專(zhuān)利名稱(chēng)：環(huán)縫式電磁攪拌制備半固態(tài)合金流變漿料或坯料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半固態(tài)金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半固態(tài)金屬或合金漿料或坯料的
制備方法。適用于制備半固態(tài)金屬或合金漿料或坯料。
背景技術(shù)：
自從二十世紀(jì)七十年代美國(guó)麻省理工學(xué)院的Flemings教授發(fā)明了半固態(tài)金屬成 形技術(shù)以來(lái)，半固態(tài)金屬漿料的制備和成形技術(shù)作為一種新型的技術(shù)立即引起了世界各國(guó) 的廣泛關(guān)注，紛紛投入大量的人力、物力和財(cái)力對(duì)此技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的研究和開(kāi)發(fā)，目前許多 金屬漿料的制備方法已經(jīng)發(fā)明出來(lái)，主要有電磁攪拌法；機(jī)械攪拌法；變形應(yīng)變激活法；超 聲波振動(dòng)法；噴射沉積法、單/雙螺旋攪拌法；低過(guò)熱度澆注和弱電磁攪拌法；低過(guò)熱度傾 斜板澆注法，熔體混合法等多種制漿方法。而在這些制備方法中，電磁攪拌法由于具有不污 染合金、合金漿料純凈，控制參數(shù)易于調(diào)節(jié)，可以連續(xù)生產(chǎn)流變漿料或連續(xù)鑄錠等優(yōu)點(diǎn)，已 經(jīng)投入商業(yè)化生產(chǎn)且獲得了較大范圍的應(yīng)用，成為目前生產(chǎn)半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料 的主要制備方法。但是由于電磁感應(yīng)趨膚效應(yīng)的存在，使?jié){料內(nèi)部所受的電磁攪拌力存在 明顯的區(qū)另，漿料表層受到的攪拌力大而內(nèi)部小。而且由于漿料的散熱主要通過(guò)表層傳出， 導(dǎo)致漿料內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布也不均勻，漿料表層溫度低而內(nèi)部溫度高。這些因素導(dǎo)致制備 的半固態(tài)漿料組織分布不均勻，表層為較小的粒狀或薔薇狀，而內(nèi)部往往為較為粗大的薔 薇晶或樹(shù)枝晶，漿料或坯料組織較差。影響了該技術(shù)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大或競(jìng)爭(zhēng)力的提 高。因此目前半固態(tài)制漿行業(yè)普遍將電磁感應(yīng)存在的趨膚效應(yīng)看作為一種不利的因素而極 力加以避免，制漿生產(chǎn)中也往往采用降低電磁攪拌頻率、增加電磁場(chǎng)的趨膚深度的手段來(lái) 克服趨膚效應(yīng)對(duì)漿料組織的不利影響，試圖獲得較為理想的半固態(tài)漿料組織。但是這會(huì)造 成制槳設(shè)備龐大，投資成本很高，槳料制備成本也很高。 在電磁攪拌制備半固態(tài)金屬及合金槳料或坯料的方法中，美國(guó)4434837號(hào)專(zhuān)利和 4229210都公開(kāi)了幾種制備半固態(tài)金屬及合金漿料和坯料的電磁攪拌方法，其主要原理是 利用強(qiáng)烈的電磁攪拌打碎初生枝晶，抑制初生晶粒向枝晶狀生長(zhǎng)，從而制備出球狀或粒狀 初生晶粒的半固態(tài)金屬及合金漿料。在上述專(zhuān)利公開(kāi)的有關(guān)電磁攪拌方法中，未提到漿料 內(nèi)部的冷卻，也未提出獲得均勻漿料溫度場(chǎng)的方法。但是在采用上述專(zhuān)利公開(kāi)的電磁攪拌 方法制備半固態(tài)漿料時(shí)，漿料溫度場(chǎng)的分布不均勻，漿料的外層散熱快，而漿料內(nèi)部中心散 熱慢，導(dǎo)致初生晶粒在空間和時(shí)間上的產(chǎn)生存在明顯的差別，漿料外層初生晶粒先析出，而 漿料內(nèi)部初生晶粒后析出，這樣最終會(huì)導(dǎo)致漿料組織的不均勻性，對(duì)于大尺寸和大規(guī)格的 漿料或坯料更為如此。而且由于電磁感應(yīng)磁場(chǎng)的趨膚效應(yīng)，使磁場(chǎng)強(qiáng)度從漿料的外緣到中 心呈指數(shù)式遞減，導(dǎo)致漿料的外層受到的攪拌作用強(qiáng)，而在漿料的中心受到的攪拌作用很 弱，因此在采用此方法得到的漿料或坯料組織中，組織分布很不均勻，外層細(xì)小，而內(nèi)層粗 大，且組織形態(tài)也不相同，外層的初生晶粒呈球狀或粒狀，而中心呈樹(shù)枝晶或薔薇狀，因此 采用上述方法制備的半固態(tài)漿料或坯料的尺寸也受到了限制，很難制備出優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)金 屬及合金漿料或坯料。
