一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置及其使用方法

1.本发明涉及制备半固态浆料的装置及其使用方法。


背景技术：

2.半固态金属成形是通过半固态金属液产生的流变性和熔融性来控制制件的质量。它对解决传统压铸件缺陷多、寿命低、耗能大等问题具有重要作用。其包括流变成形和触变成形。流变成形(rheoforming)是将制得的半固态非枝晶浆料直接进行成形加工，由于直接获得的半固态浆液的保存和输送很不方便，因此在实际应用中很少；而触变成形(thixoforming)是将这种浆料先凝固成铸锭，再根据需要将金属铸锭分切成一定大小，使其重新加热至半固态温度区间而进行的加工。与触变成形相比，流变成形更节省能源、流程更短、设备更紧凑，因此流变成形技术仍然是金属半固态成形加工技术的一个重要发展方向。
3.半固态加工技术中的第一个重要工艺就是如何获得优质的非枝晶组织，即触变结构。目前用于非枝晶组织坯料生产的工艺主要有：机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法(是预先连续铸造出晶粒细小的合金锭，再将合金铸锭进行足够的预形变，然后加热到半固态)及半固态等温热处理法(在合金熔融状态时加入变质元素，进行常规铸造，然后把锭坯重新加热到固液两相区进行保温处理，最终获得具有触变性的非枝晶组织)。而二次重熔过程是指将制好的半固态坯料重新加热到半固态温度形成非枝晶组织的过程。
4.但现有半固态加工技术无法实现连续制备，且效率低、能耗及成本高。


技术实现要素：

5.本发明要解决现有半固态加工技术无法实现连续制备，且效率低、能耗及成本高的问题，进而提供一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置及其使用方法。
6.一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，它由壳体、导流板及分流柱组成；
7.所述的壳体由上至下依次为金属液入口、导流段、锥形段及半固态金属出口段，导流段内部两侧由上至下依次交错设置多个导流板，且导流板的一端铰接固定于内壁，导流板的另一端斜向下伸向对向壳体侧壁；
8.所述的导流板上表面垂直设置多个分流柱。
9.一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置使用方法，它是按以下步骤进行：
10.一、将装置加热至金属半固态温度；
11.二、将熔融金属液通过金属液入口注入；
12.三、在熔融金属液自身重力的作用下，沿多个导流板向下流动，并依次经过锥形段及半固态金属出口段，得到半固态浆料。
13.本发明的有益效果是：
14.1、通过本装置及方法，可以大批量连续制备半固态金属浆料；
15.2、本装置及工艺方法可以在连续制备材料的同时，实现实时在线浇铸，达到材料
制备与材料成型连续进行；
16.3、可以通过调节导流板的数量、长度、倾斜角度以及导流柱的形状(圆形或者三角形等等)、布局方式制备出不同合金材料、不同液相体分率的半固态金属浆料；
17.4、设备结构比较简单，设备投资较低，实现在线连续浇铸、低成本、高效率的工业化生产。
18.本发明用于一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置及其使用方法。
附图说明
19.图1为本发明低成本高效连续制备半固态浆料的装置结构示意图；
20.图2为本发明低成本高效连续制备半固态浆料的装置侧视图；
21.图3为本发明导流板及分流柱的结构示意图。
具体实施方式
22.本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
23.具体实施方式一：结合图1至图3具体说明，本实施方式一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，它由壳体1、导流板2及分流柱3组成；
24.所述的壳体1由上至下依次为金属液入口1-4、导流段1-1、锥形段1-2及半固态金属出口段1-3，导流段1-1内部两侧由上至下依次交错设置多个导流板2，且导流板2的一端铰接固定于内壁，导流板2的另一端斜向下伸向对向壳体侧壁；
25.所述的导流板2上表面垂直设置多个分流柱3。
26.本具体实施方式依据金属液本身的重力，沿着预热过的不同倾向的分流板流动并冷却，从而促使金属液在一定的过冷度条件下结晶形核；同时，分流板上分散性排列布置的分流柱对流动的金属产生了搅动作用，从而促使液态金属的晶粒破碎并有利于晶粒的形核。最终实现液态金属从入口端注入，而出口端流出的是半固态金属，进而实现了半固态金属浆料连续高效制备。
27.本实施方式的有益效果是：
28.1、通过本装置及方法，可以大批量连续制备半固态金属浆料；
29.2、本装置及工艺方法可以在连续制备材料的同时，实现实时在线浇铸，达到材料制备与材料成型连续进行；
30.3、可以通过调节导流板的数量、长度、倾斜角度以及导流柱的形状(圆形或者三角形等等)、布局方式制备出不同合金材料、不同液相体分率的半固态金属浆料；
31.4、设备结构比较简单，设备投资较低，实现在线连续浇铸、低成本、高效率的工业化生产。
32.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的多个分流柱3阵列设置于导流板2上表面。其它与具体实施方式一相同。
33.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的导流板2的长度大于导流段1-1宽度的1/2。其它与具体实施方式一或二相同。
34.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的分流
柱3的横截面为圆形或三角形。其它与具体实施方式一至三相同。
35.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的壳体1外部均布设置加热线圈4。其它与具体实施方式一至四相同。
36.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的导流板2与水平的倾斜角度为1
°
～90
°
。其它与具体实施方式一至五相同。
37.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的导流板2与水平的倾斜角度为45
°
。其它与具体实施方式一至六相同。
38.具体实施方式八：本实施方式一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置使用方法，它是按以下步骤进行：
39.一、将装置加热至金属半固态温度；
40.二、将熔融金属液通过金属液入口1-4注入；
41.三、在熔融金属液自身重力的作用下，沿多个导流板2向下流动，并依次经过锥形段1-2及半固态金属出口段1-3，得到半固态浆料。
42.本实施方式其工作过程：1、通过加热线圈将装置整体均匀加热到某一温度t，并保持恒温；2、将一定温度的合金溶液从金属入口处注入；3、金属液沿着几个不同的导流板流动，并最终流动到半固态金属出口端；4、从出口端流出的半固态金属被充填到模腔中，实现流变成形或者进行浇铸制备大直径的半固态坯料。
43.本具体实施方式提供了一种经济、高效且低成本的工艺方法。金属液在一定的高过冷度的条件下快速结晶形核，并在导流柱的作用下，避免晶核的团聚且促使其均匀分散，通过调整分流板的个数，角度以及分流柱的大小及布局，可以制备大批量的半固态浆料。同时，该工艺方法可以实现半固态浆料的连续制备，进行在线连续浇铸，从而实现低成本、高效率的工业化生产。
44.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤二中调节导流板2的数量、长度及倾斜角度后，将熔融金属液通过金属液入口1-4注入。其它与具体实施方式八相同。
45.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九之一不同的是：步骤三将制备的半固态浆料充填至模腔中流变成形或浇铸成形，得到大直径的半固态坯料。其它与具体实施方式八或九相同。
46.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
47.实施例一：
48.一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，它由壳体1、导流板2及分流柱3组成；
49.所述的壳体1由上至下依次为金属液入口1-4、导流段1-1、锥形段1-2及半固态金属出口段1-3，导流段1-1内部两侧由上至下依次交错设置多个导流板2，且导流板2的一端铰接固定于内壁，导流板2的另一端斜向下伸向对向壳体侧壁；
50.所述的导流板2上表面垂直阵列设置多个分流柱3；
51.所述的导流板2的长度大于导流段1-1宽度的1/2；
52.所述的分流柱3的横截面为圆形；
53.所述的壳体1外部均布设置加热线圈4；
54.所述的导流板2与水平的倾斜角度为45
°
。
55.一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置使用方法，它是按以下步骤进行：
56.一、利用加热线圈4，将装置加热至7075铝合金的半固态温度为580℃；
57.二、调节导流板2的数量、长度及倾斜角度后，将熔融7075铝合金液通过金属液入口1-4注入；
58.三、在熔融7075铝合金液自身重力的作用下，沿多个导流板2向下流动，并依次经过锥形段1-2及半固态金属出口段1-3，得到半固态浆料。
59.将步骤三制备的半固态浆料直接浇铸到模具型腔中，实现凝固充填，从而制备出半固态复杂零件或者大直径半固态坯料。
60.实施例二：本实施例与实施例一不同的是：将步骤三制备的半固态浆料直接浇铸到模具型腔中，然后在压力作用下实现充填，进行半固态模锻成形，从而制备高性能的半固态零部件。其它与实施例一相同。
61.实施例一及二在熔融7075铝合金自身重力的作用下，沿着多个导流板流动，在过冷度的作用下进行结晶形核。而晶核来不及长大，就沿着导流板和金属液一起流动，并在导流柱的作用下实现凝固晶核的均匀分布，从而制备均匀的大批量的半固态浆料。

