一种锥体振动制备半固态合金浆料的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种锥体振动制备半固态合金浆料的装置，属于材料科学【技术领域】。结构包括熔炼系统、振动系统和浆料收集系统；振动系统的主体是带振动的圆锥形锥体，锥体竖直放置，上端通过导浆口与熔炼系统相连，下端通过浆料收集系统收集制备好的浆料。装置结构简单，容易组装，有效控制金属液的形核和晶粒生长速度，所得合金半固态浆料组织更均匀，成形材料性能更高。
【专利说明】一种锥体振动制备半固态合金浆料的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种锥体振动制备半固态合金浆料的装置，属于材料科学【技术领域】。
【背景技术】
[0002]半固态成形技术分为触变成形和流变成形，触变成形由于可靠的可控性而受到极大的关注，自提出以来，许多研究者对其进行了深入的研究，因此该技术得到了快速发展，但经过几十年实践证明其存在诸如成本高、效率低、能耗高、废料无法直接回收等缺点，很大程度上限制其广泛商业应用。流变成形由于具有成本低，效率高，废料可直接回收等优点而重新受到研究者的关注，流变成形主要有传统的机械和电磁搅拌式流变铸造、射室制备浆料流变铸造、单螺旋机械搅拌式流变铸造、双螺旋机械搅拌式流变铸造、低过热度浇注和弱机械搅拌式流变铸造、低过热度倾斜板浇注式流变铸造等。日本的UBE公司首先申请了倾斜板技术的专利，称之为New Rheocasting,简称NRC。东北大学管仁国等人发明了波浪倾斜板，并在倾斜板上加装震动装置，所制得的半固态金属浆料颗粒圆整度，均匀度都有所提高；北京科技大学毛卫民等发明了蛇形通道和倒锥形通道浇注方法制备了半固态铝合金浆料；北京科技大学康永林等人发明转筒式半固态流变成形技术(中国专利申请号01109074.X，2001)，并得到了小规模的商业应用；南昌大学杨湘杰等人发明了倾斜圆筒法制备半固态金属衆料技术；Sinan Kandemir等使用超声振动法制备了 A201招合金半固态浆料；浙江大学刘文等提出一种椭圆旋扭管反复凝熔法制备半固态合金浆料；华中科技大学王文俊等人发明了气流搅拌振动复合法半固态浆料制备装置；昆明理工大学周荣锋等人发明了倾斜板制备技术即过流冷却技术。以上所提到的流变成形技术都取得了一定的成功，但所制得半固态金属浆料组织仍存在细化不足和均匀度不高等问题，因此在制浆方法及其装置上仍需进一步改进。
[0003]制备半固态浆料的关键在于控制金属液晶粒的形核与长大，在短时间大量形核并抑制晶粒快速长大才能使组织更加细化均匀。从促进金属液结晶形核，控制晶粒长大入手，本实用新型提出了一种锥体激冷形核大量结晶并振动细化制备半固态浆料的方法及其装置。
【发明内容】
[0004]为了促使金属液在凝固过程中大量结晶形核，同时又控制晶粒的长大，本实用新型提供一种锥体振动制备半固态合金浆料的装置。
[0005]本实用新型的结构包括熔炼系统、振动系统和浆料收集系统；振动系统的主体是带振动的圆锥形锥体5，锥体5竖直放置、上端通过导浆口 3与熔炼系统相连、下端通过浆料收集系统收集制备好的浆料。
[0006]所述锥体5内部为空心结构，并设有冷却液循环通道6，控制锥体的温度，有利于形核。锥体的材质为钢、铜、石墨或其他复合传热材质，锥体内部设有冷却循环系统，持续带走金属液凝固过程释放的热量，保持锥体处于低温，保持金属液具有一定过冷度，实现持续制浆。
