一种基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备的制造方法

文档序号:10342520
一种基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半固态法和快速冷却的晶粒细化熔铸技术领域,尤其涉及到半固 态锡基合金熔铸一体化生产设备。
【背景技术】
[0002 ]在 Sn 中添加 Ag、Cu、In、Zn、Bi、Sb 等元素形成Sn_Ag、Sn_Cu、Sn-In、Sn_Zn、Sn_Bi 系、 Sn-Sb系合金,可广泛用于无铅电子产业。传统的注浆铸造工艺难免在铸件上带进气泡,而 且难以通过快速冷却方式去抑制粗大相的形成,影响铸态合金的塑性和强度,直接影响下 一道拉丝成形工艺。
[0003] 申请号为201010610527.8的中国发明专利,公开了一种低银无铅焊料合金及其制 备方法和装置,其采用快速冷却和振动相结合的制备方法,有效地减少了熔程而使合金迅 速凝固的方法,但这种单一机械振动模式难以破碎半固态合金的粗大树枝组织,这对锡基 合金机械性能的提高受到了限度。

【发明内容】

[0004] 本实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足,提供一种锡合金在液固区间内 介入超声波和机械复合搅拌熔炼和快速冷凝成形的熔铸一体化设备,利用该设备制造的锡 合金晶粒细化,塑性好,强度高。
[0005] 为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种基于半固态法锡基合金 的熔铸一体化设备,其特征在于:包括保温加热熔炼成形装置、超声波搅拌系统和机械搅拌 系统;
[0006] 保温加热熔炼成形装置包括坩埚上盖、保温加热座体、坩埚模具、探温器、下托盘 和控温仪器,坩埚上盖和下托盘分别设置在保温加热座体的上下方,坩埚模具放置在下托 盘上且能随着下托盘的上下移动进入和脱离保温加热座体,探温器设置在坩埚模具内且与 控温仪器相连接;
[0007] 超声波搅拌系统包括调频超声波换能器、变幅杆、工作头和超声波发生器,超声波 换能器和变幅杆安装在所述坩埚上盖上,工作头置于所述坩埚模具内且上端安装在变幅杆 上;
[0008] 机械搅拌系统包括支架、搅拌杆、固定在搅拌杆下端的搅拌叶片和驱动搅拌杆转 动的驱动装置,搅拌杆设置在所述坩埚模具内且上端穿过所述坩埚上盖与支架相连接。
[0009] 进一步地,所述保温加热座体包括保温座体和设置保温座体上的感应加热丝。 [0010]进一步地,所述调频超声波发生器的超声波可调频率为15-25KHZ。
[0011] 进一步地,所述坩埚上盖和下托盘均采用保温材料制成,所述坩埚模具由奥氏体 304不锈钢材料制成。所述搅拌杆由不锈钢材料制成。
[0012] 本实用新型的有益效果是:
[0013] (1)本实用新型通过可将半固态熔炼技术和快速冷却铸造方法相结合,在锡合金 半凝固过程切入机械搅拌和超声振荡,两种搅拌方式共同实施,可消除熔池里的任何死区, 使液态金属母液某些初生相均匀悬浮浆料中,具有破碎枝晶、增强元素扩散,降低温度梯度 和成分过冷以及清除熔体中的气体,两者结合可实现晶粒在各个方向上均匀长大;可实现 水冷或油冷等不同的凝固速率,实现细化晶粒的效果。
[0014] (2)将坩埚和模具的功能设计成一体化,生产效率高,设备制作和合金制造成本 低,这种技术和装置可实现各种半固态锡合金、铝合金、镁合金制造和批量生产。
【附图说明】
[0015] 下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
[0016] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0017]图2为图1的分解不意图。
【具体实施方式】
[0018] 如图1、2所示,本实用新型一种基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备,包括超 声波搅拌系统1、保温加热熔炼成形装置2和机械搅拌系统3。
[0019] 上述保温加热熔炼成形装置2包括坩埚上盖21、保温加热座体、坩埚模具24、探温 器25、下托盘26和控温仪器27。其中,保温加热座体包括保温座体22和设置保温座体上的感 应加热丝23。坩埚上盖21和下托盘26分别设置在保温加热座体的上下方,坩埚模具24放置 在下托盘26上且能随着下托盘的上下移动进入和脱离保温加热座体。探温器25设置在坩埚 模具24内且与控温仪器27相连接。