中國(guó)專(zhuān)利200410090636. 6也提出了一種施加復(fù)合電磁攪拌連續(xù)制備半固態(tài)金屬 漿料的方法，該方法的主要原理是先將熔煉合格的過(guò)熱金屬液連續(xù)不斷地澆入到一個(gè)預(yù) 熱的中間包內(nèi)，對(duì)中間包內(nèi)的金屬液施加電磁攪拌，使其在均勻冷卻條件下溫度接近液相 線(xiàn)溫度；然后，中間包內(nèi)的金屬液體經(jīng)與之相連的導(dǎo)流管導(dǎo)出，同時(shí)在倒流管外施加強(qiáng)烈電 磁攪拌和冷卻，來(lái)獲得等軸、細(xì)化、均質(zhì)的半固態(tài)金屬漿料。采用上述方法制備半固態(tài)金屬 漿料，可解決現(xiàn)有技術(shù)中由于單純靜置保溫控制澆注金屬液體接近液相線(xiàn)溫度難操作性以 及由此帶來(lái)的金屬液體過(guò)熱度太低時(shí)流動(dòng)性變差的技術(shù)難題，也可避免了由于現(xiàn)有技術(shù)中 制漿室尺寸較大、金屬液體攪拌不均勻?qū)е吕鋮s不均勻及凝固組織不均勻的問(wèn)題。在該方 法中，采用了復(fù)合電磁攪拌技術(shù)，未提及如何獲得均勻的溫度場(chǎng)和攪拌力場(chǎng)的措施。但是在 采用該方法制備半固態(tài)金屬漿料時(shí)，雖采用了強(qiáng)烈的復(fù)合電磁攪拌技術(shù)有助于半固態(tài)合金 漿料的流動(dòng)，但是漿料溫度場(chǎng)的不均勻性和漿料組織的不均勻性仍然明顯存在，無(wú)法生產(chǎn) 優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)合金漿料或坯料。 總之，目前國(guó)內(nèi)外采用的電磁攪拌方法制備半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的設(shè)備 及方法中，即使采用低頻攪拌等多種措施，也由于趨膚效應(yīng)和漿料固有的散熱特性的存在， 漿料的溫度場(chǎng)分布和組織分布仍存在較大的不均勻性，不易生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)漿料或坯 料，限制了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備半固態(tài)金屬或合金漿料或坯料的方法，通過(guò)該方法 得到的半固態(tài)漿料組織均勻，細(xì)小，形態(tài)好，有利于生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)金屬或合金坯 料或漿料。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 —種環(huán)縫式電磁攪拌制備半固態(tài)金屬或合金的漿料或坯料的方法，簡(jiǎn)稱(chēng)"環(huán)縫式 電磁攪拌法"，其特征在于在所采用的制漿室內(nèi)設(shè)置可通入冷卻介質(zhì)的內(nèi)部冷卻控制器， 內(nèi)部冷卻控制器的外壁與制漿室的內(nèi)側(cè)壁之間形成環(huán)形縫隙，在該制漿室的外周由里到外 依次設(shè)置有外部冷卻控制器、保溫材料、電磁攪拌器，將高于其液相線(xiàn)溫度5 IO(TC的液 態(tài)金屬或合金液澆入制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形縫隙中，并開(kāi)啟 電磁攪拌器對(duì)環(huán)形縫隙中的液態(tài)金屬或合金液進(jìn)行攪拌，進(jìn)行半固態(tài)漿料制備，同時(shí)分別 向外部冷卻控制器和內(nèi)部冷卻控制器中通入的室溫溫度的冷卻介質(zhì)，其冷卻速度為1 150°C /min，使得制備的半固態(tài)漿料溫度場(chǎng)更加均勻，從而得到細(xì)小均勻的半固態(tài)漿料組
織，并使半固態(tài)漿料的溫度控制在低于其液相線(xiàn)溫度而高于其固相線(xiàn)溫度之間。 半固態(tài)漿料的溫度區(qū)間是金屬或合金熔體的固相線(xiàn)和液相線(xiàn)之間的溫度區(qū)間，也
即半固態(tài)漿料的溫度是低于液相線(xiàn)溫度而高于固相線(xiàn)溫度的，半固態(tài)漿料溫度的確定是根
據(jù)所成形的零件的復(fù)雜程度和操作過(guò)程中的具體情況來(lái)決定的，如果零件復(fù)雜，為了充填
完整，則所需的半固態(tài)漿料的溫度較高；如果零件簡(jiǎn)單，所需的半固態(tài)漿料的溫度可低一
點(diǎn)。因此半固態(tài)漿料的溫度是根據(jù)零件的復(fù)雜程度和操作過(guò)程中的具體情況來(lái)確定的，對(duì)
