專(zhuān)利名稱(chēng):一種鋁20錫半固態(tài)漿料機(jī)械攪拌制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁20錫半固態(tài)漿料機(jī)械攪拌制備方法。
背景技術(shù)：
公開(kāi)號(hào)CN1740369A，發(fā)明名稱(chēng)“一種鋁20錫半固態(tài)漿料制備方法”上，闡述了制備鋁20錫半固態(tài)漿料的方法，其基本技術(shù)方案如下1)利用電磁攪拌裝置打碎鋁20錫合金液凝固過(guò)程中形成的初生枝晶；2)利用機(jī)械攪拌裝置阻止錫液滴的離心與沉淀運(yùn)動(dòng)，得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。在該方法中，電磁攪拌裝置和機(jī)械攪拌裝置的共同作用，阻止了由于鋁與錫密度的差別引起的錫液滴的離心與沉淀運(yùn)動(dòng)，得到了錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。但是，在該方法中，由于同時(shí)使用了電磁攪拌裝置和機(jī)械攪拌裝置，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有制備方法存在的“設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜”的不足，提供一種能夠制備出錫液滴均勻懸浮于鋁20錫熔體中的鋁20錫半固態(tài)漿料的機(jī)械攪拌制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是利用機(jī)械攪拌器的雙面雙弧形葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng)、向內(nèi)運(yùn)動(dòng)和向上運(yùn)動(dòng)，來(lái)打碎鋁20錫熔體凝固過(guò)程中形成的初生固相，并不斷地將雙面雙弧形葉片周?chē)匿X20錫熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫熔體移到上部，來(lái)阻止雙面雙弧形葉片周?chē)腻a液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鋁20錫熔體的周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接近雙面雙弧形葉片周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而導(dǎo)致阻止錫液滴離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)效果變差時(shí)，機(jī)械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面雙弧形葉片另一面的雙弧形來(lái)阻止雙面雙弧形葉片周?chē)腻a液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)；借助于機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)控制裝置，來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械攪拌器進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，從而在整個(gè)坩堝范圍內(nèi)阻止錫液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)；利用鋁20錫熔體的高粘度和初生固相顆粒來(lái)進(jìn)一步阻止錫液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)，得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。
鋁20錫半固態(tài)漿料的機(jī)械攪拌制備裝置主要包括機(jī)械攪拌器及其驅(qū)動(dòng)與上下移動(dòng)控制裝置、石墨坩堝、上蓋、堵塞、Ar氣管及熱電偶。
石墨坩堝采用機(jī)械連接方式固定于底架上，其壁內(nèi)間隔均布加熱管和冷卻管，分別與外部電源與冷卻液供給系統(tǒng)連接。
機(jī)械攪拌器由圓形攪拌桿和四個(gè)雙面雙弧形葉片構(gòu)成，材質(zhì)為耐熱陶瓷；圓形攪拌桿的下端為方形，其四面與圓形攪拌桿相切，四個(gè)雙面雙弧形葉片位于圓形攪拌桿的方形下端，其根部與圓形攪拌桿的方形下端的四個(gè)表面垂直，互成90°，厚度與圓形攪拌桿的方形下端的厚度相同；雙面雙弧形葉片左右二側(cè)面為雙弧形面，對(duì)稱(chēng)分布，在長(zhǎng)度方向上，凹弧面為圓弧形，弧度為20～30°，左右二側(cè)的凹弧面與雙面雙弧形葉片上表面的相交弧線(xiàn)在雙面雙弧形葉片根部相切；雙面雙弧形葉片在厚度方向上，凹弧面朝上，為圓弧形，弧度為45～90°，凹弧面下部與雙面雙弧形葉片下表面相切；雙面雙弧形葉片最外端部與石墨坩堝內(nèi)壁之間的距離為5mm。
機(jī)械攪拌器的驅(qū)動(dòng)裝置由電機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)構(gòu)成。定位機(jī)構(gòu)位于機(jī)械攪拌器的圓形攪拌桿上部，由上下二個(gè)軸瓦進(jìn)行橫向定位，由上下二個(gè)止推軸承進(jìn)行縱向定位，機(jī)械攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)分別采用機(jī)械連接方式固定于導(dǎo)向板上，導(dǎo)向板可在固定于支架上的導(dǎo)向槽內(nèi)進(jìn)行上下移動(dòng)。
