一种生产金属半固态浆体的方法
一种生产金属半固态浆体的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属的半固态成型技术领域，具体涉及一种生产金属半固态浆体的方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，半固态金属浆体相对于液态金属具有粘度大，凝固收缩小等特点，因而使用半固态金属成型的零件相对于普通液态成型的对应零件有许多的优点，如较少的气孔和缩孔缺陷、更佳的机械性能等；另，相对于固态成型方法，半固态金属浆体的变形抗力非常小，可进行复杂件成型，且加工成本低。因此，半固态金属成型以其诸多的优越性而被称为21世纪最有前途的金属材料加工方法。半固态金属浆体的制作是半固态金属成型技术的关键；目前，制备具有球状晶结构的半固态金属浆体的方法主要有:机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波搅拌法、直流脉冲法等。这些传统方法都是通过控制浆体的温度来控制半固态浆体的固相率(固体含量)，即在制浆过程必须实时检测半固态浆体的温度以知道浆体的固相率；这导致了这些传统方法的工艺参数不易控制、生产效率低，生产成本较高等缺点，以至于到目前为止，金属的半固态成型技术还没有在很大的范围得到工业化应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种生产金属半固态浆体的方法，工艺流程简单且易于控制，易于实现大规模产业化应用。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种生产金属半固态浆体的方法，包括以下步骤:提供一容器(I);往所述的容器(I)中加入熔融金属或合金(3);搅拌所述的容器(I)中的熔融金属或合金(3)以形成金属半固态浆体(2);所述的金属半固态浆体(2)中的固体形成是通过所述的熔融金属或合金(3)与所述的容器(I)之间的热量交换来实现的；同时，所述的金属半固态浆体(2)中的固体含量也是通过所述的熔融金属或合金(3)与所述的容器(I)之间的热量交换来控制的。
[0005]制作所述的容器(I)的材料是石墨材料。
[0006]制作所述的容器(I)的材料是碳化硅陶瓷材料或氮化硅陶瓷材料。
[0007]制作所述的容器(I)的材料是碳化硅结合氮化硅陶瓷材料。
[0008]制作所述的容器(I)的材料是铸铁材料或钢质材料。
[0009]形成的金属半固态浆体(2)中固体含量至少为I wt%。
[0010]形成的金属半固态浆体(2)中固体含量不超过60 wt%o
[0011]本发明的有益效果在于:
1)本发明的工艺流程非常简单，且易于控制；
2)应用本发明的制浆方法，浆体的生产成本极低；
3)本发明易于实现大规模的产业化应用。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的工艺不意图；
图2为本发明的实施例1的金属组合物的显微照片，包括球状的初生固体相和冷淬过程中形成的二次固体相。
【具体实施方式】
[0013]本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
[0014]图1示出了本发明的一个优选实施例中的三个独立步骤。步骤I示出了一个设定好温度的保温炉(6)，保温炉(6)里的一个垫块上放置一个容器(I);容器(I)被放在保温炉
(6)里一定长的时间，其温度就会与保温炉(6)所设定的温度基本一致。步骤2示出了步骤I中的容器(I)以及再一个容器(4);容器(4)中装有熔融的金属(3)，一定量的具有一定初始温度的熔融金属(3 )已被加入到容器(I)中；熔融金属(3 )通过与容器(I)的热交换形成了半固态浆体(2)，但这时的半固态浆体还不够均匀。步骤3示出了步骤2中的容器(I)和金属半固态浆体(2)，以及一个机械搅拌装置(5);通过机械搅拌，金属半固态浆体(2)的均匀性得以增加。
[0015]在实际生产应用中，可利用多个容器(I)不断地循环使用以满足连续生产的需要。
[0016]根据本发明的方法，金属半固态浆体的固相率是通过熔融金属或合金(3)和容器
(I)之间的热量(或焓)交换来控制；即主要是通过控制容器(I)的重量(和尺寸)、初始温度和所加入容器(I)中的熔融金属或合金(3)的重量、初始温度来控制所形成的金属半固态浆体(2)中的固体含量；这有别于传统方法的在制浆过程中要不断地实时检测浆体的温度来控制(知道)半固态浆体的固体含量。
[0017]制作所述的容器(I)的材料主要是石墨材料，或碳化硅陶瓷材料，或氮化硅陶瓷材料，或碳化硅结合氮化硅陶瓷材料。这些材料都不易与许多常用金属(如铝合金)发生反应，且都具有较好的导热性能以利于快速完成容器(I)和熔融金属或合金(3)的热量交换。
