[发明专利]一种半固态金属浆料的制备和流变成型的设备

说明书

技术领域

本发明属于半固态金属浆料的制备技术领域，特别提供了一种半固态金属浆料的制备和流变成型的设备。

背景技术

自从七十年代初期美国麻省理工学院(MIT)发明了半固态金属成形技术以来，半固态金属浆料的制备与成型技术引起各国的广泛关注和研究。据文献“Behavior of metal alloys in the semisolid state”(M C Flemings，MetallTrans，1991，22A：957-981)、“Method and apparatus for shaping semisolid metals”(A Mitsuru，S Hiroto，H Yasunori，et al，EP Patent，0745694A1，1996)、“A noveltechnique to produce metal slurries for semi-solid metal processing”(J Wannasin，R A Martinez，M C Flemings，[in]Proc of the 9th Int.Conf.of Semi-SolidProcessing of Alloys and Composites，Busan Korea，2006，p.366-369)、“Rheocasting processes for semi-solid casting of aluminum alloys”(S P Midson，Die Casting Engineer，2006，50(1)：48-51)、“半固态金属及合金浆料或坯料的制备方法”(毛卫民，中国专利，200410009296.X，2004)和《金属材料半固态加工理论与技术》(编著：康永林，毛卫民，胡壮麒，科学出版社，2004)报道，获得半固态金属浆料的方法很多，如机械搅拌法、电磁搅拌法、应变引起的熔体激活法(strain induced melt activation)、晶粒细化和重熔法、紊流效应法、单螺旋搅拌法、双螺旋搅拌法、低过热度倾斜板浇注法、低过热度浇注和弱电磁搅拌法、低过热度浇注和弱机械搅拌法、熔体混合法、控制浇注高度法、气泡搅拌法等。同样，上述文献也提出了许多半固态金属浆料的流变成型方法，如传统机械搅拌式流变成型、压射室制备浆料式流变成型、单螺旋机械搅拌式流变成型、双螺旋机械搅拌式流变成型、低过热度倾斜板浇注式流变成型、低过热度浇注和弱机械搅拌式流变成型、低过热度浇注和弱电磁搅拌式流变成型、SLC式(Sub-Liquidus Casting)流变成型、CRP式(Continuous RheoconversionProcess)流变成型、SEED式(Swirled Enthalpy Equilibation Device)流变成型、CSIR式(The Council for Science and industrial Research)流变成型。但为了降低半固态金属浆料的制备与成型成本，世界各国的学者、专家和工业界仍在不断努力，试图提出新的半固态金属浆料或坯料的制备技术。

在电磁搅拌制备半固态金属浆料方法中，美国4229210号和4434837号专利要求必须对金属熔体进行强烈的电磁搅拌，即电磁搅拌的功率很大，搅拌所产生的剪切速率一般在500～1500S^-1。在这样的剪切速率下，被搅拌金属液的旋转速度很高，一般都超过500转/分钟，这时才能获得细小和球状初晶的半固态金属浆料或坯料，因而坯料的制备成本较高。如果剪切速率小于500S^-1，初晶的形态变差，多为蔷薇状初晶，而且半固态金属浆料或坯料表面的枝晶层较厚，这种半固态金属坯料不适于半固态触变成形。在电磁搅拌制备半固态金属浆料的设备中，一般不特别设置用于金属液浇注的斜直复合管通道，即不利用斜直复合管通道来冷却金属液和促进形核，只需将过热金属液平稳地浇入连铸机的热顶承接口或结晶器即可。为了进行强烈的电磁搅拌，电磁搅拌设备庞大，投资很高，而且电磁搅拌功率大、效率低、耗能大，因此半固态金属浆料或坯料的制备成本较高。