作用下金屬液沿著錐體過流，過流中金屬液為一定厚度的金屬薄膜，有效防止晶粒的快速長大，從而使晶粒更加細化圓整，最后經(jīng)收集器將漿料收集，可直接與后續(xù)成形工藝如擠壓鑄造等連接制備性能優(yōu)異的器件。
[0012]本實用新型的原理是:從金屬液凝固過程中的熱力學和動力學條件入手，利用錐體的激冷作用，使金屬液形成一定的過冷度，促進金屬液大量形核，形核后漿料沿著錐面過流，形成一定厚度的金屬液膜，在熔體重力和振動的作用下，晶粒不斷破碎、游離，在促進形核的同時又合理抑制晶粒的生長，最后制得組織優(yōu)良的半固態(tài)漿料。
[0013]本實用新型的有益效果是，裝置結構簡單，容易組裝，有效控制金屬液的形核和晶粒生長速度，所得合金半固態(tài)漿料組織更均勻，成形材料性能更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的裝置結構示意圖；
[0015]圖2是本實用新型實施例1錐體振動處理前的金相組織圖；
[0016]圖3是本實用新型實施例1錐體振動處理后的金相組織圖；
[0017]圖4是本實用新型實施例2錐體振動處理前的金相組織圖；
[0018]圖5是本實用新型實施例2錐體振動處理后的金相組織圖。
[0019]圖中各標號為:1_塞桿，2-保溫爐，3-導漿口，4_隔熱層，5-錐體，6-冷卻液循環(huán)通道，7-頂桿，8-凸輪，9-加熱元件，10-支架，11-保溫層，12-氣體保護通道。
【具體實施方式】[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本實用新型作進一步說明。
[0021]實施方式一:如圖1所示，本實施方式的錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置的結構包括熔煉系統(tǒng)、振動系統(tǒng)和漿料收集系統(tǒng)；振動系統(tǒng)的主體是帶振動的圓錐形錐體5，錐體5豎直放置，上端通過導漿口 3與熔煉系統(tǒng)相連，下端通過漿料收集系統(tǒng)收集制備好的漿料。錐體5內部為空心結構，并設有冷卻液循環(huán)通道6，控制錐體的溫度，有利于形核。錐體的材質為鋼、銅、石墨或其他復合傳熱材質，錐體內部設有冷卻循環(huán)系統(tǒng)，持續(xù)帶走金屬液凝固過程釋放的熱量，保持錐體處于低溫，保持金屬液具有一定過冷度，實現(xiàn)持續(xù)制漿。錐體5的底端有通過頂桿7連接的凸輪8，凸輪8轉動帶動錐體振動。在錐體底部設有振動電機，使錐體不斷振動，促進漿料的流動同時也進一步細化內部晶粒，振動頻率為5Hz?1000Hz。所述漿料收集系統(tǒng)為“V”字型，下端設有漿料出口，內壁設有保溫層11。漿料收集系統(tǒng)和錐體5固定在支架10上，漿料收集系統(tǒng)和錐體5外部有加熱元件9加熱、隔熱層4保溫，隔熱層4設有氣體保護通道12，為隔熱層內部填充惰性氣體防氧化。熔煉系統(tǒng)的主體為保溫爐2，內部有塞桿I控制保溫爐底端的熔體開關，開關對準導漿口 3，通過導漿口 3導流至錐體5的頂端。
[0022]本裝置的使用方法為:將采用傳統(tǒng)熔煉方法制備的A356鋁合金(液相溫度線613°C，固相線溫度577°C)導入保溫爐中在低過熱(630°C)保溫30分鐘，以1.3*10_5m3/S的澆注速度澆注到高度為500mm，錐度為30°，振動頻率為50Hz的鋼質錐體上，錐體內通入冷卻循環(huán)水，漿料收集系統(tǒng)溫度為585°C，并通入保護氣體凡，熔體經(jīng)錐體形核、過流以及在收集系統(tǒng)中增殖、熟化，流入石墨坩堝內，即得到組織細小、圓整的半固態(tài)鋁合金漿料。如圖2?3所示。
[0023]實施方式二:如圖1所示，本實施方式的錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置的結構包括熔煉系統(tǒng)、振動系統(tǒng)和漿料收集系統(tǒng)；振動系統(tǒng)的主體是帶振動的圓錐形錐體5，錐體5豎直放置，上端通過導漿口 3與熔煉系統(tǒng)相連，下端通過漿料收集系統(tǒng)收集制備好的漿料。錐體5內部為空心結構，并設有冷卻液循環(huán)通道6，控制錐體的溫度，有利于形核。錐體5的底端有通過頂桿7連接的凸輪8，凸輪8轉動帶動錐體振動。在錐體底部設有振動電機，使錐體不斷振動，促進漿料的流動同時也進一步細化內部晶粒，振動頻率為5Hz?1000Hz。漿料收集系統(tǒng)和錐體5固定在支架10上，漿料收集系統(tǒng)和錐體5外部有加熱元件9加熱、隔熱層4保溫，隔熱層4設有氣體保護通道12。
[0024]本裝置的使用方法為:將采用傳統(tǒng)熔煉方法制備的Al_25%Si鋁合金(液相溫度線778°C，固相線溫度577°C)導入保溫爐中在低過熱(790°C)保溫30分鐘，以2.5*10_5m3/S的澆注速度澆注到高度為450mm，錐度為35°，振動頻率為70Hz的銅質錐體上，錐體內通入冷卻循環(huán)水，漿料收集系統(tǒng)溫度為常溫，并通入保護氣體Ar，熔體經(jīng)錐體形核、過流，流入銅質模具內，進行水淬，即得到組織細小、圓整的半固態(tài)鋁合金漿料，初生硅尺寸為20 μ m，形狀因子為0.8。如圖4?5所示。
[0025]以上結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置，包括熔煉系統(tǒng)、振動系統(tǒng)和漿料收集系統(tǒng)，其特征在于:振動系統(tǒng)的主體是帶振動的圓錐形錐體(5)，錐體(5)豎直放置、上端通過導漿口(3)與熔煉系統(tǒng)相連、下端通過漿料收集系統(tǒng)收集制備好的漿料。
2.根據(jù)權利要求1所述的錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置，其特征在于:所述錐體(5)內部為空心結構，并設有冷卻液循環(huán)通道(6)。
3.根據(jù)權利要求1所述的錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置，其特征在于:所述錐體(5)的底端有通過頂桿(7)連接的凸輪(8)，凸輪(8)轉動帶動錐體(5)振動。
4.根據(jù)權利要求1所述的錐體振動制備半固態(tài)合金漿料的裝置，其特征在于:所述漿料收集系統(tǒng)和錐體(5 )有加熱、保溫裝置和氣體保護裝置。
【文檔編號】B22D27/04GK203426420SQ201320476258
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權日:2013年8月6日
【發(fā)明者】周榮鋒, 陳宗寶, 李璐, 蔣業(yè)華, 周榮 申請人:昆明理工大學