于不同的零件不同的合金，半固態(tài)漿料的溫度是不同的。 在本發(fā)明的方法中，所述的制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形 縫隙寬度為3-200mm。
4
在本發(fā)明的方法中，所述的制漿室為一圓筒形容器，所述的外部冷卻控制器為環(huán)繞著圓筒形容器外周的螺旋管，其兩端設(shè)有冷卻介質(zhì)的進(jìn)口和出口，冷卻介質(zhì)的流量為0 200升/min，且^ 0。 在本發(fā)明的方法中，所述的內(nèi)部冷卻控制器為其內(nèi)通有冷卻介質(zhì)的冷卻通道，冷卻通道是由中心管和其外套管組成，中心管的上口為冷卻介質(zhì)輸入口，中心管的下口與外套管相通，中心管構(gòu)成冷卻介質(zhì)輸入通道；外套管的上口為冷卻介質(zhì)輸出口 ，外套管構(gòu)成冷卻介質(zhì)輸出通道，冷卻介質(zhì)的流量為0 200升/min，且^ 0。 在本發(fā)明的方法中，所述的電磁攪拌器采用感應(yīng)交流旋轉(zhuǎn)電磁攪拌器，頻率為5 100Hz。 在本發(fā)明的方法中，在半固態(tài)漿料制備過(guò)程中，半固態(tài)漿料內(nèi)外溫差控制在±3°C以?xún)?nèi)，所述的半固態(tài)漿料內(nèi)外溫差為處于內(nèi)部冷卻控制器外壁的半固態(tài)漿料的溫度和處于制漿室內(nèi)側(cè)壁的半固態(tài)漿料的溫度之差。 在本發(fā)明的方法中，所制備的半固態(tài)漿料為半固態(tài)鋁漿料、半固態(tài)鋁合金漿料、半固態(tài)鎂漿料和半固態(tài)鎂合金漿料中的一種。 在本發(fā)明的方法中，將半固態(tài)漿料在制漿室內(nèi)完全凝固，即可獲得半固態(tài)鋁坯料、半固態(tài)鋁合金坯料、半固態(tài)鎂坯料和半固態(tài)鎂合金坯料中的任意一種坯料，該坯料可作為半固態(tài)觸變成形的原始坯料。 在本發(fā)明的方法中，在制備半固態(tài)漿料過(guò)程中，向制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形縫隙中通入避免或減少金屬或合金氧化的保護(hù)氣體，該保護(hù)氣體為氬氣、氮?dú)饣蚝狻?在本發(fā)明的方法中，所述的制漿室、內(nèi)部冷卻控制器和外部冷卻控制器的材質(zhì)均為非金屬或無(wú)磁金屬。 為了克服電磁感應(yīng)趨膚效應(yīng)的不利影響，本發(fā)明在制漿室內(nèi)設(shè)置可通入冷卻介質(zhì)的內(nèi)部冷卻控制器，內(nèi)部冷卻控制器的外壁與制漿室的內(nèi)側(cè)壁之間形成環(huán)形間隙，可使半固態(tài)合金熔體在電磁攪拌力的作用下在此縫隙中進(jìn)行較為強(qiáng)烈的攪拌，同時(shí)內(nèi)部冷卻控制器中通入的冷卻介質(zhì)可使?jié){料的散熱更加均勻，溫度場(chǎng)的分布也更加均勻，得到的漿料組織分布也更為理想。 為此可將一定過(guò)熱度的液態(tài)金屬及合金澆入環(huán)形空隙內(nèi)，金屬及合金熔體在電磁攪拌力的作用下進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌。同時(shí)，在內(nèi)部冷卻控制器和制漿室的共同冷卻作用下漿料的溫度場(chǎng)更加均勻，這樣漿料受到的攪拌力場(chǎng)和溫度場(chǎng)將更加均勻，從而得到優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)漿料，然后將此半固態(tài)漿料直接移送到壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)、擠壓機(jī)成形；或?qū)⒌玫降陌牍虘B(tài)漿料完全凝固成坯料，再將該坯料重新加熱至半固態(tài)區(qū)間，然后將坯料移送至壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)、擠壓機(jī)成形。該制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，半固態(tài)組織形態(tài)優(yōu)良、制備成本低，非常適合半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備。
本發(fā)明具體的制備工藝如下 1、產(chǎn)生一定過(guò)熱度的金屬及合金熔體，該熔體的溫度控制在液相相溫度以上5
IO(TC，將該熔體澆入制漿室內(nèi)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形空隙內(nèi)。 2、制漿室的形狀為圓筒形，內(nèi)部冷卻控制器的形狀為中空的底部密封的直管狀，