[0018]制作所述的容器(I)的材料主要是铸铁材料或钢质材料。铸铁或钢质材料也具有较好的导热性能，可利于快速完成容器(I)和熔融金属或合金(3)的热量交换；但铸铁或钢质材料会溶与一些熔融的金属合金中(如铝合金)，因而当容器(I)使用铸铁或钢质材料制成，其内表面最好覆盖一层与熔融金属或合金(3)不会产生反应的薄薄隔离层(如刷上一层被覆剂)。
[0019]形成的金属半固态浆体(2)的固体含量控制在至少为lwt%，优选至少为1(^七％，更优选至少为20wt%;其关键在于，形成的金属半固态浆体(2)的固体含量的选择，应确保其在进一步的冷却和凝固时抑制金属枝状晶结构和网络的产生。
[0020]形成的金属半固态楽体(2)经冷切后固体含量不超过60wt%，优选不超过50wt% ；更高的固体含量可能使浆体不易于进行进一步的半固态加工。
[0021]实施例1
以下对Al-7wt%Si铝合金半固态浆体的生产方法及装置加以举例说明。
[0022]首先把一个内径为约110毫米、壁厚为约4.5毫米、高度为约180毫米的铸铁坩祸置于一个温度设定为300°C的保温炉中保温约30分钟，以让铸铁坩祸的温度达到约300°C (铸铁坩祸的内壁涂有一层薄薄的被覆剂);然后往该坩祸中倒入约3000克的温度为约635°C的熔融Al-7wt%Si铝合金，(该Al_7wt%Si铝合金的液相线温度为约620°C，固相线温度为约572°C);然后马上对坩祸中的铝合金进行机械搅拌约20秒，这时坩祸中已形成均匀的半固态浆体(机械搅拌可加快坩祸与倒入其中的铝合金之间的热量交换，同时增加半固态浆体的均匀性)。用热电偶测量这时的半固态浆体的温度，其显示为约595°C (即浆体含有约35%的固相率)。少量的半固态浆体被从坩祸中取出并在冷水中淬火；所得到的显微结构如图2所示；从图2可以看出，使用本发明所揭露的方法生产的半固态浆体，其初生固体相为球状晶结构。
[0023]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种生产金属半固态浆体的方法，包括以下步骤:提供一容器(I);往所述的容器(1)中加入熔融金属或合金(3);搅拌所述的容器(I)中的熔融金属或合金(3)以形成金属半固态浆体(2);其特征在于:所述的金属半固态浆体(2)中的固体形成是通过所述的熔融金属或合金(3)与所述的容器(I)之间的热量交换来实现的；同时，所述的金属半固态浆体(2)中的固体含量也是通过所述的熔融金属或合金(3)与所述的容器(I)之间的热量交换来控制的。2.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:制作所述的容器(O的材料是石墨材料。3.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:制作所述的容器Cl)的材料是碳化硅陶瓷材料或氮化硅陶瓷材料。4.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:制作所述的容器Cl)的材料是碳化娃结合氮化娃陶瓷材料。5.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:制作所述的容器(O的材料是铸铁材料或钢质材料。6.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态浆体(2)中固体含量至少为I wt%。7.根据权利要求6所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态浆体(2)中固体含量至少为10 wt%o8.根据权利要求7所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态浆体(2)中固体含量至少为20 wt%o9.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态楽体(2)中固体含量不超过60 wt%o10.根据权利要求9所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态浆体(2)中固体含量不超过50 wt%o
【专利摘要】本发明公开了一种生产金属半固态浆体的方法，具体步骤如下：提供一容器（1）；往容器（1）中加入熔融金属或合金（3）；搅拌容器（1）中的熔融金属或合金以形成金属半固态浆体（2）；金属半固态浆体（2）中的固体形成主要是通过熔融金属或合金（3）与容器（1）之间的热量（或焓）交换来实现的；同时，金属半固态浆体（2）中的固体含量也主要是通过所述的熔融金属或合金（3）与所述的容器（1）之间的热量（或焓）交换来控制的。本发明的工艺流程非常简单且易于控制；应用本发明的方法，半固态制浆的生产成本极低，易于实现大规模的产业化应用。
【IPC分类】B22D1/00
【公开号】CN104889347
【申请号】CN201510320439
【发明人】林荣英, 蔡向阳
【申请人】林荣英
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月12日
