CN1308102C - 制备半固态合金浆料的方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
一种制备半固态合金浆料的方法及其设备，方法包括：(1)将合金熔炼后，转入静置炉内，进行精炼和除渣，并将熔体温度调整到其液相线温度以上40-60℃；(2)再将熔体注入一较大截面积的容器中，容器下部的出口接阻尼冷管，控制熔体在容器内的压头高度为500-800mm，以使熔体流入阻尼冷管具有一定的流速；(3)采用其内设有具有搅拌作用的杆体的阻尼冷管，并通过控制冷却水管的水流速度和冷却水的温度，控制阻尼冷管出口流出金属熔体的温度在该合金液相线温度以下几度(根据合金和要求而定)，基本完成金属熔体的形核过程。合金熔体经由阻尼冷管时，受到杆体的搅拌，使通过阻尼冷管流出的浆料为较均匀分布的半固态合金浆料。该方法避免了高温熔体与空气接触而氧化，特别适用于镁合金。具有工艺简单、不需要外加动力、冷却强度可控性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备半固态合金浆料的方法及其设备。
背景技术
半固态金属加工技术(Semi-Solid Metal Forming or Semi-Solid Metal Process，简称SSM)是金属在凝固过程中，进行强烈搅拌或通过控制凝固条件，破碎所生成的树枝晶或抑制树枝晶的生成，获得具有等轴或近似于等轴、均匀、细小的初生相，初生相均匀分布于液相中的悬浮半固态浆料。此种浆料在外力的作用下，即使固相率达到60％仍具有较好的流动性。可以利用压铸、挤压、模锻等工艺进行加工成形。
半固态加工技术的工艺路线主要有两类：一类是将制备的半固态浆料在保持其半固态温度的条件下直接成形，通常被称为流变铸造或流变成形(Rheo-castingor Rheo-moulding)；另一类是将半固态浆料先制备成具有非枝晶组织的坯料。再根据产品尺寸下料，然后将坯料重新加热到半固态温度成形，通常被称为触变成形(Thixo-forming or Thixo-moulding)。对于触变成形，由于具有非枝晶组织的坯料重新加热到半固态时能保持一定的形状，便于输送，易于实现自动化。因此，触变成形工艺路线在工业中较早的得到了应用。对于流变铸造，由于将制备的半固态浆料直接成形，具有高效、节能、短流程的特点，近年来发展很快，这是半固态加工技术进一步推广应用的方向。
从1990年召开第一届半固态国际会议，至今已召开了七次专门国际会议。最近三届会议的特点是：1998年召开的第五届国际会议有大批工业界人士参加，将半固态加工技术的应用推向一个高潮；2000年召开的第六届半固态国际会议上出现了不少实用技术及方法；而在2002年召开的第七届半固态国际会议上涌现出了大批实用技术及方法，其中绝大部分是有关半固态金属浆料的制备新方法。同时，也将直接流变铸造或流变成形提到一个相当高的位置。
目前，工业上应用较为广泛的是触变成形工艺路线。而它存在一些不足，如流程较长。为此，如何进一步简化加工工艺流程和进一步降低加工成本，是促进半固态加工技术广泛的应用的基础。半固态金属浆料的制备是半固态加工技术的核心，因此近些年来，出现了许多制备半固态金属浆料的新工艺、新技术、新装置。在半固态金属浆料的制备方面，有双螺旋搅拌法、冷却斜槽法、控制冷却速度的近液相线铸造法、新MIT法、不同液体混合制备法等，下面主要介绍其中的两种方法：
(1)冷却斜槽法(Cooling Slope)
冷却斜槽是日本宇部株式会社开发新工艺，已在欧洲申请了专利。其原理为：将略高于液相线温度的熔融金属倒在冷却斜槽上，由于斜槽的冷却作用，在斜槽壁上有细小的晶粒形核长大，金属熔体的冲击使晶粒从斜槽壁上脱离进入容器。控制容器温度，即缓慢冷却，冷却到一定的半固态温度后保温，达到要求的固相体积分数，随后可进行流变成形或触变成形。