外部冷卻控制器的形狀為螺旋管。制漿室、內(nèi)部冷卻控制器和外部冷卻控制器的材質(zhì)為非金屬或無(wú)磁金屬。制漿室內(nèi)壁和內(nèi)部冷卻管外壁之間形成的環(huán)形空隙寬度為3 200mm。 3、電磁攪拌器采用感應(yīng)交流旋轉(zhuǎn)電磁攪拌器，頻率為5 100Hz。 4、制槳室外部設(shè)置外部冷卻控制器，外部冷卻控制器和內(nèi)部冷卻控制器通入的冷
卻介質(zhì)為室溫空氣、氮?dú)狻鍤饣蚴覝乩渌?，流量? 200升/min，且^ 0。 5、澆注后，金屬及合金漿料在環(huán)形縫隙中進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌，同時(shí)在內(nèi)部冷卻控制
器和外部冷卻控制器的冷卻作用下漿料溫度逐漸降低，調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量，使?jié){料的冷
卻速度為1 150°C /min，且^ 0。使半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的溫度場(chǎng)均勻，控制
半固態(tài)漿料的內(nèi)外溫度差不超過(guò)±3°C。 6、在制備過(guò)程中，可通入保護(hù)氣體避免或減少金屬及合金的氧化，該保護(hù)氣體可為氬氣、氮?dú)?、氦氣等保護(hù)氣體。 7、待槳料溫度達(dá)到預(yù)定的溫度后，立即將此槳料移送到壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)、擠壓機(jī)成形，或?qū){料在制漿室內(nèi)完全凝固，即可獲得特制的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金坯料，該坯料可作為半固態(tài)觸變成形的原始坯料。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與常規(guī)的電磁攪拌方法相比，該發(fā)明避免了電磁感應(yīng)趨膚效應(yīng)帶來(lái)的不利影響，漿料受到的攪拌力和溫度場(chǎng)更加均勻。該發(fā)明將漿料全部集中在較窄的縫隙內(nèi)域進(jìn)行攪拌，漿料受到的攪拌更為劇烈，強(qiáng)度更大，漿料受到的攪拌更為均勻，克服常規(guī)的電磁攪拌導(dǎo)致的漿料內(nèi)外攪拌不均，組織不均勻等問(wèn)題。此外通過(guò)設(shè)置內(nèi)部冷卻控制器與外部冷卻控制器，使半固態(tài)合金漿料的溫度場(chǎng)均勻，得到的半固態(tài)漿料組織均勻，細(xì)小，形態(tài)好，而且內(nèi)部冷卻控制器的直徑大小可自由選擇，這樣可自由調(diào)整內(nèi)部冷卻控制器和制備坩堝內(nèi)壁之間的距離，有利于漿料獲得更大的剪切速率，獲得細(xì)小均勻的組織。此外，該發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便，投資成本低。企業(yè)在生產(chǎn)中只要采用工頻就可進(jìn)行電磁攪拌，而不需要采用低頻攪拌，也不需要變頻系統(tǒng)，克服目前的電磁攪拌裝置采用變頻系統(tǒng)帶來(lái)的結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，投資成本高等缺點(diǎn)，可顯著降低半固態(tài)合金漿料或坯料的制備成本，最終會(huì)降低半固態(tài)鑄件的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)半固態(tài)鑄件的競(jìng)爭(zhēng)力和擴(kuò)大半固態(tài)鑄件的應(yīng)用范圍。 該發(fā)明既適合于鋁基合金及其復(fù)合材料半固態(tài)漿料或坯料的制備，也適合于鎂基合金、銅基合金、鋅基合金、鐵基合金和其他有色金屬合金及其復(fù)合材料半固態(tài)槳料或還料的制備。


圖1是本發(fā)明采用的制漿裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明制備的半固態(tài)A357鋁合金漿料邊部的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎腶-Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。 圖3是本發(fā)明制備的半固態(tài)A357鋁合金漿料中部的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎腶-Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。 圖4是本發(fā)明制備的半固態(tài)A357鋁合金漿料中心的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎腶-Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的制備半固態(tài)金屬流變漿料或坯料的主要實(shí)施方式為
