专利名称：气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属半固态浆料制备装置，尤其涉及一种专用于镁合金的气体搅拌制备半固态浆料装置，属于金属材料及冶金技术领域。
背景技术：
金属半固态成形技术与传统成形方法相比，具有许多独特的优点，如近终净形成形、模具寿命长、能耗低、可热处理等，被誉为21世纪最具前途的金属材料加工技术之一。根据工艺方法的不同，半固态成形技术分为流变成形和触变成形两大类。触变成形技术产品质量易于控制，已在工业上得到应用，但该技术需对半固态坯料进行二次加热，造成工艺流程长、成本高。流变成形直接将半固态浆料加工成形，工艺流程短，成本低，具有很大发展潜力，是目前研究的热点。制备高质量的半固态浆料是半固态流变成形的基础和关键。半固态制浆方法主要分为两大类，即搅拌法和非搅拌法。搅拌法通常采用机械搅拌或电磁搅拌，通过剧烈搅拌熔体，打碎枝晶，获得半固态浆料。非搅拌法有近液相线铸造法、倾斜板浇注法、化学细化法等，依靠控制熔体的形核和长大过程，获得半固态浆料。这两类方法都存在自身的局限性搅拌法能耗高，工作效率低，易引起氧化夹杂；非搅拌法制备半固态浆料质量一般，难以大规模制备。镁合金是目前密度最小的金属结构材料，具有比刚度和比强度高、电磁屏蔽性能好等优点，在半固态成形领域有很好的应用前景。但镁合金化学性质活泼，易于氧化燃烧，不适于进行剧烈搅拌，而非搅拌法制备的镁合金半固态浆料质量又不尽如人意，因此开发新的适用于镁合金的半固态浆料制备装置非常关键。Mannasin等提出用气体搅拌制备招合金半固态衆料(J. ffannasin, R. A. Martinez,M. C. Flemings. Grain refinement of an aluminum alloy by introducing gas bubblesduring solidification. Scripta Materialia, 2006, 55 :115-118.)。该方法在液相线附近将石墨做成的气体扩散器深入熔体内部，通入一定时间的氩气，待熔体冷却至预定温度即获得半固态浆料。在该方法中，通入熔体的气体和气体扩散器本身造成局部过冷促进熔体形核，气体在熔体中运动打碎最初形成的枝晶，带动晶核在熔体中分布均匀，气流仅有轻微搅拌作用，不容易造成氧化夹杂和熔体污染。该方法处理时间短，效果显著，设备简单，成本低，适合实验和工业应用。这一制浆思路可应用到镁合金半固态制浆，但是目前尚未见到专用于镁合金的气体搅拌半固态制浆装置。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置，在气体搅拌的基础上，将气体搅拌、局部激冷和弱机械搅拌复合作用，大幅度提高制备镁合金半固态浆料的质量和效率，实现镁合金半固态浆料的优质、高效制备。为实现以上目的，本发明通过如下技术方案解决其技术问题—种气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置，其包括加热保温装置、搅拌气体输入装置和搅拌装置，其中，加热保温装置容纳并保温所述镁合金熔体，搅拌气体输入装置连接搅拌装置并向之输入搅拌气体，搅拌装置位于加热保温装置正上方且伸入加热保温装置。所述加热保温装置包括坩埚、热电偶和电阻炉，其中，坩埚设置于电阻炉中，热电偶插入坩埚内且监测镁合金熔体温度。所述搅拌气体输入装置包括氩气钢瓶、减压阀、流量计和用于去除水分的干燥罐， 氩气钢瓶经减压阀连接干燥罐，干燥罐通过流量计连接搅拌装置。所述搅拌装置包括立柱、上平台、下平台、丝杆、滑轮、提升机、转动电机、传动轴和气体喷头，其中，上平台和下平台均为水平的平台，上平台固定在立柱的顶端，下平台位于上平台的下方且活动地穿置于立柱上形成框架结构，上、下平台之间通过丝杆连接，提升机固定安装在上平台上，该提升机连接丝杆并驱动丝杆带动下平台沿立柱上下运动，滑轮装置于立柱的底部，传动轴垂直地穿过上、下平台并且轴向固定于下平台上，该传动轴为中空结构，顶端与搅拌气体输入装置连接，底端连接安装气体喷头，该气体喷头上开有若干用于通气的小孔，转动电机固定在下平台上并且通过链条带动传动轴旋转。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明将气体搅拌应用于镁合金半固态制浆，提供了专用于镁合金的气体搅拌制浆装置，该装置结构紧凑合理、使用安全、操作方便，制备的镁合金半固态浆料质量好，而且成本低、生产效率高。本发明所述的气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置能够高效、快速地制备镁合金半固态浆料，是镁合金半固态制浆的理想装置，有较大推广应用价值。