機(jī)械攪拌器上下移動(dòng)控制裝置由電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、上行程開(kāi)關(guān)和下行程開(kāi)關(guān)構(gòu)成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由齒條與齒輪、渦輪與蝸桿傳動(dòng)構(gòu)成，齒條的下端與機(jī)械攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置的導(dǎo)向板采用機(jī)械連接方式連接，電機(jī)的轉(zhuǎn)向由上、下行程開(kāi)關(guān)控制，也就是，當(dāng)機(jī)械攪拌器的雙面雙弧形葉片向上移動(dòng)到鋁20錫熔體上方時(shí)，齒條的上部觸動(dòng)下行程開(kāi)關(guān)，電機(jī)改變轉(zhuǎn)向，使機(jī)械攪拌器向下移動(dòng)；當(dāng)機(jī)械攪拌器的雙面雙弧形葉片向下移動(dòng)到石墨坩堝底部時(shí)，齒條的上部觸動(dòng)上行程開(kāi)關(guān)，電機(jī)改變轉(zhuǎn)向，使機(jī)械攪拌器向上移動(dòng)，機(jī)械攪拌器上下移動(dòng)控制裝置的電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行程開(kāi)關(guān)采用機(jī)械連接方式固定于支架上。
機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)速度控制在5～20mm/s，Ar氣管固定于上蓋的孔內(nèi)，熱電偶固定于石墨坩堝的側(cè)壁內(nèi)，其端部與鋁20錫熔體接觸，堵塞位于石墨坩堝底部。
鋁20錫半固態(tài)漿料的制備工藝步驟如下步驟1，制備鋁20錫熔體，控制在700℃；步驟2，將上述鋁20錫熔體倒入預(yù)熱溫度為500℃的石墨坩堝，蓋上上蓋，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動(dòng)機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置，對(duì)鋁20錫熔體進(jìn)行攪拌，同時(shí)，接通并調(diào)節(jié)石墨坩堝壁內(nèi)冷卻管的冷卻水與加熱管的電源，將鋁20錫熔體溫度控制在鋁20錫半固態(tài)漿料擬達(dá)到固相率所需溫度，利用連續(xù)上下移動(dòng)的機(jī)械攪拌器的雙面雙弧形葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng)、向內(nèi)運(yùn)動(dòng)和向上運(yùn)動(dòng)，打碎鋁20錫熔體凝固過(guò)程中形成的初生固相，并不斷地將石墨坩堝內(nèi)周?chē)匿X20錫熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫熔體移到上部，來(lái)阻止錫液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向每隔一定時(shí)間改變一次，來(lái)保持阻止錫液滴離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)的效果，利用鋁20錫熔體的高粘度和初生固相顆粒進(jìn)一步阻止錫液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)，攪拌一定時(shí)間后，得到具有錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。
本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明，無(wú)需電磁攪拌裝置，直接可以從高溫液態(tài)通過(guò)降溫進(jìn)行機(jī)械攪拌制備錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料，解決了現(xiàn)有制備方法存在的“設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜”的問(wèn)題。



圖1為本發(fā)明方法制備鋁20錫半固態(tài)漿料裝置的主視圖。
圖中，圓形攪拌桿1，雙面雙弧形葉片2，石墨坩堝3，加熱管4，冷卻管5，鋁20錫半固態(tài)漿料6，堵塞7，上蓋8，Ar氣管9，底架11，軸瓦12，止推軸承13，電機(jī)14，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15，導(dǎo)向板16，導(dǎo)向槽17，齒條18，電機(jī)19，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20，上行程開(kāi)關(guān)21，下行程開(kāi)關(guān)22，支架23。
圖2為本發(fā)明方法制備鋁20錫半固態(tài)漿料裝置的A-A視圖。
圖中10.熱電偶。
圖3為本發(fā)明方法制備鋁20錫半固態(tài)漿料裝置的B-B局部視圖。
圖4為本發(fā)明方法制備的固相率為40％的鋁20錫半固態(tài)漿料的微觀(guān)組織。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法制備鋁20錫半固態(tài)漿料裝置的具體說(shuō)明如下鋁20錫半固態(tài)漿料的機(jī)械攪拌制備裝置主要由機(jī)械攪拌器及其驅(qū)動(dòng)與上下移動(dòng)控制裝置、石墨坩堝3、上蓋8、堵塞7、Ar氣管9及熱電偶10構(gòu)成。
