[发明专利]一种轻合金半固态浆料复合搅拌高效制备装置

说明书

本发明公开了一种轻合金半固态浆料复合搅拌高效制备装置，所述装置包括驱动电机、温控装置、连接导管、搅拌器、搅拌器升降机构以及放置合金熔体的坩埚。在搅拌器伸入合金熔体前温控装置开始将高温气体通入搅拌器，使搅拌器处于合金半固态温度区间或处于接近合金半固态温度区间，避免搅拌器伸入合金熔体时产生表面激冷。在叶片中加入冷却通道使得合金熔体能够较快的降温到半固态温度区间。同时，叶片中冷却通道上设置通孔，冷却气体通过通孔进入合金熔体，气体搅拌和机械搅拌的协同作用加快半固态浆料的制备效率。剪切和冷却的协同作用能破坏枝晶的生长环境，使合金熔体在温度均匀的环境中生出近球状颗粒，获得良好的半固态浆料。

技术领域

本发明涉及半固态金属加工领域，尤其涉及一种轻合金半固态浆料复 合搅拌的制备装置。

背景技术

半固态金属加工以其良好的成形性能，自20世纪70年代发明以来就 受到广泛关注，随着工艺技术的完善，又被广大科学家誉为“21世纪最具前 沿的加工技术之一”。半固态金属浆料作为半固态金属加工工艺中最重要的 一环，半固态金属浆料的质量决定着成型后产品的质量。获得近球形的半固 态组织通常有两种途径：(1)获得足够多的形核核心，控制晶粒的长大过程， 抑制枝晶生长以及抑制晶粒长大；(2)对固相颗粒进行强剪切，使枝晶破碎。 基于制备半固态金属浆料过程使用的机理，可将半固态浆料的制备工艺分为 三种：形核长大控制、搅拌/剪切、形核+搅拌/剪切。常见的半固态金属浆料 搅拌方法有机械搅拌法、电磁搅拌法、气泡搅拌法、低过热度浇铸法、超声 波处理法和喷射沉积法等。其中机械搅拌法以其较低的成本、简易的装置、 较高的生产效率和良好的浆料质量为大多数半固态加工企业所接受，所以如 何利用简易的设备降低半固态加工成本同时实现更好的半固态浆料是科研 人员不断探索的目标。

申请号为202010522127.5的中国专利提出了螺旋管半固态浆料集成系 统，该专利提出了利用合金熔体自身的重力作用，使其在螺旋管中运动，利 用了螺旋管的特殊结构使合金熔体在流动过程中实现翻滚和剪切。螺旋管的 旋转角通过顶板的上下移动可以实现，以此来改变剪切力的大小。高强度的 翻滚和剪切作用配合冷却管的设计让金属熔体中刚形成的细小枝晶立即破 坏，形成细小、圆整的颗粒。但该方法容易造成螺旋管表面粘料，而螺旋管 的特殊结构使得清理困难，需要不断清理，生产效率低、成本高，不利于工 业化的大规模生产。

申请号为202010593736.X的中国专利发明了一种锥桶式半固态金属 浆料制备装置，该专利设计了两层保护壳，在第一保护外壳内部设有储料外 腔，在第一保护外壳的下端设有第一出料口；在储料机构的上端设有进料机 构，进料机构包括环形输料管以及第二保护壳。该发明通过特殊的进料机构 避免了原料的堆积，反转机构形成的较大的剪切力能够提升装置的效率。但 该装置设计复杂、成本较高，加大了半固态金属加工的成本，不利于工业化 推广，且环形输料管同样存在着清理困难的问题，这也增加了大规模工业化 的难度。

文献“Microstructure evolution of Al-Si semi-solid slurry by gasbubble stirring method(张磊,董选普,李继强等.MICROSTRUCTURE EVOLUTION OF AL-SISEMI-SOLID SLURRY BY GAS BUBBLE STIRRING METHOD[J].中南大学学报(英文版),2011,(6):1789-1794.)”提出了一 种气泡搅拌制备Al-Si合金半固态浆料的方法。该论文采用螺旋状管形石墨 搅拌器，其壁上有直径为1mm的小孔。石墨搅拌器通过空心搅拌棒与氩气 钢瓶相连。搅拌器和搅拌棒由电动机通过传动带旋转。因此，可以通过旋转 石墨搅拌器将氩气引入熔体中。在熔体的浮力和旋转石墨搅拌器产生的离心 力作用下，气泡在熔体中上升并呈螺旋状运动曲线，对熔体产生强对流和弱 搅拌作用。但该方法只使用了单一的气体搅拌，半固态浆料制备效率低下， 且浆料制备受限于设备体积，无法满足大规模生产的需要。

发明内容