[0020] 上述超声波搅拌系统1包括调频超声波换能器11、变幅杆12、工作头13和超声波发 生器14,调频超声波换能器11和变幅杆12安装在坩埚上盖21上,工作头13置于所述坩埚模 具24内且上端安装在变幅杆12上。本实施例中,调频超声波发生器的超声波可调频率为15-25KHz。
[0021]上述机械搅拌系统3包括支架31、搅拌杆32、固定在搅拌杆下端的搅拌叶片33和驱 动搅拌杆转动的驱动装置,搅拌杆32设置在坩埚模具24内且上端穿过坩埚上盖21与支架31 相连接。搅拌杆32由不锈钢材料制成。
[0022]本实施例中,上述坩埚上盖21和下托盘26均采用保温材料制成,如此,与保温座体 配合时能提高整体的保温性能。上述坩埚模具24由奥氏体304不锈钢材料制成。
[0023]下面通过几个具体的利用本实用新型制备锡基合金的方法,进行详细说明。
[0024] 实例一:当Sn-52Bi亚共晶合金,所述制造合金的方法包括如下步骤:一、将Sn和Bi 两种金属按48:52的质量比例混合放入不锈钢坩埚,合上坩埚上盖后加热到300°C至熔融状 态,施加超声波振荡,并在表并在表面覆盖一层熔盐KC1: LiCl=l. 3:1作为防氧化剂,冷却合 金至150-13%~半固态,保温5-10分钟,在不间断超声波振荡的同时,切入机械搅拌;二、开 启承载下托盘的升降系统,将坩埚模具与加热熔炼系统分离;三、将坩埚模具置于冷却水中 进行冷却,直至金属熔体完全凝固,得到铸件。
[0025] 实例二:当Sn-58Bi共晶合金,所述制造合金的方法包括如下步骤:将Sn和Bi两种 金属按42:58的质量比例混合放入不锈钢坩埚模具,合上上盖后加热到300°C至熔融状态, 并在表面覆盖一层熔盐KC1: LiCl=l. 3:1作为防氧化剂,持续施加超声波和机械搅拌,冷却 合金至139°C保温3-6分钟;二、开启承载下托盘的升降系统,将坩埚模具与加热熔炼系统分 离;三、将坩埚模具置于冷却水中进行冷却,直至金属熔体完全凝固,得到铸件。
[0026] 实例三:当Sn-62Bi共晶合金,所述制造合金的方法包括如下步骤:一、Sn-62Bi合 金将Sn和Bi两种金属按38:62的质量比例混合放入不锈钢坩埚模具,合上上盖后加热到300 °C至熔融状态,并在表面覆盖一层熔盐KC1: LiCl=l. 3:1作为防氧化剂,合金在150°C_140°C 的温度范围内保持5-8分钟,在熔融至半固态期间持续施加超声波和机械搅拌;二、开启承 载下托盘的升降系统,将坩埚模具与保温座体分离;三、将坩埚模具置于水中进行急冷,直 至金属熔体完全凝固,得到铸件。
[0027]实例四:当SnSb3. OCuNi合金,所述制造合金的方法包括如下步骤:一、利用常规熔 铸技术,450 °C制备含20%Sb的Sn-Sb中间合金,550 °C制备含20% Cu的Sn-Cu中间合金,650 °C制备含5% Ni的Sn-Ni中间合金。二、将纯Sn和Sn-Sb、Sn-Cu、Sn-Ni中间合金材料按照质量 百分比Sb为3.0%,Cu为1.0%,Ni为l%,Sn为余量的配比计算重量,用天平称量好后先将原料 坩埚模具中加热温度设为600 °C,合上炉盖进行熔炼,直到合金呈液态时,在熔液表面覆盖 一层熔盐KC1: LiCl = l. 3 :1作为防氧化剂,冷却合金至239-233Γ范围内,呈半固态粘稠状 态,在合金液态至半固态期间不间断施加超声波和机械搅拌3-8分钟;四、开启承载下托盘 的升降系统,将坩埚模具与保温座体分离;五、将坩埚模具置于冷却水中进行冷却,直至金 属熔体完全凝固,得到铸件。
[0028] 实例五:当SnSb4.5CuNi合金,所述制造合金的方法包括如下步骤:一、利用常规熔 铸技术,450 °C制备含20%Sb的Sn-Sb中间合金,550 °C制备含20% Cu的Sn-Cu中间合金,650 °C制备含5% Ni的Sn-Ni中间合金。二、将纯Sn和Sn-Sb、Sn-Cu、Sn-Ni中间合金材料按照质量 百分比Sb为4.5%,Cu为1.0%,Ni为l%,Sn为余量的配比计算重量,用天平称量好后先将原料 坩埚模具中加热温度设为600 °C,合上炉盖进行熔炼,直到合金呈液态时,在熔液表面覆盖 一层熔盐KC1: LiCl=l. 3:1作为防氧化剂,冷却合金至242-238Γ呈半固态粘稠状态,在合金 液态至半固态期间不间断施加超声波和机械搅拌5-8分钟;四、开启承载下托盘的升降系 统,将坩
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