[发明专利]电流制备半固态金属浆/坯料的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属制备装置及方法，尤其涉及一种适用于金属材料半固态成形过程的电流制备半固态金属浆/坯料的方法与装置，特别适用于镁合金半固态成形过程，属于金属材料及冶金技术领域。

背景技术

半固态金属成形具有许多独特的优点，如近(净)终成形、产品质量高和高性能工艺节能等，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，半固态成形技术可分为流变成形和触变成形两大类。流变成形工艺流程短，能够显著提高企业的产能，因此在工业生产中得到了更广阔的应用。触变成形流程长，产能低，但产品质量容易控制。无论是流变成形还是触变成形，都需要优质的浆/坯料。进一步开发半固态浆/坯料制备技术是半固态成形技术得以发展和应用的基石。

用于制备半固态浆/坯料的方法很多，主要分为液态制备法、固态制备法以及控制浇注法，液态制备法又可分为搅拌法与非搅拌法两大类。搅拌法包括机械搅拌(如美国专利：专利号为5501266、5040589和3958650；日本专利：专利号为1-192447；中国专利：专利公开号为CN2471450Y)和电磁搅拌(如美国专利：专利号为4434837)；非搅拌法包括化学晶粒细化法、喷射成形法等。固态制备法有应变诱导熔体激活法。

目前，控制浇注法发展较为迅速，东北大学提出了近液相线铸造法(中国专利：专利公开号为CN1305876A)，专利号为EP0745394Al的欧洲专利提出了冷却斜槽法，而专利号为EP0745649Al的欧洲专利提出了液体混合法。这些方法过程简单，设备要求不高，因此制浆成本较低，发展潜力巨大。

近年来一些研究者将传统搅拌法与控制浇注法相结合，提出了一些复合制备工艺，有很好的交互作用效果。专利号为US2002/0096231的美国专利提出“新MIT法”：在液相线附近，用自带冷却效果的搅拌器进行搅拌后，经缓冷或绝热处理冷却至成形温度。专利公开号为CN1330990A的中国专利提出在液相线附近进行机械搅拌或弱电磁搅拌。虽然上述复合制备工艺能结合搅拌与控制浇注的优点，但不同程度地存在搅拌棒寿命低、容易引入夹杂、能耗大等固有缺点，大大限制了半固态成形技术前进的步伐。

材料电磁加工技术已成为材料科学和工程领域内重要的研究方向，并成为新材料、新工艺的开发源泉。其中，电流技术以其特有的能量输出方式能够更有效地细化凝固组织的作用。电流细化凝固组织的作用机理是：降低相变驱动力，提高形核率；电流产生的磁致伸缩效应与剪切应力破碎枝晶、球化晶粒、抑制长大、降低偏析；电流本身具有环境友好、施加简便、能耗低的特点。

发明内容

本发明针对上述现有技术及方法的不足，提供一种将电流技术与金属凝固技术相结合，制备半固态浆/坯料的方法，同时提供一种实现该方法的装置。本发明一方面采用控制浇注法简单实用的工艺设备与路线，另一方面在降低相变活化能的同时，避免机械搅拌与电磁搅拌自身的不足，在短时间内制备出组织细小、分布均匀的球状半固态浆/坯料。

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：

一种电流制备半固态金属浆/坯料的方法，包括前道常规的熔化、精炼、扒渣和除气工序，其后续的工序包括以下步骤：

(1)将母液坩埚内经过精炼得到的半固态金属浆/坯料母液的温度控制在该合金液相线温度T_L±10℃～±40℃以内，通过流槽将半固态金属浆/坯料母液导入保温炉中的保温坩埚，并控制保温炉炉温在液相线温度T_L以上0℃～10℃范围内；

(2)使用电流处理装置对保温坩埚内的半固态金属浆/坯料母液进行电流处理0～30分钟，电流处理过程中，保温炉炉温控制在T_L-5℃～T_L+15℃温度范围内；

(3)迅速将电流处理后的半固态金属浆/坯料母液冷却至半固态成形温度T_SS-5℃～T_SS+5℃，半固态金属浆/坯料母液保温0～30分钟后迅速注入料仓，并由冲头压入模腔；

其中，T_L为合金液相线温度，T_SS为半固态成形温度。

本发明所述的电流制备半固态金属浆/坯料的方法的后续工序(2)可以为：