[实用新型]一种制备金属半固态浆料的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制备金属半固态浆料的装置，属于材料科学技术领域。

背景技术

金属半固态成形（Semi-Solid Forming of Metals）就是在具有一定固液区间的金属凝固过程中，通过对其进行强烈搅拌、加入晶粒细化剂等方法来改变初生固相的形核和长大过程，得到一种晶粒细小、圆整、均匀分布的固液混合浆料。

金属半固态成形技术自从上世纪70年代被美国麻省理工学院Flemings的研究团队发现并提出以来，国内外学者提出了很多制备半固态浆料的方法，其中电磁搅拌技术在其中占据了主导地位，电磁搅拌不同于机械搅拌，不会在搅拌的过程中污染合金浆料，还可以防止在搅拌过程中气体的卷入，电磁搅拌参数容易控制，便于控制半固态浆料的生产。

电磁搅拌法之所以能够作为半固态浆料的主流制备方法就是利用了电磁力产生的金属液的强迫流动来影响和控制凝固过程，即利用通过磁场与金属液的相对运动，在金属液中产生感生电动势、电流及磁场，与外加磁场的交互作用使金属液承受洛伦兹力而产生强迫流动，它是属于外场作用下枝晶破碎球化技术。

传统的电磁搅拌技术就是在凝固过程中，对以枝晶方式生长的合金初生相实施剧烈搅拌，使枝晶发生断裂，进入熔体内部，实现晶粒的倍增，搅拌的强大越大，晶粒倍增现象越明显，晶粒越细，但是这种传统的电磁搅拌技术制浆方法能量消耗大、制备时间长且当搅拌强度超过某一特定值时，由于晶粒间的相互碰撞，晶粒细化的作用反而变差。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种交变磁场耦合作用下转棒诱导形核制备金属半固态浆料的方法及其装置，该方法在制浆过程中，金属液膜在转棒上均匀铺展，均匀过冷，在转的诱导作用下迅速形核，金属液膜在与转棒短暂接触后迅速飞离，防止了晶粒的进一步长大，获得均匀、细小的等轴晶粒，而且可以与具体的成型系统直接结合起来，具有操作简单、能量消耗低、制备时间短的优点。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种制备金属半固态浆料装置，实现金属熔体的均匀过冷，能够更好的促进初生相的形核且使游离晶核在熔体中均匀分布，最终获得组织均匀的半固态浆料，提高制备半固态浆料的质量，减少制备时间。

该制备金属半固态浆料的装置包括支撑架1、磁场发生器3、调速电机5、速度控制器6、传动皮带7、转棒10、石墨塞杆11、热电偶12、熔炉13、浇道15、电流控制器16、结晶器17，磁场发生器3、调速电机5、熔炉13固定于支撑架1上，转棒10固定于支撑架1上且位于磁场发生器3的内腔里，调速电机5与转棒10通过传动皮带7相连，在熔炉13上设有石墨塞杆11、热电偶12、浇道15，浇道15与熔炉13连通，浇道15的入口设于石墨塞杆11的下端，浇道15的出口正对转棒10，在磁场发生器3的下部设有结晶器17，调速电机5与速度控制器6连接，电流控制器16和磁场发生器3相连。

本实用新型所述转棒10和旋转磁场发生器3内筒为中空，转棒10上设有转棒冷却水入口8、转棒冷却水出口9，旋转磁场发生器3上设有磁场发生器内筒冷却水入口2、磁场发生器内筒冷却水出口4，可通入循环冷却水。

本实用新型的另一目的是将制备金属半固态浆料的装置用于制备金属半固态浆料，其特征在于：转棒的转速为100~3000r/min，电流的大小为5~50A，在整个诱导形核过程中通入保护气体，减少氧化和气体卷入，提高半固态浆料的质量。

本实用新型所述装置的转棒可通过调速电机带动并在磁场发生器产生的磁场中旋转，过热金属熔体加热到预定温度后经过浇道正对转棒浇注，在转棒的切向力作用下，金属液绕转棒铺展形成熔体薄膜，转棒激冷作用促使熔体薄膜整体过冷，诱导熔体薄膜内部初生相大量形核，磁场发生器产生的磁场促使液膜在转棒周围均匀铺展，获得厚度均匀的液膜，熔体薄膜短暂地铺展后，在转棒的离心力作用下飞离转棒，防止进一步过冷和初生相的进一步长大，同时在交变磁场在熔体内部产生的感应磁场，使得熔体内部得到充分搅拌，提高溶质和温度分布的均匀性，降低晶粒选择性生长的程度，达到晶粒细化、球化的效果。

本实用新型所述装置中浇注速度，转棒和磁场发生器的参数容易控制，操作简单，可连续浇注，在不改变压铸机、离心机等成型系统结构的前提下，本装置可直接安装在其进料口，实现短流程的半固态成形。