强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111036862A(43)申请公布日2020.04.21(21)申请号201911410962.3(22)申请日2019.12.31(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人祁明凡李静媛康永林乌拉别克·朱玛别克徐玉昭陈雨来商北雁(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401代理人皋吉甫(51)Int.Cl.B22D1/00(2006.01)B22D17/20(2006.01)C22C21/00(2006.01)C22C18/02(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置(57)摘要本发明一种强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置，具体步骤为容器从熔炼炉舀取合金熔体后，开启熔体扰动装置使靠近容器壁的熔体产生扰动，与此同时，开启熔体搅拌器对熔体进行搅拌和冷却处理，搅拌器内腔为盲孔结构，其内腔插入空心管，通过空心管对搅拌器内腔持续喷射冷却介质带走大量热量，从而对熔体强冷。在熔体扰动装置及熔体搅拌器产生的多向扰动及持续强冷复合条件下，熔体快速降温到半固态温度区间，由于多向扰动产生的对流抑制枝晶生长，从而快速获得半固态浆料。本发明解决了单一工艺制备大体积浆料时存在的熔体降温慢、容器边部熔体未受搅拌而粘料的难题。该工艺高效稳定，尤其适合于制备质量超过20kg的浆料。CN111036862ACN111036862A权利要求书1/1页1.一种强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1)将温度高于液相线5℃～300℃的大体积合金熔体置于容器中；S2)然后对容器内的合金熔体采用间接搅拌和直接强冷搅拌；S3)当合金熔体的温度降到预设的半固态浆料温度，停止直接强冷搅拌和间接搅拌，得到固相率20％～60％的大体积半固态浆料，并将半固态浆料送往成形设备进行流变成形。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1)中的合金熔体为铝合金、镁合金、钢铁、锌合金、钛合金及其复合材料。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2)中直接强冷搅拌和间接搅拌时间为5-60s，合金熔体的降温速率为0.5～5℃/s。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2)中的间接搅拌为扰动搅拌；所述扰动搅拌包括超声波搅拌、电磁搅拌或机械振动。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述超声波搅拌的功率为300～3000W；所述电磁搅拌的电流为20～350A,频率为20～300Hz；所述机械振动频率为20～1200Hz。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的直接强冷搅拌包括机械搅拌和超声波搅拌；所述机械搅拌的转速为100～2000r/min；所述超声波搅拌的功率为200～3000W。7.一种如权利要求1所述的方法采用的强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的装置，其特征在于，所述装置包括容器、熔体搅拌器、熔体扰动装置和热电偶；其中，所述熔体扰动装置设置在所述容器外侧壁的四周用于对容器内的合金熔体扰动搅拌，所述热电偶和熔体搅拌器设置在所述容器的内部，所述熔体搅拌器实现对容器内部的合金熔体进行直接搅拌；所述熔体搅拌器包括空心搅拌器，冷却管和冷却介质供应装置；所述冷却管置于所述空心搅拌器内部，且所述冷却管的侧壁上均设有若干冷却喷口，所述冷却管的一端与所述冷却介质供应装置连接。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述熔体搅拌器的数量为至少一个；所述冷却介质包括水、气体、油或水溶液。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述熔体扰动装置数量为至少一个。10.一种大体积半固态浆料，其特征在于，所述大体积半固态浆料采用如权利要求1-6任意一项所述方法制备得到。2CN111036862A说明书1/6页强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置技术领域[0001]本发明属于金属半固态成形技术领域，特别是涉及一种强冷和复合搅拌工艺制备大体积半固态浆料的方法和装置。背景技术[0002]金属半固态加工技术是20世纪70年代发明的一种先进、节能环保的绿色成形工艺。半固态浆料的制备是半固态加工技术的基础与关键，半固态浆料的制备方法多样，如双螺旋搅拌法、气泡搅拌法、蛇形浇道法、低过热度浇注和弱机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波处理法、喷射沉积法、冷却斜槽法等。但上述方法存在着工艺不稳定、难以持续稳定制备半固态浆料和不适合大体积半固态浆料制备的难题。为了实现大体积半固态浆料的制备和实现稳定连续可靠的工业化生产，国内外研究人员、学者及相关工业界人士仍在不断努力探索，试图开发新的制浆工艺，以进一步推动大体积浆料的高效稳