一种半固态锌合金浆料生产设备的制作方法

本实用新型属于金属铸造加工领域，具体涉及一种半固态锌合金浆料生产设备。

背景技术：

半固态具体是指金属在凝固的过程中，进行剧烈搅拌，控制在固-液态的温度区间，得到一种液态金属母液中均匀的悬浮这一定量固相组份的固液混合浆料，这类的半固态金属浆料具有流变特性，即具有很好的流动性，同时还易于通过普通加工方法制成产品。半固态金属液通过压铸成坯料或铸件则称为半固态铸造，半固态铸造相比普通液态铸造，铸件的凝固收缩减小，也就使得半固态铸造的铸件尺寸精度高、外观质量好，从而减少了机械加工量，甚至可以得到无机械加工余量铸件；与此同时，半固态铸造还消除了常规铸件中的柱状晶和粗大树枝晶，铸件组织细小、致密，分布均匀，不存在宏观偏析，在铸造的过程中半固态金属充型平稳，而且充型温度低，延长模具寿命，提高了铸件的力学性能。

半固态加工是指金属在凝固过程中，对其进行剧烈的搅拌或扰动作用，其所有方法都是根据打破熔融金属合金的树枝状结晶结构，以产生球粒核心的技术原理，常见的方法如在控制熔融金属冷却的情况下对熔融金属进行剧烈搅拌，具体是在快速冷却期间，熔融金属的固态成分较低时，以告诉搅动率搅动，熔融金属的固态成分增加时，以较大磁势力的方式连续搅动。这类方法及装置的低冷却率增加了生产消耗，剧烈的搅拌也增加制造时间和导致生产的不连续性。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种半固态锌合金浆料生产设备，通过储液装置、加压装置和制浆装置的设置，实现局部的连续化注料，加速了注料速度，在不降低半固态锌合金浆料球化效果的同时，实现生产效率的提高。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种半固态锌合金浆料生产设备，其特征在于：包括储液装置、加压装置和制浆装置，所述储液装置包括储液罐和设置于储液罐罐体上的进液口、出液口、进气口，所述进液口和进气口设置于储液罐的顶部，所述出液口设置于储液罐的底部，所述出液口和所述进气口还分别通过出液管道和进气管道连接于所述加压装置；所述加压装置包括加压筒和设置于加压筒上的注液口、注压口、放气口、排气口、排液管道，所述加压筒为底端开口的筒，所述加压筒的侧壁设有注液口，所述注液口还通过所述出液管道连接于所述出液口；所述注压口、放气口和排气口还设置于所述加压筒的顶部，所述注压口还连接高压空气泵，所述排气口还通过进气管道连接于所述进气口；加压筒的开口处连接有排液管道，所述排液管道还连接于所述制浆装置；所述制浆装置包括导热块和设置于导热块内部的导热通道，所述导热块设置于所述加压装置的下方，所述导热通道包括多段直流通道和多段弯曲通道，相邻的两段直流通道还分别通过弯曲通道相连通，所述导热通道为供半固态锌合金浆料通过的连续通道，导热通道首、尾两端的开口还分别设置于导热块的表面。

进一步的，储液罐的外壁还包覆有保温层。

进一步的，所述进液口、出液口、进气口、注液口、注压口、放气口、排气口和排液管道处均设有开关阀。

进一步的，所述高压空气泵还向所述加压筒内鼓入氮气。

进一步的，所述导热通道的通道内壁还设有TiN涂层。

进一步的，所述直流通道包括多段沿竖直方向设置的竖直通道和多段沿水平方向设置的水平通道，竖直通道还和水平通道交替设置，相邻的所述竖直通道和水平通道还通过所述弯曲通道相连通。

进一步的，导热管道的首、尾两端的开口还分别设置于导热块的顶部和底部，导热管道的首、尾两端均为竖直通道。

进一步的，导热管道的首端开口处还设有安装筒，所述安装筒为两端开口的圆筒形，安装筒的一端固定于导热块的表面，安装筒的另一端还通过法兰连接于所述排液管道，所述安装筒和所述排液管道的中轴线相互重合。