技术特征：
1.一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，其特征在于它由壳体(1)、导流板(2)及分流柱(3)组成；所述的壳体(1)由上至下依次为金属液入口(1-4)、导流段(1-1)、锥形段(1-2)及半固态金属出口段(1-3)，导流段(1-1)内部两侧由上至下依次交错设置多个导流板(2)，且导流板(2)的一端铰接固定于内壁，导流板(2)的另一端斜向下伸向对向壳体侧壁；所述的导流板(2)上表面垂直设置多个分流柱(3)。2.根据权利要求1所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，其特征在于所述的多个分流柱(3)阵列设置于导流板(2)上表面。3.根据权利要求1所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，其特征在于所述的导流板(2)的长度大于导流段(1-1)宽度的1/2。4.根据权利要求1所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，其特征在于所述的分流柱(3)的横截面为圆形或三角形。5.根据权利要求1所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，其特征在于所述的壳体(1)外部均布设置加热线圈(4)。6.根据权利要求1所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，其特征在于所述的导流板(2)与水平的倾斜角度为1
°
～90
°
。7.根据权利要求6所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置，其特征在于所述的导流板(2)与水平的倾斜角度为45
°
。8.如权利要求1所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置使用方法，其特征在它是按以下步骤进行：一、将装置加热至金属半固态温度；二、将熔融金属液通过金属液入口(1-4)注入；三、在熔融金属液自身重力的作用下，沿多个导流板(2)向下流动，并依次经过锥形段(1-2)及半固态金属出口段(1-3)，得到半固态浆料。9.根据权利要求8所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置使用方法，其特征在于步骤二中调节导流板(2)的数量、长度及倾斜角度后，将熔融金属液通过金属液入口(1-4)注入。10.根据权利要求8所述的一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置使用方法，其特征在于步骤三将制备的半固态浆料充填至模腔中流变成形或浇铸成形，得到大直径的半固态坯料。

技术总结
一种低成本高效连续制备半固态浆料的装置及其使用方法，本发明涉及制备半固态浆料的装置及其使用方法。本发明要解决现有半固态加工技术无法实现连续制备，且效率低、能耗及成本高的问题。装置由壳体、导流板及分流柱组成；所述的壳体由上至下依次为金属液入口、导流段、锥形段及半固态金属出口段，导流段内部两侧由上至下依次交错设置多个导流板；所述的导流板上表面垂直设置多个分流柱。方法：将装置加热至金属半固态温度，将熔融金属液通过金属液入口注入，在熔融金属液自身重力的作用下，沿多个导流板向下流动，得到半固态浆料。得到半固态浆料。得到半固态浆料。


技术研发人员：程远胜 马卓识
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/7