图I为本发明的结构示意图。其中，I-坩埚，2-热电偶，3-电阻炉，4-氩气钢瓶，5-减压阀，6-干燥罐，7-流量计，8-立柱，9-上平台，10-下平台，11-丝杆，12-滑轮，13-提升机，14-转动电机，15-传动轴，16-气体喷头。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提下给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。如图I所示，本实施例包括加热保温装置、搅拌气体输入装置和搅拌装置，其中，加热保温装置容纳并保温所述镁合金熔体，搅拌气体输入装置连接搅拌装置，搅拌气体从搅拌气体输入装置中输出后经软管输入搅拌装置，搅拌装置位于加热保温装置正上方，并且伸入加热保温装置而能够深入熔体。所述加热保温装置在镁合金熔炼和处理过程中起加热、保温作用，并监测和控制熔体温度，其包括坩埚I、热电偶2和电阻炉3 ;其中，坩埚I设置于电阻炉3中，热电偶2插入坩埚I内的熔体中，以监测镁合金熔体的温度。所述搅拌气体输入装置用于向搅拌装置提供一定流量的干燥氩气，其包括氩气钢瓶4、减压阀5、干燥罐6和流量计7，各部分之间以软管连接。所述氩气钢瓶4经减压阀5连接干燥罐6，该减压阀5对从氩气钢瓶4流出的氩气进行减压，所述干燥罐6用于去除氩气中的水分，避免水分对镁合金熔体质量的影响，该干燥罐6通过流量计7连接搅拌装置，该流量计7用于调节气流大小，确保气流连续稳定输出。所述搅拌装置包括立柱8、上平台9、下平台10、丝杆11、滑轮12、提升机13、转动电机14、传动轴15和气体喷头16。所述上平台9和下平台10均为水平的矩形平台，所述四根立柱8分别直立地穿过上平台9和下平台10的四个角形成框架结构，该上平台9固定在立柱8的顶端，所述下平台10位于上平台9的下方，并且活动地穿置于立柱8上，该下平台10可沿立柱8上下运动，该上平台9与下平台10之间通过丝杆11连接。所述提升机13固定安装在上平台9上并与丝杆11连接，该提升机13驱动丝杆11进而带动下平台10沿立柱上下运动，以控制下平台10的高度，从而控制传动轴15和气体喷头16的高度。所述立柱8的底部装置有滑轮12，便于移动。所述传动轴15垂直地穿过上平台9和下平台10的中心位置，并且轴向固定于下平台10上，从而传动轴15能够随下平台10—起上下移动；该传动轴15为中空结构以作为氩气通道，该传动轴15顶端与搅拌气体输入装置的氩气输入软管连接，其底端连接安装气体喷头16，该气体喷头16上开有若干用于通气的小孔，氩气从输入软管输入后，经传动轴15中的空腔从气体喷头16上的小孔中流出，形成气泡。所述转动电机14固定在下平台10上，通过链条带动传动轴15旋转，转速连续可调。所述传动轴15具有非常重要的功能一方面，传动轴15由转动电机14带动旋转，将旋转传递给传动轴15底端的气体喷头16,有利于气体喷头16喷出的气泡在熔体中更均勻分布；另一方面，传动轴15本身为中空结构，用作为输送氩气的通道。本发明工作时，氩气从旋转的气体喷头16中喷出形成气泡，气泡在熔体中的运动以及传动轴15的旋转均能引起熔体搅拌，促进对流；同时，气体喷头16和氩气的温度低于熔体温度，起到局部激冷作用。工作过程中,气体搅拌、局部激冷和弱机械搅拌作用同时发生，促进晶核的形成和游离。其具体实施步骤如下I、在所述加热保温装置中对镁合金进行常规的熔化、精炼，将精炼后得到的熔体在镁合金液相线以上15°C静置保温；2、移动所述搅拌装置至电阻炉3的上方，控制提升机13，降低下平台10的高度，使传动轴15和气体喷头16降至液面附近预热，打开氩气钢瓶4上的减压阀5，调节流量计7使氩气达到预定流量，氩气从气体喷头16中喷出；3、进一步降低下平台10的高度，使气体喷头16和传动轴15下端深入熔体，开启转动电机14使传动轴15和气体喷头16旋转，调节转速，搅拌处理一定时间；4、搅拌结束后，关闭转动电机14，控制提升机13使气体喷头16脱离熔体，移走搅拌装置，关闭减压阀5，控制坩埚I内的熔体冷却至预定温度，获得半固态浆料。本发明的一个重要部分是搅拌装置，其作用是利用气体喷头16在镁合金熔体中吹入氩气，产生的气泡在上浮过程中促进晶核的形成和游离；同时气体喷头16和传动轴15本身具有激冷作用，能够促进熔体局部过冷形核；此外，气体喷头16和传动轴15的旋转具有弱机械搅拌作用，有助于熔体对流，能够进一步促进有效晶核的形成和游离。