[发明专利]一种连续制备半固态浆料装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种肋板搅拌锥筒式半固态浆料制备装置和方法。属于半固态金属加工技术领域。

背景技术

自从20世纪70年代初期，美国麻省理工学院M C Flemings等研究人员创立了金属半固态成形的概念，半固态金属浆料的制备和成形技术作为一种新型的技术引起了世界各国的广泛关注。半固态加工是利用金属从液态向固态转变或从固态向液态转变（即液固共存）过程中所具有的特性进行成形的方法，这一新的成形方法综合了凝固加工和塑性加工的长处，即加工温度比液态低，充型平稳，对模具热冲击小；变形抗力比固态小，从而有利于成形较复杂的零件并减少功耗，提高生产效率。

半固态成形技术主要包括触变成形和流变成形。触变成形工艺是将制备的半固态浆料先铸造成坯料，经二次加热后，再进行成形加工，其工艺的可控性强、过程稳定且易操作，但工艺流程长，能耗大，成本较高。流变成形工艺由制备的半固态浆料进行流变成形加工，具有生产流程短、相对成本低、设备简单等特点，近年来受到国内外普遍重视，发展迅速。不论是触变成形还是流变成形，都包含有半固态制浆及半固态成形两部分，其中，制浆是整个过程的基础和关键，如何稳定、有效地制备出具有圆整、细小、均匀的非枝晶组织的半固态浆料成为半固态加工技术领域的研究热点。

优质半固态浆料的制备是半固态金属加工技术的前提和关键，目前，已有多种半固态浆料制备装置和方法，例如：英国专利UK 9922696 提出了双螺旋机械搅拌流变成形工艺；欧洲专利EP 0745691A1提出了New Rheocasting (NRC) 技术；美国专利US 6645323B2提出了Semi-solid Rheocasting (SSR) 流变成形工艺等。

国内对于半固态加工技术的研究工作开展较晚，但发展迅速。有色金属研究总院、哈尔滨工业大学、北京科技大学、上海大学、南昌大学、华中科技大学等许多科研院所和高校，在半固态金属成形理论、浆料流变行为、成形工艺等方面进行了深入的研究，并开发出各具特色的半固态浆料制备装置和方法，有代表性的有：熔体分散混合制浆装置（专利：200620018003.9）；不等径弯道挤压-剪切诱导等温球晶化半固态坯复合制备法（专利：03132471.1）；悬挂锥桶式半固态金属浆料制备装置（专利：200810114097.3）；低过热度加弱电磁搅拌制浆技术（专利：00109540.74）；波浪型倾斜版振动制浆装置（专利：200710011510.9）；一种轻合金半固态浆料制备装置（专利201120425807.1）等等。

以上各种制备半固态合金浆料的装置和方法各有自己的特点，但也都存在各自的不足，大多数还只是停留在实验室研究阶段，仍需提出新的制浆装置和技术，以便简化工艺，降低成本，逐步推动半固态金属加工技术的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续制备半固态浆料的装置，解决连续稳定制备半固态浆料的问题。该装置采用冷却和剪切的原理，合金熔体在制备过程中受到锥筒壁和肋板的冷却作用，使浆料处于过冷的状态，同时又受到搅拌肋板的剪切作用，初生固相直接生长为球形，得到晶粒细小的半固态浆料。

一种肋板搅拌锥筒式半固态浆料制备装置，主要由1出料口、2加热元件、3冷却元件、4搅拌冷却肋板、5进料口、6轴承、7齿轮、8搅拌轴、9轴承座、10垫片、11通气孔、12保温层、13不锈钢锥筒、14锥筒内衬、15石墨堵塞等组成（见附图1），其中不锈钢锥筒、锥筒内衬构成了合金熔体搅拌室，内衬采用石墨陶瓷等与合金溶液亲和性小的材质，可以有效减少合金熔体的粘料问题。搅拌室外缠有加热元件和冷却元件，再外面有保温层，配合温控装置（图中未标）可以实现搅拌室在连续制备过程中的温度稳定。搅拌室的底部有出料口，顶部有进料口和通气孔，可以通保护气体，以减少合金的氧化。搅拌室中间有搅拌轴，通过轴承固定在轴承座上，搅拌轴下部有数个搅拌冷却肋板，搅拌冷却肋板外侧与锥筒内衬之间有2~10mm的缝隙，搅拌冷却肋板上部焊有倾斜的圆盘，搅拌轴底部用螺栓固定有石墨堵塞，通过调节堵塞的位置控制堵塞与石墨内衬的缝隙，来实现连续浆料制备过程中浆料的流出速度。搅拌轴由调速电机（图中未标）通过传动齿轮带动高速旋转，转速调节范围0～800 rad/min，转速越高，剪切强度越大。该装置竖直放置，锥筒的角度α为5~80°，出料口一般置于靠近成形设备的位置，便于制浆过程完成后直接成形为机械零件，或置于锭模附近，便于浆料收集。