[0007]所述锥体5的底端有通过顶杆7连接的凸轮8，凸轮8转动带动锥体振动。在锥体底部设有振动电机，使锥体不断振动，促进浆料的流动同时也进一步细化内部晶粒，振动频率为 5Hz ?IOOOHz ο
[0008]所述浆料收集系统的形状与后续加工半固态装置的结构匹配，例如附图1中所示，为“V”字型，下端设有浆料出口，内壁设有保温层11。
[0009]所述浆料收集系统和锥体5有加热、保温装置和气体保护装置。如图所示，浆料收集系统和锥体5固定在支架10上，浆料收集系统外部有加热元件9加热，整个支架有隔热层4保温，隔热层4设有气体保护通道12，为隔热层内部填充惰性气体防氧化。在锥体周围设有浆料收集系统，收集系统内设有加热元件，可对浆料进行适当的保温，使已为半固态的浆料内部晶粒熟化、增殖，提高组织的均匀性。在整个制浆过程施加惰性气体保护，防止浆料氧化而产生杂质，避免浆料性能的下降。
[0010]所述熔炼系统的主体为保温炉2，内部有塞杆I控制保温炉底端的熔体开关，开关对准导浆口 3，通过导浆口 3导流至锥体4的顶端。对熔体进行适当保温使熔体内部温度更加均匀，减少因熔体本身不均匀对制备浆料质量的影响，熔体通过导流系统流到锥体顶部，保持一定的液面高度，在大量形核的同时保持良好流动性。
[0011]本装置的使用方法是将金属液导流到锥体上，在锥体顶端激冷作用下，使金属液形成一定的过冷度，使金属液大量形核，形核后在重力和振动作用下金属液沿着锥体过流，过流中金属液为一定厚度的金属薄膜，有效防止晶粒的快速长大，从而使晶粒更加细化圆整，最后经收集器将浆料收集，可直接与后续成形工艺如挤压铸造等连接制备性能优异的器件。
[0012]本实用新型的原理是:从金属液凝固过程中的热力学和动力学条件入手，利用锥体的激冷作用，使金属液形成一定的过冷度，促进金属液大量形核，形核后浆料沿着锥面过流，形成一定厚度的金属液膜，在熔体重力和振动的作用下，晶粒不断破碎、游离，在促进形核的同时又合理抑制晶粒的生长，最后制得组织优良的半固态浆料。
[0013]本实用新型的有益效果是，装置结构简单，容易组装，有效控制金属液的形核和晶粒生长速度，所得合金半固态浆料组织更均匀，成形材料性能更高。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的装置结构示意图；
[0015]图2是本实用新型实施例1锥体振动处理前的金相组织图；
[0016]图3是本实用新型实施例1锥体振动处理后的金相组织图；
[0017]图4是本实用新型实施例2锥体振动处理前的金相组织图；
[0018]图5是本实用新型实施例2锥体振动处理后的金相组织图。
[0019]图中各标号为:1_塞杆，2-保温炉，3-导浆口，4_隔热层，5-锥体，6-冷却液循环通道，7-顶杆，8-凸轮，9-加热元件，10-支架，11-保温层，12-气体保护通道。
【具体实施方式】[0020]下面结合附图和【具体实施方式】，对本实用新型作进一步说明。
[0021]实施方式一:如图1所示，本实施方式的锥体振动制备半固态合金浆料的装置的结构包括熔炼系统、振动系统和浆料收集系统；振动系统的主体是带振动的圆锥形锥体5，锥体5竖直放置，上端通过导浆口 3与熔炼系统相连，下端通过浆料收集系统收集制备好的浆料。锥体5内部为空心结构，并设有冷却液循环通道6，控制锥体的温度，有利于形核。锥体的材质为钢、铜、石墨或其他复合传热材质，锥体内部设有冷却循环系统，持续带走金属液凝固过程释放的热量，保持锥体处于低温，保持金属液具有一定过冷度，实现持续制浆。锥体5的底端有通过顶杆7连接的凸轮8，凸轮8转动带动锥体振动。在锥体底部设有振动电机，使锥体不断振动，促进浆料的流动同时也进一步细化内部晶粒，振动频率为5Hz?1000Hz。所述浆料收集系统为“V”字型，下端设有浆料出口，内壁设有保温层11。浆料收集系统和锥体5固定在支架10上，浆料收集系统和锥体5外部有加热元件9加热、隔热层4保温，隔热层4设有气体保护通道12，为隔热层内部填充惰性气体防氧化。熔炼系统的主体为保温炉2，内部有塞杆I控制保温炉底端的熔体开关，开关对准导浆口 3，通过导浆口 3导流至锥体5的顶端。