(2)“新MIT工艺”法是由MIT的Flemings等人提出，其工艺过程为：用带有冷却作用的搅拌器插入温度在液相线温度以上几度的合金溶体中，进行搅拌。搅拌数秒钟后，熔体温度降低到对应只有几个百分数的固相分数时，把搅拌器取出。合金溶体在液相线温度下，由于搅拌与冷却的共同作用，导致了熔体体积中合金晶粒的过冷形核，而且固相合金晶粒在熔体中分布均匀。再迅速冷却合金熔体，就能获得较理想的半固态浆料。
MIT最近的实验研究表明，影响形成非枝晶半固态浆料的重要因素是合金的快速冷却和热传导。在一定的搅拌速度下，能获得半固态组织，进一步提高搅拌速度对产生球形晶粒没有太大影响，而且当搅拌时间为2秒时就能产生非枝晶半固态浆料。当合金温度低于液相线温度时，搅拌对最终的微观组织没有太大影响。
上述两种方法及其设备的主要缺点是，高温熔体易与空气接触、以及冷却强度不易控制从而影响产品的质量；此外，需要外加动力，加大生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、适应各种不同合金溶体的要求和流量的需要、避免高温熔体与空气接触而氧化的制备半固态合金浆料的方法。
本发明的另一个目的是提供一种冷却强度可控性好、不需要外加动力、能适应各种不同合金溶体的要求和流量需要的制备半固态合金浆料的设备。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种制备半固态合金浆料的方法，该方法包括下述步骤：
(1)将合金在熔炼炉中熔炼后，合金熔体温度控制到其液相线温度以上100-150℃，熔体转入静置炉内，进行精炼和除渣，将精炼后的熔体温度调整到其液相线温度以上40-60℃；
(2)再将熔体注入一盛装金属熔体的容器中，容器下部的出口接阻尼冷管，控制熔体在容器内的压头高度为500mm-800mm，以保证熔体注在阻尼冷管内具有一定的流速(根据不同合金熔体而定)；
(3)采用其内设有具有搅拌作用的杆体的阻尼冷管，并在阻尼冷管的管壁安装了冷却水管和加热线圈，通过控制冷却水管内水流速度和水温，使经由阻尼冷管的熔体冷却，从而使流出阻尼冷管的熔体温度为液相线温度以下1-10℃(具体温度根据合金而定)，从静置炉连续不断地向容器注入溶体，以保持容器内的压头高度，合金熔体经由阻尼冷管时，受到杆体的搅拌，从而使流出阻尼冷管的浆料即半固态合金浆料更加均匀。
在本发明的方法中，金属熔体从阻尼冷管上方的容器流入阻尼冷管，再流出阻尼冷管，合金溶体在经由阻尼冷管的过程中被冷却，通过控制阻尼冷管对合金熔体的冷却速度，在阻尼冷管出口获得设定固相体积分数的半固态合金浆料。从静置炉连续不断地向阻尼冷管上方的容器注入金属熔体，以保持上方容器的金属熔体量，即压头高度，从而保持合金熔体稳定的流动速度。通过控制冷却水水温和流量，能控制流经阻尼冷管合金熔体的冷却速度。同时，合金熔体经由阻尼冷管时，受到阻尼杆体的搅拌，使流出阻尼冷管的半固态合金浆料分布较为均匀。
本发明的制备半固态合金浆料的方法是将液相线温度以上40-60℃的合金溶体从较大截面积的容器进入阻尼冷管，并通过控制合金溶体在容器中的压头高度和控制合金溶体在阻尼冷管中的流量，同时杆体可以对合金熔体产生搅拌作用。又由于，阻尼冷管周围设有冷却系统，即管壁中设有冷却管，可以有效地调节合金熔体的冷却速度。合金溶体通过阻尼冷管时，由于阻尼冷管截面面积较小，合金熔体在冷管中的流动速度较快。合金溶体通过阻尼冷管时，合金溶体在管壁的冷却下形成许多细小的晶核。晶核形成后，将迅速长大，由于合金熔体的流动冲击，使长大到一定尺寸的晶粒从管壁上脱离进入合金熔体。当合金熔体通过在阻尼冷管的杆体时，合金熔体被搅拌，从而获得较均匀的半固态浆料。获得的半固态浆料流入下方的容器。半固态浆料可直接进行流变铸造或流变成形，也可制备成非枝晶组织的坯料。
在本发明的方法中，在所述步骤(3)中，当阻尼冷管的冷却强度过大，造成阻尼冷管内壁出现大块凝固物时，可开启设在阻尼冷管管外的加热系统，通过加热线圈加热熔化凝固物，保证正常工作。
在本发明的方法中，在所述步骤(2)中，在将熔体注入盛装金属熔体的容器过程中，根据合金熔体的材料，可向该容器内充入保护气体。
本发明的制备半固态合金浆料的方法所使用的设备包括有熔炼炉、静置炉、盛装金属熔体的较大截面积的容器，容器的下部出口连接阻尼冷管，阻尼冷管内设有具有搅拌作用的杆体，并在阻尼冷管的管壁安装了冷却水管和加热线圈。
在本发明的设备中，盛装金属熔体的容器可以为敞开式，也可为封闭式。封闭式可通有保护气体，进行保护。静置炉与容器之间设有控制阀，调节流量。
在本发明的设备中，熔炼炉、静置炉均为常规设备。阻尼冷管可以采用多种方式，可以是带分流楔的扁管式阻尼冷管或带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管，但是，本发明并不限于这两种方式，如上述两种形式的结合体。
在本发明的设备中，所述的阻尼冷管为带分流楔的扁管式阻尼冷管，阻尼冷管其形状为扁形管状，具有搅拌作用的杆体是设在阻尼冷管的下方，即设在出口处。楔形杆的截面为菱形，楔形杆的轴线平行于扁形管的长边，安装在出口的中间。阻尼冷管为扁形管，目的是增加金属熔体与冷管的接触面积，从而增加对流动金属熔体的冷却效果。楔形杆可以形成阻尼作用。
在本发明的设备中，所述的阻尼冷管为带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管，其截面为圆形，该阻尼冷管与上方容器连接的连接处为一个圆锥段。具有搅拌作用的杆体为带螺旋槽的圆锥形芯杆。带螺旋槽圆锥形芯杆由圆锥段和圆柱段组成，圆柱段放置入阻尼冷管内，圆柱段的直径与阻尼冷管内径有间隙。芯杆圆锥段的锥角与阻尼冷管上方圆锥段的锥角，有一定的角度差。芯杆的圆锥段和圆柱段都具有螺旋槽，芯杆的材料密度大于所使用的合金熔体的密度。应用于铝合金时，芯杆可采用钛合金材料。
在本发明的设备中，所述安置在阻尼冷管外管壁的冷却水管和加热线圈呈内外排列，冷却水管是与管壁紧密接触，保持良好的热传导性能。冷却水管和加热线圈可分两组或三组。可以很方便的调节沿阻尼冷管轴向的冷却强度或加热能力，以便更好的调节沿阻尼冷管轴线方向的冷却速度或加热能力分布。每组冷却水管和加热线圈都可以独立控制。由于阻尼冷管周围设有冷却系统，而且冷却水管分两组或三组，因此，可以有效地调节合金熔体的冷却速度，即调节出口处半固态浆料的固相体积分数。当阻尼冷管的冷却强度过大，造成阻尼冷管内壁出现大块凝固物时，可启动设在阻尼冷管管外的加热系统，熔化凝固物，保证正常工作。从阻尼冷管下方出口，可获得设定固相体积分数的半固态浆料。进一步控制阻尼冷管下方的容器温度，可进一步调节半固态浆料的固相体积分数。
在本发明的设备中，所述的阻尼冷管管壁的加热线圈环绕在管壁内的里层，冷却管环绕在管壁内的外层。加热线圈的作用：一是能精确的调节冷却效果；二是能加热熔化和清理阻尼冷管中的残留合金。
本发明的优点是：
1、合金熔体是在一个封闭的阻尼冷管中流动，避免了高温熔体与空气接触而氧化，特别适用于镁合金。这种方法能有效的防止镁合金的燃烧和氧化。
2、阻尼冷管的结构可以多样化，能适应各种不同的要求和流量的需要。
3、阻尼冷管是一个封闭的系统，它冷却强度可控性好。
4、阻尼冷管法具有冷却斜槽法的特点，不需要外加动力。
5、本发明的阻尼冷管法与“新MIT工艺”相比较，具有工艺简单的优点；与冷却斜槽法相比较，具有可控性好，金属熔体不与空气接触而氧化的优点。
附图说明
图1为带分流楔的扁管式阻尼冷管示意图
图2为图1的A-A剖视图
图3为带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管示意图
具体实施方式
本发明是制备半固态合金浆料的方法所使用的设备。该设备包括有熔炼炉(未图示)、静置炉(图1、图3中的标号6)，静置炉6的出口接一盛装金属熔体的容器(图1、图3中的标号4)的上部的进口，容器4可设有保护气体管(图1、图3中的标号7)的进口和控制阀(未图示)，容器的下部出口连接阻尼冷管，阻尼冷管内设有具有搅拌作用的杆体，并在阻尼冷管的管壁安装了冷却水管(图1、图3中的标号2)和加热线圈(图1、图3中的标号3)。