【技术领域】
[0001]本发明属于金属的半固态成型技术领域，具体涉及一种生产金属半固态浆体的方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，半固态金属浆体相对于液态金属具有粘度大，凝固收缩小等特点，因而使用半固态金属成型的零件相对于普通液态成型的对应零件有许多的优点，如较少的气孔和缩孔缺陷、更佳的机械性能等；另，相对于固态成型方法，半固态金属浆体的变形抗力非常小，可进行复杂件成型，且加工成本低。因此，半固态金属成型以其诸多的优越性而被称为21世纪最有前途的金属材料加工方法。半固态金属浆体的制作是半固态金属成型技术的关键；目前，制备具有球状晶结构的半固态金属浆体的方法主要有:机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波搅拌法、直流脉冲法等。这些传统方法都是通过控制浆体的温度来控制半固态浆体的固相率(固体含量)，即在制浆过程必须实时检测半固态浆体的温度以知道浆体的固相率；这导致了这些传统方法的工艺参数不易控制、生产效率低，生产成本较高等缺点，以至于到目前为止，金属的半固态成型技术还没有在很大的范围得到工业化应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种生产金属半固态浆体的方法，工艺流程简单且易于控制，易于实现大规模产业化应用。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种生产金属半固态浆体的方法，包括以下步骤:提供一容器(I);往所述的容器(I)中加入熔融金属或合金(3);搅拌所述的容器(I)中的熔融金属或合金(3)以形成金属半固态浆体(2);所述的金属半固态浆体(2)中的固体形成是通过所述的熔融金属或合金(3)与所述的容器(I)之间的热量交换来实现的；同时，所述的金属半固态浆体(2)中的固体含量也是通过所述的熔融金属或合金(3)与所述的容器(I)之间的热量交换来控制的。
[0005]制作所述的容器(I)的材料是石墨材料。
[0006]制作所述的容器(I)的材料是碳化硅陶瓷材料或氮化硅陶瓷材料。
[0007]制作所述的容器(I)的材料是碳化硅结合氮化硅陶瓷材料。
[0008]制作所述的容器(I)的材料是铸铁材料或钢质材料。
[0009]形成的金属半固态浆体(2)中固体含量至少为I wt%。
[0010]形成的金属半固态浆体(2)中固体含量不超过60 wt%o
[0011]本发明的有益效果在于:
1)本发明的工艺流程非常简单，且易于控制；
2)应用本发明的制浆方法，浆体的生产成本极低；
3)本发明易于实现大规模的产业化应用。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的工艺不意图；
图2为本发明的实施例1的金属组合物的显微照片，包括球状的初生固体相和冷淬过程中形成的二次固体相。
【具体实施方式】
[0013]本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
[0014]图1示出了本发明的一个优选实施例中的三个独立步骤。步骤I示出了一个设定好温度的保温炉(6)，保温炉(6)里的一个垫块上放置一个容器(I);容器(I)被放在保温炉
(6)里一定长的时间，其温度就会与保温炉(6)所设定的温度基本一致。步骤2示出了步骤I中的容器(I)以及再一个容器(4);容器(4)中装有熔融的金属(3)，一定量的具有一定初始温度的熔融金属(3 )已被加入到容器(I)中；熔融金属(3 )通过与容器(I)的热交换形成了半固态浆体(2)，但这时的半固态浆体还不够均匀。步骤3示出了步骤2中的容器(I)和金属半固态浆体(2)，以及一个机械搅拌装置(5);通过机械搅拌，金属半固态浆体(2)的均匀性得以增加。
[0015]在实际生产应用中，可利用多个容器(I)不断地循环使用以满足连续生产的需要。
[0016]根据本发明的方法，金属半固态浆体的固相率是通过熔融金属或合金(3)和容器
(I)之间的热量(或焓)交换来控制；即主要是通过控制容器(I)的重量(和尺寸)、初始温度和所加入容器(I)中的熔融金属或合金(3)的重量、初始温度来控制所形成的金属半固态浆体(2)中的固体含量；这有别于传统方法的在制浆过程中要不断地实时检测浆体的温度来控制(知道)半固态浆体的固体含量。
[0017]制作所述的容器(I)的材料主要是石墨材料，或碳化硅陶瓷材料，或氮化硅陶瓷材料，或碳化硅结合氮化硅陶瓷材料。这些材料都不易与许多常用金属(如铝合金)发生反应，且都具有较好的导热性能以利于快速完成容器(I)和熔融金属或合金(3)的热量交换。
[0018]制作所述的容器(I)的材料主要是铸铁材料或钢质材料。铸铁或钢质材料也具有较好的导热性能，可利于快速完成容器(I)和熔融金属或合金(3)的热量交换；但铸铁或钢质材料会溶与一些熔融的金属合金中(如铝合金)，因而当容器(I)使用铸铁或钢质材料制成，其内表面最好覆盖一层与熔融金属或合金(3)不会产生反应的薄薄隔离层(如刷上一层被覆剂)。
