專利名稱：一種鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法。
背景技術(shù)：
公開號CN1888801A，發(fā)明名稱“一種QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料機械攪拌制備方法”上，闡述了 QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料的機械制備方法，即，利用機械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周向運動和向下運動，來打碎QTi3. 5鈦青銅熔體凝固過程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的石墨顆粒分散到下部的QTi3. 5鈦青銅熔體中，當(dāng)QTi3. 5鈦青銅熔體的周向運動狀態(tài)接近雙面弧形直葉片周向運動狀態(tài)而導(dǎo)致石墨顆粒的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面弧形直葉片另一側(cè)的弧形來將雙面弧形直葉片上部的石墨顆粒分散到下部的QTi3. 5鈦青銅熔體中；借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅(qū)動機械攪拌器進行連續(xù)上下運動，從而在整個坩堝范圍內(nèi)， 將漂浮在石墨坩堝上部的石墨顆粒分散到QTi3. 5鈦青銅熔體中，得到石墨顆粒分布均勻的QTi3. 5-10石墨半固態(tài)漿料。在這種機械制備方法中，機械攪拌器為單葉片層機械攪拌器，采用單層葉片，在葉片與半固態(tài)漿料的有效接觸范圍內(nèi)，借助葉片對石墨顆粒施加分散作用力，不斷地將石墨顆粒分散到半固態(tài)漿料中，在專利CN1888801A中公開的機械攪拌器單層雙面弧形直葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，單葉片層機械攪拌器及其上下移動控制裝置運行即均勻分散10 15min后，可得到石墨顆粒均勻分布的QTi3. 5_10石墨半固態(tài)漿料。鋅10鐵是含鐵量為IOwt %的鋅合金，鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料是含有5wt% 碳化硅顆粒和95wt%初生固相顆粒與液相的半固態(tài)漿料，采用CN1888801A專利方法、在公開的機械攪拌器單層雙面弧形直葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，需要均勻分散 10 13分鐘后，才能得到碳化硅顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料。對于鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的制備，在實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的前提下， 機械攪拌器及其上下移動控制裝置的運行時間即均勻分散時間越短，能耗越小，成本越低， 而且鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料受到的污染也越少，其質(zhì)量越高，因此可實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的均勻分散時間越短越好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有機械制備方法“均勻分散時間長”的不足，提供一種能夠快速實現(xiàn)鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料中碳化硅顆粒均勻分散的方法，進一步縮短實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的均勻分散時間。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用機械制備方法，利用雙葉片層機械攪拌器，在上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為76 78°和30 32°的條件下，對鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行均勻分散。本發(fā)明的有益效果是對于熔體中的顆粒，要想盡快完成其在熔體中的分散，必須加強分散強度。在半固態(tài)漿料機械制備方法中，如果在單層葉片對半固態(tài)漿料中的顆粒實施分散后，緊接著再利用另一層葉片實施第二次分散，那么，半固態(tài)漿料中顆粒的分散效果將會明顯好轉(zhuǎn)，實現(xiàn)顆粒均勻分布的均勻分散時間將進一步縮短，本發(fā)明就是利用上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度優(yōu)化組合后的雙層葉片的連續(xù)二次分散，進一步促進了碳化硅顆粒在半固態(tài)漿料中的均勻分布，從而達到了縮短均勻分散時間的目的。利用本發(fā)明，對鋅 10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行均勻分散，實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的均勻分散時間可縮短到8分20秒，比采用CN1888801A專利方法的最短均勻分散時間10分鐘至少縮短了 16%。


圖1為本發(fā)明方法對鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行均勻分散裝置的主視圖。圖中，圓形攪拌桿1，雙面弧形直葉片2，石墨坩堝3，加熱管4，冷卻管5，鋅10鐵-5 碳化硅半固態(tài)漿料6，堵塞7，上蓋8，Ar氣管9，底架11，軸瓦12，止推軸承13，電機14，齒輪傳動機構(gòu)15，導(dǎo)向板16，導(dǎo)向槽17，齒條18，電機19，傳動機構(gòu)20，上行程開關(guān)21，下行程開關(guān)22，支架23。圖2為本發(fā)明方法對鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行均勻分散裝置的A-A視圖。圖中，熱電偶10。圖3為本發(fā)明方法對鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行均勻分散裝置的B-B局部視圖。圖4為采用本發(fā)明方法對鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行均勻分散后得到的鋅 10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的微觀組織。