石墨坩堝3采用機(jī)械連接方式固定于底架11上，其壁內(nèi)間隔均布加熱管4和冷卻管5，分別與外部電源與冷卻液供給系統(tǒng)連接；機(jī)械攪拌器由圓形攪拌桿1和四個(gè)雙面雙弧形葉片2構(gòu)成，材質(zhì)為耐熱陶瓷；圓形攪拌桿1的下端為方形，其四面與圓形攪拌桿1相切，四個(gè)雙面雙弧形葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端，其根部與圓形攪拌桿1的方形下端的四個(gè)表面垂直，互成90°，厚度與圓形攪拌桿1的方形下端的厚度相同；雙面雙弧形葉片2左右二側(cè)面為雙弧形面，對(duì)稱(chēng)分布，在長(zhǎng)度方向上，凹弧面為圓弧形，弧度為20～30°，左右二側(cè)的凹弧面與雙面雙弧形葉片2上表面的相交弧線(xiàn)在雙面雙弧形葉片2根部相切；雙面雙弧形葉片2在厚度方向上，凹弧面朝上，為圓弧形，弧度為45～90°，凹弧面下部與雙面雙弧形葉片2下表面相切；雙面雙弧形葉片2最外端部與石墨坩堝3內(nèi)壁之間的距離為5mm。
機(jī)械攪拌器的驅(qū)動(dòng)裝置由電機(jī)14、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15和定位機(jī)構(gòu)構(gòu)成。定位機(jī)構(gòu)位于圓形攪拌桿1上部，由上下二個(gè)軸瓦12進(jìn)行橫向定位，由上下二個(gè)止推軸承13進(jìn)行縱向定位，機(jī)械攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)14、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15和定位機(jī)構(gòu)分別采用機(jī)械連接方式固定于導(dǎo)向板16上，導(dǎo)向板16可在固定于支架23上的導(dǎo)向槽17內(nèi)進(jìn)行上下移動(dòng)。
機(jī)械攪拌器上下移動(dòng)控制裝置由電機(jī)19、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20、上行程開(kāi)關(guān)21和下行程開(kāi)關(guān)22構(gòu)成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20由齒條18與齒輪、渦輪與蝸桿傳動(dòng)構(gòu)成，齒條18的下端與機(jī)械攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置的導(dǎo)向板16采用機(jī)械連接方式連接，電機(jī)19的轉(zhuǎn)向由上行程開(kāi)關(guān)21、下行程開(kāi)關(guān)22控制，也就是，當(dāng)雙面雙弧形葉片2向上移動(dòng)到鋁20錫熔體上方時(shí)，齒條18的上部觸動(dòng)下行程開(kāi)關(guān)22，電機(jī)19改變轉(zhuǎn)向，使機(jī)械攪拌器向下移動(dòng)；當(dāng)雙面雙弧形葉片2向下移動(dòng)到石墨坩堝3底部時(shí)，齒條18的上部觸動(dòng)上行程開(kāi)關(guān)21，電機(jī)19改變轉(zhuǎn)向，使機(jī)械攪拌器向上移動(dòng)，機(jī)械攪拌器上下移動(dòng)控制裝置的電機(jī)19、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20、上行程開(kāi)關(guān)21、下行程開(kāi)關(guān)22采用機(jī)械連接方式固定于支架23上；Ar氣管9固定于上蓋8的孔內(nèi)，熱電偶10固定于石墨坩堝3的側(cè)壁內(nèi)，其端部與鋁20錫半固態(tài)漿料6接觸，堵塞7位于坩堝3底部。
在機(jī)械攪拌器的功率為2kW、轉(zhuǎn)速為3轉(zhuǎn)/秒、每隔3分鐘改變一次機(jī)械攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向、雙面雙弧形葉片2長(zhǎng)度方向上凹弧面的弧度為20°、厚度方向上凹弧面的弧度為50°、機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)速度為5mm/s的條件下，具體實(shí)施步驟步驟1，制備鋁20錫熔體，溫度控制在700℃；步驟2，將上述鋁20錫熔體倒入石墨坩堝3中，石墨坩堝3的預(yù)熱溫度為500℃，由其壁內(nèi)的加熱管4實(shí)現(xiàn)預(yù)熱，蓋上上蓋8后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動(dòng)機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置，對(duì)鋁20錫熔體進(jìn)行攪拌，同時(shí)，關(guān)閉加熱管4的電源并向石墨坩堝3壁內(nèi)的冷卻管5內(nèi)接通冷卻水進(jìn)行冷卻，將鋁20錫熔體冷卻至585℃后，關(guān)閉冷卻水，打開(kāi)并調(diào)節(jié)加熱管4的電源，使鋁20錫熔體溫度穩(wěn)定在585℃，穩(wěn)定攪拌10min后，得到固相率為40％、錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料6。
在雙面雙弧形葉片2長(zhǎng)度方向上凹弧面的弧度為30°、厚度方向上凹弧面的弧度為90°、機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒、上下移動(dòng)速度為15mm/s、每隔2分鐘改變一次機(jī)械攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向、石墨坩堝3內(nèi)鋁20錫熔體的溫度控制在570℃、其它參數(shù)同上的條件下，穩(wěn)定攪拌8min后，得到固相率為50％、錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料6。