[0019]形成的金属半固态浆体(2)的固体含量控制在至少为lwt%，优选至少为1(^七％，更优选至少为20wt%;其关键在于，形成的金属半固态浆体(2)的固体含量的选择，应确保其在进一步的冷却和凝固时抑制金属枝状晶结构和网络的产生。
[0020]形成的金属半固态楽体(2)经冷切后固体含量不超过60wt%，优选不超过50wt% ；更高的固体含量可能使浆体不易于进行进一步的半固态加工。
[0021]实施例1
以下对Al-7wt%Si铝合金半固态浆体的生产方法及装置加以举例说明。
[0022]首先把一个内径为约110毫米、壁厚为约4.5毫米、高度为约180毫米的铸铁坩祸置于一个温度设定为300°C的保温炉中保温约30分钟，以让铸铁坩祸的温度达到约300°C (铸铁坩祸的内壁涂有一层薄薄的被覆剂);然后往该坩祸中倒入约3000克的温度为约635°C的熔融Al-7wt%Si铝合金，(该Al_7wt%Si铝合金的液相线温度为约620°C，固相线温度为约572°C);然后马上对坩祸中的铝合金进行机械搅拌约20秒，这时坩祸中已形成均匀的半固态浆体(机械搅拌可加快坩祸与倒入其中的铝合金之间的热量交换，同时增加半固态浆体的均匀性)。用热电偶测量这时的半固态浆体的温度，其显示为约595°C (即浆体含有约35%的固相率)。少量的半固态浆体被从坩祸中取出并在冷水中淬火；所得到的显微结构如图2所示；从图2可以看出，使用本发明所揭露的方法生产的半固态浆体，其初生固体相为球状晶结构。
[0023]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种生产金属半固态浆体的方法，包括以下步骤:提供一容器(I);往所述的容器(1)中加入熔融金属或合金(3);搅拌所述的容器(I)中的熔融金属或合金(3)以形成金属半固态浆体(2);其特征在于:所述的金属半固态浆体(2)中的固体形成是通过所述的熔融金属或合金(3)与所述的容器(I)之间的热量交换来实现的；同时，所述的金属半固态浆体(2)中的固体含量也是通过所述的熔融金属或合金(3)与所述的容器(I)之间的热量交换来控制的。2.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:制作所述的容器(O的材料是石墨材料。3.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:制作所述的容器Cl)的材料是碳化硅陶瓷材料或氮化硅陶瓷材料。4.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:制作所述的容器Cl)的材料是碳化娃结合氮化娃陶瓷材料。5.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:制作所述的容器(O的材料是铸铁材料或钢质材料。6.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态浆体(2)中固体含量至少为I wt%。7.根据权利要求6所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态浆体(2)中固体含量至少为10 wt%o8.根据权利要求7所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态浆体(2)中固体含量至少为20 wt%o9.根据权利要求1所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态楽体(2)中固体含量不超过60 wt%o10.根据权利要求9所述的生产金属半固态浆体的方法，其特征在于:形成的金属半固态浆体(2)中固体含量不超过50 wt%o
【专利摘要】本发明公开了一种生产金属半固态浆体的方法，具体步骤如下：提供一容器（1）；往容器（1）中加入熔融金属或合金（3）；搅拌容器（1）中的熔融金属或合金以形成金属半固态浆体（2）；金属半固态浆体（2）中的固体形成主要是通过熔融金属或合金（3）与容器（1）之间的热量（或焓）交换来实现的；同时，金属半固态浆体（2）中的固体含量也主要是通过所述的熔融金属或合金（3）与所述的容器（1）之间的热量（或焓）交换来控制的。本发明的工艺流程非常简单且易于控制；应用本发明的方法，半固态制浆的生产成本极低，易于实现大规模的产业化应用。
【IPC分类】B22D1/00
【公开号】CN104889347
【申请号】CN201510320439
【发明人】林荣英, 蔡向阳
【申请人】林荣英
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月12日
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