[发明专利]环缝式电磁搅拌制备半固态合金流变浆料或坯料的方法

说明书

技术领域

本发明属于半固态金属加工技术领域，涉及一种半固态金属或合金浆料或坯料的制备方法。适用于制备半固态金属或合金浆料或坯料。

背景技术

自从二十世纪七十年代美国麻省理工学院的Flemings教授发明了半固态金属成形技术以来，半固态金属浆料的制备和成形技术作为一种新型的技术立即引起了世界各国的广泛关注，纷纷投入大量的人力、物力和财力对此技术进行相关的研究和开发，目前许多金属浆料的制备方法已经发明出来，主要有电磁搅拌法；机械搅拌法；变形应变激活法；超声波振动法；喷射沉积法、单/双螺旋搅拌法；低过热度浇注和弱电磁搅拌法；低过热度倾斜板浇注法，熔体混合法等多种制浆方法。而在这些制备方法中，电磁搅拌法由于具有不污染合金、合金浆料纯净，控制参数易于调节，可以连续生产流变浆料或连续铸锭等优点，已经投入商业化生产且获得了较大范围的应用，成为目前生产半固态金属及合金浆料或坯料的主要制备方法。但是由于电磁感应趋肤效应的存在，使浆料内部所受的电磁搅拌力存在明显的区另，浆料表层受到的搅拌力大而内部小。而且由于浆料的散热主要通过表层传出，导致浆料内部的温度场分布也不均匀，浆料表层温度低而内部温度高。这些因素导致制备的半固态浆料组织分布不均匀，表层为较小的粒状或蔷薇状，而内部往往为较为粗大的蔷薇晶或树枝晶，浆料或坯料组织较差。影响了该技术应用范围的进一步扩大或竞争力的提高。因此目前半固态制浆行业普遍将电磁感应存在的趋肤效应看作为一种不利的因素而极力加以避免，制浆生产中也往往采用降低电磁搅拌频率、增加电磁场的趋肤深度的手段来克服趋肤效应对浆料组织的不利影响，试图获得较为理想的半固态浆料组织。但是这会造成制浆设备庞大，投资成本很高，浆料制备成本也很高。

在电磁搅拌制备半固态金属及合金浆料或坯料的方法中，美国4434837号专利和4229210都公开了几种制备半固态金属及合金浆料和坯料的电磁搅拌方法，其主要原理是利用强烈的电磁搅拌打碎初生枝晶，抑制初生晶粒向枝晶状生长，从而制备出球状或粒状初生晶粒的半固态金属及合金浆料。在上述专利公开的有关电磁搅拌方法中，未提到浆料内部的冷却，也未提出获得均匀浆料温度场的方法。但是在采用上述专利公开的电磁搅拌方法制备半固态浆料时，浆料温度场的分布不均匀，浆料的外层散热快，而浆料内部中心散热慢，导致初生晶粒在空间和时间上的产生存在明显的差别，浆料外层初生晶粒先析出，而浆料内部初生晶粒后析出，这样最终会导致浆料组织的不均匀性，对于大尺寸和大规格的浆料或坯料更为如此。而且由于电磁感应磁场的趋肤效应，使磁场强度从浆料的外缘到中心呈指数式递减，导致浆料的外层受到的搅拌作用强，而在浆料的中心受到的搅拌作用很弱，因此在采用此方法得到的浆料或坯料组织中，组织分布很不均匀，外层细小，而内层粗大，且组织形态也不相同，外层的初生晶粒呈球状或粒状，而中心呈树枝晶或蔷薇状，因此采用上述方法制备的半固态浆料或坯料的尺寸也受到了限制，很难制备出优质的半固态金属及合金浆料或坯料。

中国专利200410090636.6也提出了一种施加复合电磁搅拌连续制备半固态金属浆料的方法，该方法的主要原理是：先将熔炼合格的过热金属液连续不断地浇入到一个预热的中间包内，对中间包内的金属液施加电磁搅拌，使其在均匀冷却条件下温度接近液相线温度；然后，中间包内的金属液体经与之相连的导流管导出，同时在倒流管外施加强烈电磁搅拌和冷却，来获得等轴、细化、均质的半固态金属浆料。采用上述方法制备半固态金属浆料，可解决现有技术中由于单纯静置保温控制浇注金属液体接近液相线温度难操作性以及由此带来的金属液体过热度太低时流动性变差的技术难题，也可避免了由于现有技术中制浆室尺寸较大、金属液体搅拌不均匀导致冷却不均匀及凝固组织不均匀的问题。在该方法中，采用了复合电磁搅拌技术，未提及如何获得均匀的温度场和搅拌力场的措施。但是在采用该方法制备半固态金属浆料时，虽采用了强烈的复合电磁搅拌技术有助于半固态合金浆料的流动，但是浆料温度场的不均匀性和浆料组织的不均匀性仍然明显存在，无法生产优质的半固态合金浆料或坯料。

总之，目前国内外采用的电磁搅拌方法制备半固态金属及合金浆料或坯料的设备及方法中，即使采用低频搅拌等多种措施，也由于趋肤效应和浆料固有的散热特性的存在，浆料的温度场分布和组织分布仍存在较大的不均匀性，不易生产出优质的半固态浆料或坯料，限制了该技术的进一步发展和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备半固态金属或合金浆料或坯料的方法，通过该方法得到的半固态浆料组织均匀，细小，形态好，有利于生产出合格优质的半固态金属或合金坯料或浆料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：