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明方法均勻分散鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料中碳化硅顆粒裝置的具體說明如下均勻分散鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料中碳化硅顆粒裝置包括機械攪拌器及其驅(qū)動與上下移動控制裝置、石墨坩堝3、上蓋8、堵塞7、Ar氣管9及熱電偶10。石墨坩堝3采用機械連接方式固定于底架11上，其壁內(nèi)間隔均布加熱管4和冷卻管5，分別與外部電源與冷卻液供給系統(tǒng)連接。機械攪拌器為雙葉片層機械攪拌器，由圓形攪拌桿1和上下二個葉片層構(gòu)成，材質(zhì)為耐熱陶瓷，圓形攪拌桿1的下端為方形，其四面與圓形攪拌桿1相切，上下二個葉片層位于圓形攪拌桿1的方形下端，間隔a為20mm，在上下二個葉片層中各有四個除了凹弧面弧度不同以外其它形狀與對應(yīng)分布狀態(tài)完全相同的雙面弧形直葉片2，下層的四個雙面弧形直葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端的下部，其根部與圓形攪拌桿1的方形下端的四個表面垂直，互成90°，寬度與圓形攪拌桿1的直徑相同，雙面弧形直葉片2左右二側(cè)的凹弧面朝下，對稱分布，為圓弧形，弧度為30 32°，凹弧面上部與雙面弧形直葉片2上表面相切，凹弧面下部的交線與圓形攪拌桿1方形下端的下端面位于同一水平面內(nèi)，雙面弧形直葉片2外端部與石墨坩堝3內(nèi)壁之間的距離為5mm ；上層的四個雙面弧形直葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端的上部，凹弧面弧度為76 78°，此雙面弧形直葉片2的上表面與圓形攪拌桿1方形下端的上端面位于同一水平面內(nèi)。
機械攪拌器的驅(qū)動裝置由電機14、齒輪傳動機構(gòu)15和定位機構(gòu)構(gòu)成。定位機構(gòu)位于圓形攪拌桿1上部，由上下二個軸瓦12進行橫向定位，由上下二個止推軸承13進行縱向定位，機械攪拌器驅(qū)動裝置的電機14、齒輪傳動機構(gòu)15和定位機構(gòu)分別采用機械連接方式固定于導(dǎo)向板16上，導(dǎo)向板16可在固定于支架23上的導(dǎo)向槽17內(nèi)進行上下移動。機械攪拌器上下移動控制裝置由電機19、傳動機構(gòu)20、上行程開關(guān)21和下行程開關(guān)22構(gòu)成。傳動機構(gòu)20由齒條18與齒輪、渦輪與蝸桿傳動構(gòu)成，齒條18的下端與機械攪拌器驅(qū)動裝置的導(dǎo)向板16采用機械連接方式連接，電機19的轉(zhuǎn)向由上行程開關(guān)21、下行程開關(guān)22控制，也就是，當(dāng)機械攪拌器的上層雙面弧形直葉片2向上移動到半固態(tài)漿料6上方時，齒條18的上部觸動下行程開關(guān)22，電機19改變轉(zhuǎn)向，使機械攪拌器向下移動；當(dāng)機械攪拌器的下層雙面弧形直葉片2向下移動到石墨坩堝3底部時，齒條18的上部觸動上行程開關(guān)21，電機19改變轉(zhuǎn)向，使機械攪拌器向上移動，機械攪拌器上下移動控制裝置的電機19、傳動機構(gòu)20、上行程開關(guān)21、下行程開關(guān)22采用機械連接方式固定于支架23上。Ar氣管9固定于上蓋8的孔內(nèi)，熱電偶10固定于石墨坩堝3的側(cè)壁內(nèi)，其端部與半固態(tài)漿料6接觸，堵塞7位于石墨坩堝3底部。機械攪拌器的功率為5kW，機械攪拌器每隔1 3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)速為 3 5轉(zhuǎn)/秒，機械攪拌器的連續(xù)上下移動速度控制在5 20mm/s。一種鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法，利用機械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周向運動和向下運動，來打碎鋅10鐵熔體凝固過程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的碳化硅顆粒分散到下部的鋅10鐵熔體中，當(dāng)鋅 10鐵熔體的周向運動狀態(tài)接近雙面弧形直葉片周向運動狀態(tài)而導(dǎo)致碳化硅顆粒的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面弧形直葉片另一側(cè)的弧形來將雙面弧形直葉片上部的碳化硅顆粒分散到下部的鋅10鐵熔體中；并且借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅(qū)動機械攪拌器進行連續(xù)上下運動，從而在整個坩堝范圍內(nèi)，將漂浮在石墨坩堝上部的碳化硅顆粒分散到鋅10鐵熔體中，得到碳化硅顆粒分布均勻的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料，包括以下步驟步驟1，制備鋅10鐵熔體，溫度控制在1050°C ；步驟2，按95%和5%的質(zhì)量百分比將上述鋅10鐵熔體與230目的碳化硅顆粒倒入石墨坩堝3中，坩堝由其壁內(nèi)的加熱管4預(yù)熱到850°C，蓋上上蓋8后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動機械攪拌器及其上下移動控制裝置，對鋅10鐵熔體與碳化硅顆粒進行攪拌，同時，關(guān)閉加熱管4的電源并向石墨坩堝3壁內(nèi)的冷卻管5內(nèi)接通冷卻水進行冷卻，將鋅10鐵熔體冷卻至830 867°C均勻分散溫度后，關(guān)閉冷卻水，打開并調(diào)節(jié)加熱管4 的電源，使鋅10鐵熔體溫度穩(wěn)定在該均勻分散溫度，均勻分散一定時間后，得到組織均勻的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料6。實施方式一，在機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為3轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為5mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為830°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為76°和30°時，實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的均勻分散時間為8分20秒。