在雙面雙弧形葉片2長(zhǎng)度方向上凹弧面的弧度為25°、厚度方向上凹弧面的弧度為70°、機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒、上下移動(dòng)速度為20mm/s、每隔1分鐘改變一次機(jī)械攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向、石墨坩堝3內(nèi)鋁20錫熔體的溫度控制在600℃、其它參數(shù)同上的條件下，穩(wěn)定攪拌9min后，得到固相率為30％、錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料6。
附圖4為本發(fā)明方法制備的固相率為40％的鋁20錫半固態(tài)漿料的微觀(guān)組織，圖中呈球形或橢球形的白色部分為初生固相顆粒，呈球形或橢球形的黑色部分為錫顆粒，由圖可見(jiàn)，鋁20錫半固態(tài)漿料中的初生固相顆粒與錫液滴均勻地分布在半固態(tài)漿料中，所以，本發(fā)明方法可用于制備重金屬錫均勻懸浮于熔體中的鋁20錫半固態(tài)漿料。
權(quán)利要求
1.一種鋁20錫半固態(tài)漿料機(jī)械攪拌制備方法，其特征在于，鋁20錫半固態(tài)漿料機(jī)械攪拌制備方法的工藝步驟步驟1，制備鋁20錫熔體，控制在700℃；步驟2，將上述鋁20錫熔體倒入預(yù)熱溫度為500℃的石墨坩堝，蓋上上蓋，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動(dòng)機(jī)械攪拌器及其上下移動(dòng)控制裝置，對(duì)鋁20錫熔體進(jìn)行攪拌，同時(shí)，接通并調(diào)節(jié)石墨坩堝壁內(nèi)冷卻管的冷卻水與加熱管的電源，將鋁20錫熔體溫度控制在鋁20錫半固態(tài)漿料擬達(dá)到固相率所需溫度，利用連續(xù)上下移動(dòng)的機(jī)械攪拌器的雙面雙弧形葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng)、向內(nèi)運(yùn)動(dòng)和向上運(yùn)動(dòng)，打碎鋁20錫熔體凝固過(guò)程中形成的初生固相，并不斷地將石墨坩堝內(nèi)周?chē)匿X20錫熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫熔體移到上部，來(lái)阻止錫液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向每隔一定時(shí)間改變一次，來(lái)保持阻止錫液滴離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)的效果，利用鋁20錫熔體的高粘度和初生固相顆粒進(jìn)一步阻止錫液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)，攪拌一定時(shí)間后，得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種鋁20錫半固態(tài)漿料機(jī)械攪拌制備方法，其特征在于，機(jī)械攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向每隔1～3分鐘改變一次，進(jìn)行雙向攪拌；機(jī)械攪拌器的雙面雙弧形葉片長(zhǎng)度方向上凹弧面的弧度為20～30°、厚度方向上凹弧面的弧度為45～90°；機(jī)械攪拌器的連續(xù)上下移動(dòng)速度控制在5～20mm/s，攪拌時(shí)間為8～10min，鋁20錫熔體溫度控制在560～600℃。
專(zhuān)利摘要
一種鋁20錫半固態(tài)漿料機(jī)械攪拌制備方法，屬于鋁20錫半固態(tài)研究領(lǐng)域，利用連續(xù)上下移動(dòng)的雙面雙弧形葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng)、向內(nèi)運(yùn)動(dòng)和向上運(yùn)動(dòng)，打碎鋁20錫熔體凝固過(guò)程中形成的初生固相，并不斷地將石墨坩堝內(nèi)周?chē)匿X20錫熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫熔體移到上部，來(lái)阻止錫液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鋁20錫熔體的周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接近雙面雙弧形葉片周向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，改變雙面雙弧形葉片的旋轉(zhuǎn)方向，來(lái)保持?jǐn)嚢栊Ч?；利用鋁20錫熔體的高粘度和初生固相顆粒來(lái)進(jìn)一步阻止錫液滴的離心運(yùn)動(dòng)與沉淀運(yùn)動(dòng)，得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料，解決現(xiàn)有制備方法存在的“設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜”的技術(shù)問(wèn)題。
文檔編號(hào)C22F3/02GKCN1858278SQ200610012156
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年6月8日
發(fā)明者張鵬, 杜云慧, 劉漢武 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan