专利名称：一种铝20锡半固态浆料制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝20锡半固态浆料制备方法。
背景技术：
据文献“Flemings M.Behavior of metal alloys in the semisolid state，MetallTrans，1991，22A957-981”和“毛卫民.半固态金属成形技术，北京机械工业出版社，2004”报道，从高温液态通过降温进行搅拌来制备半固态浆料的方法，主要有电磁搅拌法与机械搅拌法，都是在已制备好的液体冷却凝固过程中，借助于电磁或机械搅拌产生的规则周向运动，打碎初生枝晶，形成球形或椭球形初生固相颗粒悬浮于液相中的半固态浆料。铝20锡合金通常含有20％的锡和1.5％的硅，兼有铝硅的高比强度、高比刚度、导热快和锡的润滑性能好等优点，是制备现代新型轴瓦的理想覆层材料。对于铝20锡合金，由于铝与锡是二类物性尤其是密度和熔点差别较大的物质，铝的密度为2.7g/cm3，锡的密度为7.2g/cm3；铝的熔点为660℃，锡的熔点为230℃，而锡在铝中的溶解度又非常小，在700℃下，仅为2％，多余的锡只能以液滴的形式存在于铝20锡合金液中。在电磁或机械搅拌产生的规则周向运动作用下，铝20锡合金液中的锡液滴会在自身重力和周向运动离心力的作用下被甩到合金液周围并沉淀到合金液底部，造成重金属锡的宏观偏析，因此，采用上述电磁搅拌法或机械搅拌法很难制备出重金属锡均匀悬浮于熔体中的铝20锡半固态浆料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有半固态浆料制备方法存在的“产生重金属锡宏观偏析”的不足，提供一种能够制备出锡液滴均匀悬浮于铝20锡合金熔体中的铝20锡半固态浆料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是利用电磁搅拌装置产生的周向运动，打碎铝20锡合金液凝固过程中形成的初生枝晶；借助于机械搅拌器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内周围的铝20锡合金熔体移到内部、将下部的铝20锡合金熔体移到上部，利用铝20锡合金半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒来阻止锡液滴的离心与沉淀运动，得到锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。
铝20锡半固态浆料的制备装置包括电磁搅拌装置、机械搅拌器及其上下移动控制装置、石墨坩埚、上盖、堵塞、外罩、Ar气管及热电偶。
电磁搅拌装置的三对电磁极对均布在石墨坩埚周围，与坩埚外壁之间的距离为5mm，石墨坩埚壁内间隔均布加热管和冷却管，分别与外部电源与冷却液供给系统连接，电磁极对外侧加外罩；机械搅拌器由方形导向杆和四个双弧形叶片构成，材质为耐热陶瓷，四个双弧形叶片，位于导向杆下部，叶片根部与导向杆的四个表面垂直，互成90°，叶片在长度方向上，凹弧面为圆弧形，迎着熔体的周向运动方向布置，弧度为30～90°；叶片在厚度方向上，凹弧面朝上，为圆弧形，弧度为45～90°，迎着熔体周向运动方向布置，凹弧面下部切线与水平线平行，叶片外端部与坩埚内壁之间的距离为5mm；机械搅拌器上下移动控制装置由电机、传动机构、上行程开关和下行程开关构成。传动机构位于机械搅拌器导向杆上部与电机之间，由齿条与齿轮、涡轮与蜗杆传动构成，电机的转向由上、下行程开关控制，也就是，当机械搅拌器叶片向上移动到铝20锡熔体上方时，导向杆触动上行程开关，电机改变转向，使机械搅拌器向下移动；当机械搅拌器叶片向下移动到石墨坩埚底部时，导向杆触动下行程开关，电机改变转向，使机械搅拌器向上移动；机械搅拌器的上下移动速度控制在5～20mm/s，导向杆依靠导向套定位，Ar气管与热电偶通过上盖上的孔和机械搅拌器叶片之间的孔隙插入石墨坩埚，堵塞位于坩埚底部，电机、传动机构、行程开关、导向套采用机械连接方式固定于支架上。
铝20锡半固态浆料的制备工艺步骤如下步骤1，制备铝20锡合金液，温度控制在700℃；步骤2，将上述铝20锡合金液倒入预热温度为500℃的石墨坩埚，盖上上盖，接通Ar气以防氧化；步骤3，启动电磁搅拌装置和机械搅拌器及其上下移动控制装置，对铝20锡熔体进行搅拌，同时，接通并调节石墨坩埚壁内的冷却管与加热管，将铝20锡熔体温度控制在达到浆料固相率所需温度，在稳定的浆料搅拌温度下，利用电磁搅拌产生的周向运动，打碎凝固过程中形成的初生枝晶；借助连续上下移动的机械搅拌器的双弧形叶片，不断地将坩埚内周围的铝20锡合金熔体移到内部、将下部的铝20锡合金熔体移到上部，利用铝20锡合金半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒阻止锡液滴的离心与沉淀运动，一定时间后，得到具有所需固相率、锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。
本发明的有益效果是本发明利用电磁搅拌装置产生的周向运动，打碎铝20锡合金液凝固过程中形成的初生枝晶；借助于机械搅拌器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内周围的铝20锡合金熔体移到内部、将下部的铝20锡合金熔体移到上部，利用铝20锡合金半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒来阻止锡液滴的离心与沉淀运动，得到锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料，达到了直接从高温液态通过降温进行搅拌制备锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料的目的，解决了现有半固态浆料制备方法存在的“产生重金属锡宏观偏析”的问题。
图1为本发明方法制备铝20锡半固态浆料装置的主视图。
图中2.机械搅拌器的导向杆，3.机械搅拌器的双弧形叶片，4.石墨坩埚，5.加热管，6.冷却管，7.堵塞8.铝20锡半固态浆料，9.外罩，10.上盖，11.Ar气管，12.热电偶，13.导向套，14.电机，15.传动机构，16.上行程开关，17.下行程开关，18.支架。
图2为本发明方法制备铝20锡半固态浆料装置的A-A视图。
图中1.电磁搅拌装置的电磁极对。
图3为本发明方法制备的固相率为40％的铝20锡半固态浆料的微观组织。
具体实施例方式
在电磁搅拌装置的功率为10kW、机械搅拌器双弧形叶片长度方向上凹弧面的弧度为40°、厚度方向上凹弧面的弧度为45°、机械搅拌器的上下移动速度为15mm/s的装置条件下，具体实施步骤步骤1，制备铝20锡合金液，温度控制在700℃；步骤2，将上述铝20锡合金液倒入石墨坩埚中，石墨坩埚的预热温度为500℃，由其壁内的加热管实现预热，盖上上盖后，接通Ar气以防氧化；步骤3，启动电磁搅拌装置和机械搅拌器及其上下移动控制装置，对铝20锡熔体进行搅拌，同时，关闭加热管的电源并向石墨坩埚壁内的冷却管内接通冷却水进行冷却，将铝20锡熔体冷却至585℃后，关闭冷却水，打开并调节加热管的电源，使铝20锡熔体温度稳定在585℃，在585℃下，搅拌20min后，得到固相率为40％、锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。
在机械搅拌器双弧形叶片长度方向上凹弧面的弧度为90°、厚度方向上凹弧面的弧度为90°、机械搅拌器的上下移动速度为5mm/s、坩埚内熔体的温度控制在570℃、其它参数同上的条件下，在570℃下，搅拌15min后，得到固相率为50％、锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。
附图3为本发明方法制备的固相率为40％的铝20锡半固态浆料的微观组织，图中呈球形或椭球形的白色部分为初生固相颗粒，呈球形或椭球形的黑色部分为锡颗粒，由图可见，铝20锡半固态浆料中的初生固相颗粒与锡液滴均匀地分布在组织致密的半固态浆料中，所以，本发明方法可用于制备重金属锡均匀悬浮于熔体中的铝20锡半固态浆料。
权利要求
1.一种铝20锡半固态浆料制备方法，其特征在于，利用电磁搅拌装置产生的周向运动，打碎铝20锡合金液凝固过程中形成的初生枝晶；借助于机械搅拌器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内周围的铝20锡合金熔体移到内部、将下部的铝20锡合金熔体移到上部，利用铝20锡合金半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒来阻止锡液滴的离心与沉淀运动，得到锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料，其工艺步骤步骤1，制备铝20锡合金液，温度控制在700℃；步骤2，将上述铝20锡合金液倒入预热温度为500℃的石墨坩埚，盖上上盖，接通Ar气以防氧化；步骤3，启动电磁搅拌装置和机械搅拌器及其上下移动控制装置，对铝20锡熔体进行搅拌，同时，接通并调节石墨坩埚壁内的冷却管与加热管，将铝20锡熔体温度控制在达到浆料固相率所需温度，在稳定的浆料搅拌温度下，利用电磁搅拌产生的周向运动，打碎凝固过程中形成的初生枝晶；借助连续上下移动的机械搅拌器的双弧形叶片，不断地将坩埚内周围的铝20锡合金熔体移到内部、将下部的铝20锡合金熔体移到上部，利用铝20锡合金半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒阻止锡液滴的离心与沉淀运动，一定时间后，得到具有所需固相率、锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料。
2.根据权利要求1所述的一种铝20锡半固态浆料制备方法，其特征在于，在稳定的浆料搅拌温度下，电磁搅拌装置和机械搅拌器及其上下移动控制装置的运行时间为15～20min，机械搅拌器双弧形叶片长度方向上凹弧面的弧度为30～90°、厚度方向上凹弧面的弧度为45～90°，机械搅拌器的上下移动速度控制在5～20mm/s。
全文摘要
一种铝20锡半固态浆料制备方法，属于铝20锡半固态研究领域，利用电磁搅拌装置产生的周向运动，打碎铝20锡合金液凝固过程中形成的初生枝晶；借助于机械搅拌器及其上下移动控制装置，不断地将坩埚内周围的铝20锡合金熔体移到内部、将下部的铝20锡合金熔体移到上部，利用铝20锡合金半固态浆料的高粘度和半固态浆料中的初生固相颗粒来阻止锡液滴的离心与沉淀运动，得到锡液滴分布均匀的铝20锡半固态浆料，解决现有半固态浆料制备方法存在的“产生重金属锡宏观偏析”的技术问题。
文档编号C22F3/02GK1740369SQ20051008645
公开日2006年3月1日 申请日期2005年9月22日 优先权日2005年9月22日
发明者张鹏, 杜云慧, 刘汉武 申请人:北京交通大学