在本发明的设备中，阻尼冷管采用带分流楔的扁管式阻尼冷管，如图1、图2所示，本发明的带分流楔的扁管式阻尼冷管包括有扁形管状阻尼冷管1，阻尼冷管1的截面为扁长圆形，即其两长边为直边、两短边为圆弧边，扁长圆形截面能增加截面的周长，从而增加了管壁的冷却作用。环绕在扁形管的管壁安装了冷却水管2和加热线圈3，冷却水管2和加热线圈3呈内外排列，加热线圈3环绕在管壁内的里层，冷却管2环绕在管壁内的外层，且冷却水管2和加热线圈3分两组或三组。该阻尼冷管1的上方有一盛装金属熔体的较大截面积的容器4，该容器4与静置炉6相连接。容器4的截面积与阻尼冷管1截面积的比值应大于10，容器4的截面积与阻尼冷管1截面积的比值优选为10-30。阻尼冷管1的下方，即出口处设有上部为楔形的楔形杆5，楔形杆5的轴线平行于扁形管的长边，安装在出口的中间，楔形杆5的截面为菱形，两对角线的比值大于4，建议两对角线的比值为4-8，四个角均为圆弧过度。
如图1、图2所示，在采用带分流楔的扁管式阻尼冷管制备半固态合金浆料的方法中，将合金在熔炼炉(未图示)中熔炼后，合金熔体温度控制到其液相线温度以上110-150℃，熔体转入静置炉6内，进行精炼和除渣，将精炼后的熔体温度调整到其液相线温度以上40-60℃。再将熔体注入盛装金属熔体的容器4中，并保持容器4的液面稳定的高度。该容器内可充装有保护气体，容器下部的出口接阻尼冷管1，控制熔体在容器4内的压头高度为500-800mm，以使熔体在阻尼冷管具有一定的流动速度。采用带分流楔的扁管式阻尼冷管的阻尼冷管，通过控制冷却水管2中的水流速度和冷却水的温度，可达到控制阻尼冷管对金属熔体的冷却强度，使从阻尼冷管流出的合金熔体温度低于液相线温度几度(根据合金和使用要求而定)，基本完成合金熔体的形核过程。从静置炉6连续不断的向容器4注入溶体，保证流入阻尼冷管1的溶体量。合金溶体在容器4内始终保持上述的压头高度，合金熔体经由阻尼冷管1通过楔形杆5的搅拌作用，从阻尼冷管1流出的浆料即为较均匀的半固态合金浆料。
在制备半固态合金浆料的方法中，密封容器4中的合金熔体应保持一定的高度(500-800mm)。阻尼冷管1中的合金熔体流动速度与容器4中合金熔体的高度是密切相关，容器4中合金熔体的高度是阻尼冷管1中合金熔体流动的驱动力，因此要求容器4中液面高度稳定。具体液面高度与合金和工艺要求有关，详见下述实施例1-4。
在本发明的设备中，阻尼冷管采用带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管，如图3所示，本发明的带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管包括有截面为圆形的阻尼冷管11，该阻尼冷管11的上方设有一盛装金属熔体的较大截面积的容器4，该阻尼冷管11与容器4连接的连接处为一个圆锥段13，在圆锥段13和阻尼冷管11内设有带螺旋槽圆锥形芯杆14。该带螺旋槽圆锥形芯杆14由圆锥段和圆柱段组成，圆柱段的直径与阻尼冷管11内径为有一定的间隙，芯杆14的圆柱段与阻尼冷管的间隙根据合金熔体和管径而定，通常单边间隙在2-8mm范围内；圆锥段的锥角与阻尼冷管11上方圆锥段13的锥角有一个角度差，芯杆14的圆锥段的圆锥角比阻尼冷管11上方的圆锥段13的圆锥角小20°～50°；芯杆14的圆锥段和圆柱段都具有螺旋槽，芯杆的圆锥段和圆柱段上的螺旋槽的升角度大于60°。阻尼冷管11长度根据合金熔体的性质和阻尼冷管11的直径有关，但阻尼冷管11长度应大于300mm，阻尼冷管11长度优选为300-800mm，芯杆14的圆柱段的长度一般为阻尼冷管11长度的1/3至1/2之间。带螺旋槽圆锥芯杆14的材料为高强、耐热、耐磨材料，芯杆14的材料密度大于合金熔体的密度，如采用钛合金材料。并在阻尼冷管11的管壁安装了冷却水管2和加热线圈3，冷却水管2和加热线圈3呈内外排列，加热线圈环绕在管壁内的里层，冷却管环绕在管壁内的外层，且冷却水管2和加热线圈3分两组或三组。
在采用带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管制备半固态合金浆料的方法中，基本上和上述的采用带分流楔的扁管式阻尼冷管制备半固态合金浆料的方法相同，其不同的地方是，是采用带螺旋槽圆锥芯杆14对合金熔体产生搅拌作用，带螺旋槽圆锥芯杆14的材料密度比金属熔体的密度大一些，芯杆14在金属熔体的冲击下，由于带螺旋槽的斜面上的周向分力作用，使带芯杆14转动，同时金属熔体也向相反的方向转动，从而起到对金属熔体的搅拌作用。因而能获得较均匀的半固态浆料。
实施例1，带分流楔的扁管式阻尼冷管制备镁合金AZ91D半固态浆料。
如图1、图2所示，AZ91合金液相线温度为596℃。合金在熔炼炉中熔炼后，合金熔体温度控制到740℃左右，熔体转入静置炉6内，进行精炼和除渣，精炼后的将熔体温度调整到640℃左右。再将熔体注入阻尼冷管1上方的容器，容器4尺寸为500mm×300mm×800mm(长×宽×高)。控制容器4中压头高度，保持压头在580mm，容器4中的合金熔体在自重的作用下流入阻尼冷管1，阻尼冷管出口的流速大于20m/min。向容器4中通入少量的保护性气体。阻尼冷管1的截面尺寸为150mm×50mm(长×宽)，长度为500mm。楔形杆5的尺寸为150mm×45mm×200mm(长×宽×高)，楔形高度为200mm，上部为楔形。控制冷却水的水流速度，可获得阻尼冷管出来的半固态浆料固相体积分数在8-15％。进一步控制阻尼冷管下方的容器温度，可调节半固态浆料的固相体积分数为30％，然后进行流变成形。
实施例2，带分流楔的扁管式阻尼冷管制备铝合金AlSi7Mg半固态浆料。
如图1、图2所示，AlSi7Mg合金液相线温度为635℃。合金在熔炼炉中熔炼后，合金熔体温度为780℃左右，熔体转入静置炉6内，进行精炼和除渣，精炼后的熔体温度为680℃左右。再将熔体注入阻尼冷管1上方的容器，容器4尺寸为500mm×300mm×800mm(长×宽×高)。控制容器4中压头高度，保持压头在550mm，容器4中的合金熔体在自重的作用下流入阻尼冷管1，阻尼冷管出口的流速大于20m/min。阻尼冷管1的截面尺寸为150mm×50mm(长×宽)，长度为500mm。楔形杆5的尺寸为150mm×45mm×200mm(长×宽×高)，楔形高度为200mm，上部为楔形。控制冷却水的水流速度，可获得阻尼冷管出来的半固态浆料固相体积分数可达12-18％。进一步控制阻尼冷管下方的容器温度，可调节半固态浆料的固相体积分数为30％，然后进行流变成形。
实施例3，带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管制备镁合金AZ91D半固态浆料。
如图3所示，AZ91合金液相线温度为596℃。合金在熔炼炉中熔炼后，合金熔体温度为740℃左右，熔体转入静置炉6内，进行精炼和除渣，精炼后的熔体温度为640℃左右。再将熔体注入阻尼冷管11上方的容器，容器4的规格为Φ500mm×750mm(直径×高度)。控制容器4中压头高度，保持压头在550mm。容器4中的合金熔体在自重的作用下流入阻尼冷管11，阻尼冷管出口的流速大于16m/min。向容器4中通入少量的保护性气体。阻尼冷管11规格为Φ80mm×500mm(直径×高度)，芯杆14的圆柱段为Φ76mm，阻尼冷管与芯杆的单边间隙为2mm。芯杆14的圆锥段与阻尼冷管11上方的圆锥段13相配，芯杆14圆锥段的圆锥角比冷管上方的圆锥段13的圆锥角小45°。圆锥芯杆的圆锥段和圆柱段螺旋槽的升角为65°，螺旋槽为梯形槽。圆锥芯杆14的材料采用钛合金材料。芯杆圆锥段高度为100mm，圆柱段的长度为200mm。控制冷却水的水流速度，可获得的半固态浆料相体积分数为10-18％。进一步控制阻尼冷管下方的容器温度，可调节半固态浆料的固相体积分数为30％，然后进行流变成形。
实施例4，带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管制备铝合金AlSi7Mg半固态浆料。