實施方式二，在機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為15mm/s、每隔2分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為830°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為76°和32°時，實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的均勻分散時間為8分10秒。實施方式三，在機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為20mm/s、每隔1分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為850°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為78°和30°時，實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的均勻分散時間為8分20秒。實施方式四，在機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為lOmm/s、每隔2分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為867°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為77°和31°時，實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的均勻分散時間為8分10秒。實施方式五，在機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為15mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為850°C下，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為78°和32°時，實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的均勻分散時間為8分10秒。可見，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為76 78°和30 32°條件下，對鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行機械均勻分散，實現(xiàn)碳化硅顆粒均勻分布的均勻分散時間可縮短到8分20秒。附圖4為采用本發(fā)明方法對鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行機械均勻分散后得到的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的微觀組織。圖中白色塊狀區(qū)域為碳化硅顆粒，灰色球形或橢球形區(qū)域為初生固相顆粒，其它區(qū)域為后生固相，可見，碳化硅顆粒分布非常均勻。可見，本發(fā)明可快速實現(xiàn)鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料中碳化硅顆粒的均勻分散。
權(quán)利要求
1. 一種鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法，利用機械攪拌器的雙面弧形直葉片旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周向運動和向下運動，來打碎鋅10鐵熔體凝固過程中形成的初生固相，并不斷地將雙面弧形直葉片上部的碳化硅顆粒分散到下部的鋅10鐵熔體中，當(dāng)鋅10 鐵熔體的周向運動狀態(tài)接近雙面弧形直葉片周向運動狀態(tài)而導(dǎo)致碳化硅顆粒的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面弧形直葉片另一側(cè)的弧形來將雙面弧形直葉片上部的碳化硅顆粒分散到下部的鋅10鐵熔體中；并且借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅(qū)動機械攪拌器進行連續(xù)上下運動，從而在整個坩堝范圍內(nèi)，將漂浮在石墨坩堝上部的碳化硅顆粒分散到鋅10鐵熔體中，得到碳化硅顆粒分布均勻的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料，包括以下步驟步驟1，制備鋅10鐵熔體，溫度控制在1050°C ；步驟2，按95%和5%的質(zhì)量百分比將上述鋅10鐵熔體與230目的碳化硅顆粒倒入石墨坩堝中，坩堝由其壁內(nèi)的加熱管預(yù)熱到850。C，蓋上上蓋后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動機械攪拌器及其上下移動控制裝置，對鋅10鐵熔體與碳化硅顆粒進行攪拌，同時，關(guān)閉加熱管的電源并向石墨坩堝壁內(nèi)的冷卻管內(nèi)接通冷卻水進行冷卻，將鋅10 鐵熔體冷卻至830 867°C均勻分散溫度后，關(guān)閉冷卻水，打開并調(diào)節(jié)加熱管的電源，使鋅 10鐵熔體溫度穩(wěn)定在該均勻分散溫度，均勻分散一定時間后，得到組織均勻的鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料；其特征在于，機械攪拌器為雙葉片層機械攪拌器，其上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為76 78°和30 32°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法，屬于鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料的機械均勻分散研究領(lǐng)域，本發(fā)明采用機械制備方法，利用雙葉片層機械攪拌器，在上下層雙面弧形直葉片凹弧面弧度分別為76～78°和30～32°條件下，對鋅10鐵-5碳化硅半固態(tài)漿料進行機械均勻分散，可快速實現(xiàn)碳化硅顆粒的均勻分布，均勻分散時間可縮短到8分20秒。
文檔編號C22C1/10GK102181725SQ20111008881
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月10日
發(fā)明者劉漢武, 張鵬, 杜云慧 申請人:北京交通大學(xué)