本发明通过气体搅拌、局部激冷和弱机械搅拌相结合，大幅度提高镁合金半固态浆料的质量，实现镁合金半固态浆料的优质、高效制备。 以AZ91D镁合金半固态浆料制备过程为例，AZ91D合金的液相线为595°C，固相线为470°C。在加热保温装置中对AZ91D合金进行熔炼和精炼，全程用SF6和CO2混合气体对熔体进行保护，防止其氧化燃烧；精炼完成后，设定熔体在610°C静置保温，使熔体内部温度和溶质分布均匀化。移动搅拌装置至加热保温装置正上方，控制提升机13使传动轴15和气体喷头16降至液面附近预热；搅拌开始前，首先打开氩气钢瓶4上的减压阀5，氩气流经干燥罐6去除所含水分，调节流量计7读数为lL/min，最终氩气从气体喷头16喷出。进一步降低下平台10高度，使气体喷头16和传动轴15下端深入熔体，开启转动电机14使传动轴15和气体喷头16旋转，转速为100r/min ;搅拌时，气体喷头16、传动轴15下端以及喷出的氩气其温度均低于熔体温度，造成局部激冷，促进熔体形核，气泡上升和传动轴15旋转均具有搅拌作用，引起熔体对流，破 碎初生枝晶，促进晶核在熔体内游离，实现晶核有效增殖，搅拌持续2min。然后关闭转动电机14，此时熔体温度约为590°C，控制提升机13使气体喷头16脱离熔体，移走搅拌装置，关闭减压阀5，待坩埚I内的熔体冷却至预定温度，即获得半固态浆料，可直接用于流变成形。本发明结构紧凑合理，思路新颖，将气体搅拌应用于镁合金半固态制浆，设计出专用于镁合金的气体搅拌制浆装置。整个系统使用安全，操作方便。处理后的镁合金半固态浆料质量好，而且成本低,生产效率高。
权利要求
1.一种气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置，其特征在于包括加热保温装置、搅拌气体输入装置和搅拌装置，其中，加热保温装置容纳并保温所述镁合金熔体，搅拌气体输入装置连接搅拌装置并向之输入搅拌气体，搅拌装置位于加热保温装置正上方且伸入加热保温装置。
2.根据权利要求I所述的气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置，其特征在于所述加热保温装置包括坩埚、热电偶和电阻炉，其中，坩埚设置于电阻炉中，热电偶插入坩埚内且监测镁合金熔体温度。
3.根据权利要求I所述的气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置，其特征在于所述搅拌气体输入装置包括氩气钢瓶、减压阀、流量计和用于去除水分的干燥罐，氩气钢瓶经减压阀连接干燥罐，干燥罐通过流量计连接搅拌装置。
4.根据权利要求I所述的气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置，其特征在于所述搅拌装置包括立柱、上平台、下平台、丝杆、滑轮、提升机、转动电机、传动轴和气体喷头，其中，上平台和下平台均为水平的平台，上平台固定在立柱的顶端，下平台位于上平台的下方且活动地穿置于立柱上形成框架结构，上、下平台之间通过丝杆连接，提升机固定安装在上平台上，该提升机连接丝杆并驱动丝杆带动下平台沿立柱上下运动，滑轮装置于立柱的底部，传动轴垂直地穿过上、下平台并且轴向固定于下平台上，该传动轴为中空结构，顶端与搅拌气体输入装置连接，底端连接安装气体喷头，该气体喷头上开有若干用于通气的小孔，转动电机固定在下平台上并且通过链条带动传动轴旋转。
全文摘要
一种气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置，其包括加热保温装置、搅拌气体输入装置和搅拌装置，其中，加热保温装置容纳并保温所述镁合金熔体，搅拌气体输入装置连接搅拌装置并向之输入搅拌气体，搅拌装置位于加热保温装置正上方且伸入加热保温装置。本发明将气体搅拌应用于镁合金半固态制浆，通过气体搅拌、局部激冷和弱机械搅拌三种作用相结合，大幅度提高镁合金半固态浆料的质量，所述装置结构紧凑合理、使用安全、操作方便，制备的镁合金半固态浆料质量好、成本低，能用于镁合金半固态浆料的高效、快速地制备，尤其适用于镁合金半固态流变成形。
文档编号C22C1/00GK102620575SQ20121011138
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者丁文江, 刘文才, 吴国华, 张扬 申请人:上海交通大学