[0022]本装置的使用方法为:将采用传统熔炼方法制备的A356铝合金(液相温度线613°C，固相线温度577°C)导入保温炉中在低过热(630°C)保温30分钟，以1.3*10_5m3/S的浇注速度浇注到高度为500mm，锥度为30°，振动频率为50Hz的钢质锥体上，锥体内通入冷却循环水，浆料收集系统温度为585°C，并通入保护气体凡，熔体经锥体形核、过流以及在收集系统中增殖、熟化，流入石墨坩埚内，即得到组织细小、圆整的半固态铝合金浆料。如图2?3所示。
[0023]实施方式二:如图1所示，本实施方式的锥体振动制备半固态合金浆料的装置的结构包括熔炼系统、振动系统和浆料收集系统；振动系统的主体是带振动的圆锥形锥体5，锥体5竖直放置，上端通过导浆口 3与熔炼系统相连，下端通过浆料收集系统收集制备好的浆料。锥体5内部为空心结构，并设有冷却液循环通道6，控制锥体的温度，有利于形核。锥体5的底端有通过顶杆7连接的凸轮8，凸轮8转动带动锥体振动。在锥体底部设有振动电机，使锥体不断振动，促进浆料的流动同时也进一步细化内部晶粒，振动频率为5Hz?1000Hz。浆料收集系统和锥体5固定在支架10上，浆料收集系统和锥体5外部有加热元件9加热、隔热层4保温，隔热层4设有气体保护通道12。
[0024]本装置的使用方法为:将采用传统熔炼方法制备的Al_25%Si铝合金(液相温度线778°C，固相线温度577°C)导入保温炉中在低过热(790°C)保温30分钟，以2.5*10_5m3/S的浇注速度浇注到高度为450mm，锥度为35°，振动频率为70Hz的铜质锥体上，锥体内通入冷却循环水，浆料收集系统温度为常温，并通入保护气体Ar，熔体经锥体形核、过流，流入铜质模具内，进行水淬，即得到组织细小、圆整的半固态铝合金浆料，初生硅尺寸为20 μ m，形状因子为0.8。如图4?5所示。
[0025]以上结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种锥体振动制备半固态合金浆料的装置，包括熔炼系统、振动系统和浆料收集系统，其特征在于:振动系统的主体是带振动的圆锥形锥体(5)，锥体(5)竖直放置、上端通过导浆口(3)与熔炼系统相连、下端通过浆料收集系统收集制备好的浆料。
2.根据权利要求1所述的锥体振动制备半固态合金浆料的装置，其特征在于:所述锥体(5)内部为空心结构，并设有冷却液循环通道(6)。
3.根据权利要求1所述的锥体振动制备半固态合金浆料的装置，其特征在于:所述锥体(5)的底端有通过顶杆(7)连接的凸轮(8)，凸轮(8)转动带动锥体(5)振动。
4.根据权利要求1所述的锥体振动制备半固态合金浆料的装置，其特征在于:所述浆料收集系统和锥体(5 )有加热、保温装置和气体保护装置。
【文档编号】B22D27/04GK203426420SQ201320476258
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】周荣锋, 陈宗宝, 李璐, 蒋业华, 周荣 申请人:昆明理工大学