如图3所示，AlSi7Mg合金液相线温度为635℃。合金在熔炼炉中熔炼后，合金熔体温度为780℃左右，熔体转入静置炉6内，进行精炼和除渣，精炼后的熔体温度为680℃左右。再将熔体注入阻尼冷管11上方的容器，容器4的规格为Φ500mm×750mm(直径×高度)。控制容器4中压头高度，保持压头在550mm。容器4中的合金熔体在自重的作用下流入阻尼冷管11，阻尼冷管出口的流速大于16m/min。阻尼冷管11规格为Φ80mm×500mm(直径×高度)，芯杆14的圆柱段为Φ76mm，阻尼冷管与芯杆的单边间隙为2mm。芯杆14的圆锥段与阻尼冷管11上方的圆锥段13相配，芯杆14圆锥段的圆锥角比冷管上方的圆锥段13的圆锥角小45°。圆锥芯杆的圆锥段和圆柱段螺旋槽的升角为65°，螺旋槽为梯形槽。圆锥芯杆14的材料采用钛合金材料。芯杆圆锥段高度为100mm，圆柱段的长度为200mm。控制冷却水的水流速度，可获得的半固态浆料相体积分数为15-20％。进一步控制阻尼冷管下方的容器温度，可调节半固态浆料的固相体积分数为30％，然后进行流变成形。
本发明的制备半固态合金浆料的方法所制备的半固态浆料可直接用于压铸、挤压或轧制。
Claims (8)
1、一种制备半固态合金浆料的方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
(1)将合金在熔炼炉中熔炼后，合金熔体温度控制到其液相线温度以上100-150℃，熔体转入静置炉内，进行精炼和除渣，将精炼后的熔体温度调整到其液相线温度以上40-60℃；
(2)再将熔体注入一盛装金属熔体的容器中，容器下部的出口接阻尼冷管，控制熔体在容器内的压头高度为500mm-800mm，以保证熔体注在阻尼冷管内具有一定的流速；
(3)采用其内设有具有搅拌作用的杆体的阻尼冷管，并在阻尼冷管的管壁安装了冷却水管和加热线圈，通过控制冷却水管内水流速度和水温，使经由阻尼冷管的熔体冷却，从而使流出阻尼冷管的熔体温度为液相线温度以下1-10℃，从静置炉连续不断地向容器注入溶体，以保持容器内的压头高度，合金熔体经由阻尼冷管时，受到杆体的搅拌，从而使流出阻尼冷管的浆料即半固态合金浆料更加均匀。
2、根据权利要求1所述的制备半固态合金浆料的方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，当阻尼冷管的冷却强度过大，造成阻尼冷管内壁出现大块凝固物时，可开启设在阻尼冷管管外的加热系统，通过加热线圈加热熔化凝固物，保证正常工作。
3、根据权利要求1所述的制备半固态合金浆料的方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，在将熔体注入盛装金属熔体的容器过程中，根据合金熔体的材料，可向该容器内充入保护气体。
4、一种权利要求1所述的方法使用的设备，其特征在于：该设备包括有熔炼炉、静置炉、盛装金属熔体的较大截面积的容器，容器的下部出口连接阻尼冷管，阻尼冷管内设有具有搅拌作用的杆体，并在阻尼冷管的管壁安装了冷却水管和加热线圈。
5、根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述的阻尼冷管为带分流楔的扁管式阻尼冷管，其形状为扁形管状，具有搅拌作用的杆体是楔形的楔形杆，设在阻尼冷管的下方，即设在出口处，楔形杆的轴线平行于扁形管的长边，安装在出口的中间。
6、根据权利要求4所述的设备，其特征在于：阻尼冷管为带螺旋槽圆锥芯杆的阻尼冷管，其冷管截面为圆形，该阻尼冷管与上方容器连接的连接处为一个圆锥段，具有搅拌作用的杆体为带螺旋槽的圆锥形芯杆，该带螺旋槽圆锥形芯杆由圆锥段和圆柱段组成，放置在阻尼冷管上方的圆锥段和阻尼冷管内，圆柱段的直径与阻尼冷管内径为有间隙的配合，圆锥段与阻尼冷管上方的圆锥段为有圆锥角度差，芯杆的圆锥段和圆柱段都具有螺旋槽，芯杆的材料密度大于所使用的合金熔体的密度。
7、根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于：所述的阻尼冷管管壁的冷却水管和加热线圈呈内外排列，且冷却水管和加热线圈分两组或三组。
