[发明专利]一种复合工艺高效制备大体积半固态浆料方法

说明书

本发明一种复合工艺高效制备大体积半固态浆料的方法，步骤为：对容器内的大体积合金熔体搅拌，同时为了使边部的合金熔体也受到充分扰动而避免粘料以及使熔体快速降温，在容器外壁施加熔体扰动和合金熔体内添加同种合金成分的颗粒，达到快速均匀熔体成分场和温度场并快速降温的目的。熔体在上述复合工艺处理下，当下降到预设的半固态温度时，停止处理，获得固相率为20％～60％的大体积半固态浆料，并将浆料送往成形设备进行流变成形。本发明解决了单一工艺制备大体积半固态浆料时存在的组织不均匀、坩埚边部未受充分搅拌或扰动而粘料及熔体降温缓慢的难题，该工艺可控性强，产业化前景好，特别适用于重量超过10kg的大体积半固态浆料制备。

技术领域

本发明属于金属半固态加工技术领域，特别是涉及一种复合工艺高效制备质量超过10kg的大体积半固态浆料方法。

背景技术

20世纪70年代，美国麻省理工学院M.C.Flemings教授等人发明了金属半固态加工技术。半固态浆料的制备是半固态加工技术的核心与关键，金属半固态浆料的制备方法多样，如双螺旋搅拌法、气泡搅拌法、蛇形浇道法、低过热度浇注和弱机械搅拌法、电磁搅拌法、紊流效应法、超声波处理法、强制对流搅拌法、喷射沉积法、冷却斜槽法、旋转热焓平衡法等。但上述方法存在工艺不稳定、难以持续稳定制备半固态浆料和不适合大体积半固态浆料制备的难题。为了实现大体积半固态浆料的制备和实现稳定连续可靠的工业化生产，国内外研究人员、学者及相关工业界人士仍在不断努力和探索，试图开发新的制浆工艺，实现大体积半固态浆料的高效制备。

欧洲专利EP 0745691A1提出了New Rheocasting(NRC)工艺，其工艺流程为：将低过热度的合金熔体倒入倾斜板内，使其在倾斜板流动冷却过程中形成含有大量初生固相的半固态浆料，浆料流入收集坩埚后，通过控制冷却强度使浆料中的初生固相以球形方式成长，再对半固态浆料进行温度调整，以获得尽可能均匀的温度场，最终获得半固态浆料。在NRC工艺中，未采用复合工艺高效制备大体积半固态浆料，即不利用熔体搅拌装置、熔体扰动装置及合金颗粒熔化吸热的协同作用加速熔体降温和促进熔体温度场和成分场均匀来快速制备大体积半固态浆料。

文献“薄壁铝合金滤波器散热壳体RSF半固态压铸工艺模拟”(张宇，王连登，许朋朋，特种铸造及有色合金，2016)提出一种RSF浆料快速制备方法，即通过控制熔体的焓熵来快速制取半固态浆料,以获得球状晶组织结构，但该方法对大体积半固态浆料的制备存在着边部浆料受到的搅拌和扰动小，倒料时容易粘在坩埚内壁的问题。

需要指出，以上各种制备半固态合金浆料的方法各有自己的特点，但也都存在各自的不足，仍需提出新的适合大体积半固态浆料制备的新工艺，以便提高制浆效率，降低制浆成本，实现大体积半固态浆料的高效制备，进一步推动半固态金属加工技术的产业化与升级。

发明内容

本发明的目的在于解决现有制浆工艺不稳定、效率低、不适于大体积半固态浆料制备和工业化推广难等问题，提供了一种复合工艺高效制备大体积半固态浆料，即在合金熔体凝固过程中，对容器内的合金熔体直接搅拌和对坩埚壁附近的熔体间接处理使其产生扰动的同时，将一定量的合金颗粒快速撒入合金熔体内部；在熔体搅拌装置、熔体扰动装置及合金颗粒熔化吸热协同作用下，合金熔体快速降温并在其内部大量形核，在搅拌和扰动产生的对流作用下游离于熔体内部，同时搅拌和扰动的协同作用使合金内部温度场和成分场均匀，抑制晶粒枝晶生长，从而制备出液相基体中均匀分布着一定体积分数的球状或近球状初生固相的大体积半固态浆料。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种复合工艺高效制备大体积半固态浆料方法，所述方法具体包括以下步骤：

S1)将温度高于液相线5℃～200℃的大体积合金熔体置于容器中；

S2)对容器内的合金熔体进行搅拌，同时将合金颗粒均匀撒入合金熔体中使大体积合金熔体快速降温；