如圖1所示，內(nèi)部冷卻控制器1為其內(nèi)通有冷卻介質(zhì)的冷卻通道，冷卻通道是由中心管和其外套管組成，中心管的上口為冷卻介質(zhì)輸入口，中心管的下口與外套管相通，中心管構(gòu)成冷卻介質(zhì)輸入通道；外套管的上口為冷卻介質(zhì)輸出口，內(nèi)部冷卻控制器1內(nèi)部可通入冷卻介質(zhì)。外部冷卻控制器3是一螺旋管，管上開(kāi)有多個(gè)分布均勻的小孔，其置于制漿室4的外部保溫材料5的內(nèi)部且距制漿室外壁一定距離，外部冷卻控制器3內(nèi)部也可通入冷卻介質(zhì)。制漿室是4是圓筒形的容器，其放置于保溫材料內(nèi)部形成一個(gè)封閉的空腔。內(nèi)部冷卻控制器1置于制漿室4的中心。內(nèi)部冷卻控制器1的內(nèi)側(cè)壁和外部冷卻控制器3的外壁之間形成一個(gè)環(huán)形的縫隙。電磁攪拌器2置于保溫材料5的外部。 利用感應(yīng)加熱爐熔化A357鋁合金熔體，A357鋁合金的液相線(xiàn)溫度是613t:。將熔體溫度控制在650°C。制漿室為圓筒形不銹鋼容器，內(nèi)部冷卻控制器采用高純石墨制作，內(nèi)部冷卻控制器的外直徑為40mm，制漿室的內(nèi)壁直徑為80mm，這樣制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形縫隙尺寸為20mm。將制漿室和內(nèi)部冷卻控制器置于保溫爐中預(yù)熱至20(TC并快速取出安放完畢后，將過(guò)熱的鋁合金熔體澆入環(huán)形縫隙內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，攪拌器的輸入名義功率為1200W，攪拌頻率為50Hz。內(nèi)部冷卻控制器和外部冷卻控制器中輸入的冷卻介質(zhì)為室溫空氣，流量均為30升/min，漿料內(nèi)外溫差可控制在±3°C。當(dāng)漿料溫度冷卻至600時(shí)，則可得到固相分?jǐn)?shù)約為0. 35的半固態(tài)A357鋁合金漿料，漿料組織如圖2、圖3和圖4所示。圖2是本發(fā)明制備的半固態(tài)A357鋁合金漿料邊部的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎腶-Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w；圖3是本發(fā)明制備的半固態(tài)A357鋁合金漿料中部的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎腶-Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w；圖4是本發(fā)明制備的半固態(tài)A357鋁合金漿料中心的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎腶 -Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。此時(shí)可將該漿料直接移送到壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)、擠壓機(jī)成形?；蛟谥茲{室內(nèi)完全凝固下來(lái)，作為觸變成形用的原始坯料。
權(quán)利要求
一種環(huán)縫式電磁攪拌法制備半固態(tài)金屬或合金的漿料或坯料的方法，其特征在于在所采用的制漿室內(nèi)設(shè)置可通入冷卻介質(zhì)的內(nèi)部冷卻控制器，內(nèi)部冷卻控制器的外壁與制漿室的內(nèi)側(cè)壁之間形成環(huán)形間隙，在該制漿室的外周由里到外依次設(shè)置有外部冷卻控制器、保溫材料、電磁攪拌器，將高于其液相線(xiàn)溫度5～100℃的液態(tài)金屬或合金液澆入制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形縫隙中，并開(kāi)啟電磁攪拌器對(duì)環(huán)形縫隙中的液態(tài)金屬或合金液進(jìn)行攪拌，進(jìn)行半固態(tài)漿料制備，同時(shí)分別向外部冷卻控制器和內(nèi)部冷卻控制器中通入的室溫溫度的冷卻介質(zhì)，其冷卻速度為1～150℃/min，使得制備半固態(tài)漿料的溫度場(chǎng)更加均勻，從而得到細(xì)小均勻的半固態(tài)漿料組織，并使半固態(tài)漿料的溫度控制在低于其液相線(xiàn)溫度而高于其固相線(xiàn)溫度之間。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器 外壁之間形成的環(huán)形縫隙寬度為3-200mm。
3. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的制漿室為一圓筒形容器，所述的外 部冷卻控制器為環(huán)繞著圓筒形容器外周的螺旋管，其兩端設(shè)有冷卻介質(zhì)的進(jìn)口和出口，冷 卻介質(zhì)的流量為0 200升/min，且# 0。
4. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的內(nèi)部冷卻控制器為其內(nèi)通有冷卻 介質(zhì)的冷卻通道，冷卻通道是由中心管和其外套管組成，中心管的上口為冷卻介質(zhì)輸入口 ， 中心管的下口與外套管相通，中心管構(gòu)成冷卻介質(zhì)輸入通道；外套管的上口為冷卻介質(zhì)輸 出口，外套管構(gòu)成冷卻介質(zhì)輸出通道，冷卻介質(zhì)的流量為0 200升/min，且^ 0。
5. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的電磁攪拌器采用感應(yīng)交流旋轉(zhuǎn)電 磁攪拌器，頻率為5 100Hz。
6. 按照權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于在半固態(tài)漿料制備過(guò)程中，半固態(tài)漿料內(nèi)外溫差控制在士3t:以?xún)?nèi)，所述的半固態(tài)漿料內(nèi)外溫差為處于內(nèi)部冷卻控制器外壁的半固態(tài)漿料的溫度和處于制漿室內(nèi)側(cè)壁的半固態(tài)漿料的溫度之差。
7. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所制備的半固態(tài)漿料為半固態(tài)鋁漿料、半 固態(tài)鋁合金漿料、半固態(tài)鎂漿料和半固態(tài)鎂合金漿料中的一種。
8. 按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于將半固態(tài)漿料在制漿室內(nèi)完全凝固，即可獲得半固態(tài)鋁坯料、半固態(tài)鋁合金坯料、半固態(tài)鎂坯料和半固態(tài)鎂合金坯料中的任意一種 坯料，該坯料可作為半固態(tài)觸變成形的原始坯料。
9. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在制備半固態(tài)漿料過(guò)程中，向制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形縫隙中通入避免或減少金屬或合金氧化的保護(hù) 氣體，該保護(hù)氣體為氬氣、氮?dú)饣蚝狻?br> 10. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的制漿室、內(nèi)部冷卻控制器和外部 冷卻控制器的材質(zhì)均為非金屬或無(wú)磁金屬。
全文摘要
一種環(huán)縫式電磁攪拌法制備半固態(tài)金屬或合金漿料或坯料的方法，簡(jiǎn)稱(chēng)“環(huán)縫式電磁攪拌法”，將高于其液相線(xiàn)溫度5～100℃的液態(tài)金屬或合金液澆入制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形縫隙中。金屬或合金液在電磁感應(yīng)旋轉(zhuǎn)攪拌器的作用下受到強(qiáng)烈的攪拌。同時(shí)，外部冷卻控制器和內(nèi)部冷卻控制器中通入的冷卻介質(zhì)可使?jié){料的溫度場(chǎng)更加均勻，從而得到細(xì)小均勻的半固態(tài)組織。其特征在于制漿室內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)部冷卻控制器外壁之間形成的環(huán)形縫隙寬度為3-100mm。制備過(guò)程中，外部冷卻控制器和內(nèi)部冷卻控制器中通入冷卻介質(zhì)，均勻漿料的溫度場(chǎng)。這種制備方法將使?jié){料受到的攪拌力場(chǎng)和溫度場(chǎng)更加均勻，從而得到優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)漿料。該方法制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，半固態(tài)組織形態(tài)優(yōu)良，均勻細(xì)小、制備成本低，非常適合半固態(tài)鋁及鋁合金、鎂及鎂合金及其他金屬及合金或復(fù)合材料漿料或坯料的制備。
文檔編號(hào)B22D27/04GK101745629SQ20081023996
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者張志峰, 徐駿, 白月龍, 石力開(kāi) 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院