8、根据权利要求6所述的设备，其特征在于：对于制备铝合金半固态浆料，所述的芯杆的材料采用钛合金材料。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (9)
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| CN113798464A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-12-17 | 昆明理工大学 | 一种对开式全封闭熔体约束流动诱导形核半固态浆料制备装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08187547A (ja) * | 1994-12-28 | 1996-07-23 | Ahresty Corp | 鋳造用金属スラリーの製造方法 |
| US5881796A (en) * | 1996-10-04 | 1999-03-16 | Semi-Solid Technologies Inc. | Apparatus and method for integrated semi-solid material production and casting |
| CN1411932A (zh) * | 2002-03-01 | 2003-04-23 | 北京科技大学 | 球状初晶半固态金属或合金浆料直接成型方法及装置 |
-
2004
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08187547A (ja) * | 1994-12-28 | 1996-07-23 | Ahresty Corp | 鋳造用金属スラリーの製造方法 |
| US5881796A (en) * | 1996-10-04 | 1999-03-16 | Semi-Solid Technologies Inc. | Apparatus and method for integrated semi-solid material production and casting |
| CN1411932A (zh) * | 2002-03-01 | 2003-04-23 | 北京科技大学 | 球状初晶半固态金属或合金浆料直接成型方法及装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8193267B2 (en) | 2003-12-05 | 2012-06-05 | 3M Innovative Properties Company | Polymer compositions with bioactive agent, medical articles, and methods |
| US8399027B2 (en) | 2005-04-14 | 2013-03-19 | 3M Innovative Properties Company | Silver coatings and methods of manufacture |
| US8192764B2 (en) | 2006-01-13 | 2012-06-05 | 3M Innovative Properties Company | Silver-containing antimicrobial articles and methods of manufacture |
| US9289450B2 (en) | 2006-01-13 | 2016-03-22 | 3M Innovative Properties Company | Silver-containing antimicrobial articles and methods of manufacture |
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