进一步的，所述导热块还包括左半型和右半型，左半型和右半型的表面上还分别设有半柱型的凹槽，左、右半型之间还通过固定螺栓固定，左半型和右半型的半柱型通道还合围成所述导热通道。

进一步的，所述导热块的下方还设有承接坩埚，锌合金浆料还通过导热管道的尾端流出至承接坩埚。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型的一种半固态锌合金浆料生产设备，储液装置中的锌合金熔液能够持续流向加压装置，加压装置还可以向制浆装置中持续注料，实现局部的连续化注料，加速了注料速度，在不降低半固态锌合金浆料球化效果的同时，实现生产效率的提高；

2、制浆装置采用类C型的导热通道，整个导热通道的内壁表面均采用PVD镀层技术沉积一层TiN涂层，以防止过热的合金液对纯铜通道内壁的侵蚀，同时TiN涂层表面的微观凹凸纹理可提高合金液与通道内壁的热交换效率，并作为有效形核衬底，促进异质形核，使获得的合金浆料组织由树枝晶变为球状晶，装置简单可靠，易于控制，球化效果好等优点，易于产业化应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为加压装置的结构示意图；

图3为制浆装置的结构示意图。

其中，图中各标号为：1、储液罐；2、进液口；3、出液口；4、进气口；5、加压筒；6、注液口；7、注压口；8、放气口；9、排气口；10、排液管道；11、高压空气泵；12、导热块；13、导热通道首端；14、导热通道尾端；15、直流通道；1501、竖直通道；1502、水平通道；16、弯曲通道；17、保温层；18、放气口开关阀；19、安装筒；20、法兰；21、承接坩埚；22、出液管道；23、进气管道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本实用新型的结构示意图，在熔融炉中熔化的锌合金熔液通过储液罐1的进液口2进入储液罐储存并经储液罐外部的保温层17保温，储液罐1中的锌合金熔液还经由出液口3和排液管道10进入到加压装置的加压筒5中，加压筒5中的锌合金熔液在重力作用下在排液管道10处汇集，并由高压空气泵11向筒体内注入氮气增压，此时打开排液管道10处的开关阀，锌合金熔液在增压的情况下流入制浆装置的导热通道中，熔体还在导热通道内在异质形核、晶粒游离、紊流搅拌等共同作用下形成初生相为球形的半固态锌合金浆料。

本实用新型的一种半固态锌合金浆料生产设备，包括储液装置、加压装置和制浆装置，储液装置外设有保温层17，保温层17为聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料或其它保温材料，储液装置实现锌合金熔液的存储及保温，具体包括储液罐1和设置于储液罐1罐体上的进液口2、出液口3、进气口4，进液口2和进气口4设置于储液罐1的顶部，出液口3设置于储液罐1的底部，出液口3和进气口4还分别通过出液管道22和进气管道23连接于加压装置；储液装置可以通过管道连接于熔融炉的出口，当熔融的锌合金液体向储液罐1内部输送时，关闭高压空气泵11，储液罐1还通过放气阀调节至罐内为正常气压，便于锌合金熔液的运送。

加压装置包括加压筒5和设置于加压筒5上的注液口6、注压口7、放气口8、排气口9、排液管道10，加压筒5为底端开口的筒，加压筒5的侧壁设有注液口6，注液口6还通过出液管道22连接于出液口3，便于储液罐1中的锌合金熔液注入加压筒5内部；注压口7、放气口8和排气口9还设置于加压筒5的顶部，放气口8在储液罐1最开始向加压装置灌注锌合金熔液的时候打开，以维持初始加料过程中加压筒5内部的正常压力，保证初始加料的顺利；注压口7还连接高压空气泵11，加压筒5中的锌合金熔液在重力作用下在排液管道10处汇集后，开启高压空气泵11并向筒体内注入氮气增压，排气口9还通过进气管道23连接于进气口4，实现对加压装置及储液装置内部的气压的调节，保持加压筒5内部压力与储液罐1内部压力相同，保证在对加压筒5内锌合金熔液施加压力时，储液罐1中的锌合金熔液能够持续流向加压筒5的内部，实现局部的连续化注料；加压筒5的开口处连接有排液管道10，排液管道10还连接于制浆装置。

制浆装置包括导热块12和设置于导热块12内部的导热通道，导热块12设置于加压装置的下方，导热通道包括多段直流通道15和多段弯曲通道16，相邻的两段直流通道15还分别通过弯曲通道16相连通，导热通道为供半固态锌合金浆料通过的连续通道，导热通道首、尾两端的开口还分别设置于导热块12的表面。储液罐1及加压筒5内的锌合金熔液保持过热度为20~100℃，其中，导热通道设置为由3段竖直通道1501、2段水平通道1502组和4段弯曲通道16构建成的类C型的内部通道，该内部通道包含竖直设置的直流通道15，水平延伸的直流通道15及通道交接处的平滑过渡的弯曲通道16，在直流通道15末段设计竖直向下的直流出浆口，上述竖直设置的直流通道15、水平延伸的直流通道15及通道交接处的平滑过渡弯道组合形成的内部通道供铝合金液流过。并且，该直流通道15上方还设有浇口杯，浇口杯与顶部直流浇道在竖直方向上轴心重合，该浇口杯的直径与安装筒19的直径相同，且大于直流通道15的直径，浇口杯与直流浇道在竖直方向上轴心重合。制浆装置中的整个内部通道的内壁表面均采用PVD镀层技术沉积一层TiN涂层，以防止过热的合金液对纯铜通道内壁的侵蚀，同时TiN涂层表面的微观凹凸纹理可提高合金液与通道内壁的热交换效率，并作为有效形核衬底，促进异质形核，使获得的合金浆料组织由树枝晶变为球状晶。在本实施例中，加压装置下方与类C型制浆装置上方通过法兰20连接，类C型制浆装置的整个内部通道的内壁表面均采用PVD镀层技术沉积一层厚度大于20μm，一般为20μm-500μm的TiN涂层。合金液流过浇口杯和直流通道15后温度逐渐降低，在类C型制浆装置的内部通道内壁表面的TiN涂层上发生异质形核，形成细小晶核，锌合金熔液还在加压装置的高压下在导热通道内加速流过，增加在竖直设置的直流通道15、水平延伸的直流通道15及通道交接处的平滑过渡弯曲通道16内进行的自行紊流搅拌程度，在异质形核、晶粒游离、紊流搅拌等共同作用下，在类C型制浆装置的通道内壁表面的TiN涂层上产生大量初生晶核，伴随通道内温度梯度和浓度梯度的均匀化，最终形成初生相为球形的半固态锌合金浆料，半固态锌合金浆料经直流出浆口流入下方设置的不锈钢承接坩埚21，并由于不锈钢坩埚的激冷效果在坩埚中进一步爆发形核和均匀化，并用于后续流变挤压或锻压工序。类C型制浆装置下方与不锈钢承接坩埚21上方之间的距离大于10mm，一般为10mm-200mm。

在本实施例中，该类C型制浆装置还由左半型和右半型拼接而成，该两块半型之间通过固定螺栓固定，并形成内部通道，该类C型制浆装置优选为纯铜材质，耐高温性能和导热性能优异。

与现有装置和方法相比，所述的实用新型设计了一种生产设备进行半固态浆料制备，通过锌合金温度控制、制浆装置内部通道表面沉积的TiN涂层厚度控制、通过储液装置和加压装置对锌合金熔液注液和加压的高度控制、制浆装置和不锈钢承接坩埚21高度控制，实现了制造晶粒成球状的半固态锌合金浆料的目的。并且该半固态锌合金浆料制造装置和方法设备简单，工艺易于控制，制造流程短，并且能有效防止过热合金液对纯铜通道内壁的侵蚀，显著增加异质形核的产生，从而进一步提高半固态锌合金浆料的球化程度，提高后续流变挤压或锻压工序产品质量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型，且本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。