專利名稱：一種鋁20錫半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁20錫半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法。
背景技術(shù)：
公開號CN1858278A，發(fā)明名稱“一種鋁20錫半固態(tài)漿料機械攪拌制備方法”上， 闡述了鋁20錫半固態(tài)漿料的機械制備方法，即，利用機械攪拌器的雙面雙弧形葉片旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周向運動、向內(nèi)運動和向上運動，來打碎鋁20錫熔體凝固過程中形成的初生固相， 并不斷地將雙面雙弧形葉片周圍的鋁20錫熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫熔體移到上部， 來阻止錫液滴的離心運動與沉淀運動，實現(xiàn)錫液滴的分散，當鋁20錫熔體的周向運動狀態(tài)接近雙面雙弧形葉片周向運動狀態(tài)而導(dǎo)致錫液滴的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面雙弧形葉片另一面的雙弧形來繼續(xù)分散錫液滴；借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅(qū)動機械攪拌器進行上下運動，從而在整個坩堝范圍內(nèi)實現(xiàn)錫液滴的均勻分散，得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料。在這種機械制備方法中，機械攪拌器為單葉片層機械攪拌器，采用單層葉片，在葉片與半固態(tài)漿料的有效接觸范圍內(nèi)，借助葉片對錫液滴施加分散作用力，不斷地將錫液滴分散到半固態(tài)漿料中，在專利CN1858278A中公開的機械攪拌器單層雙面雙弧形葉片長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°條件下，單葉片層機械攪拌器及其上下移動控制裝置運行即均勻分散8 IOmin后，可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)漿料是含有20wt%錫液滴和80wt%初生固相顆粒與液相的半固態(tài)漿料，對于鋁20錫半固態(tài)漿料的制備，在實現(xiàn)錫液滴均勻分布的前提下，機械攪拌器及其上下移動控制裝置的運行時間即均勻分散時間越短，能耗越小，成本越低，而且鋁20錫半固態(tài)漿料受到的污染也越少，其質(zhì)量越高，因此可實現(xiàn)錫液滴均勻分布的鋁20錫半固態(tài)漿料的均勻分散時間越短越好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有機械制備方法“均勻分散時間長”的不足，提供一種能夠快速實現(xiàn)鋁20錫半固態(tài)漿料中錫液滴均勻分散的方法，進一步縮短實現(xiàn)錫液滴均勻分布的均勻分散時間。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用機械制備方法，利用雙葉片層機械攪拌器，在上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為51 53°和53
的條件下，對鋁20錫半固態(tài)漿料進行均勻分散。本發(fā)明的有益效果是對于熔體中的重液滴，要想盡快完成其在熔體中的分散，必須加強分散強度。在半固態(tài)漿料機械制備方法中，如果在單層葉片對半固態(tài)漿料中的重液滴實施分散后，緊接著再利用另一層葉片實施第二次分散，那么，半固態(tài)漿料中重液滴的分散效果將會明顯好轉(zhuǎn)，實現(xiàn)重液滴均勻分布的均勻分散時間將進一步縮短，本發(fā)明就是利用上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度優(yōu)化組合后的雙層葉片的連續(xù)二次分散，進一步促進了重液滴在半固態(tài)漿料中的均勻分布，從而達到了縮短均勻分散時間的目的。 利用本發(fā)明，對鋁20錫半固態(tài)漿料進行均勻分散，實現(xiàn)錫液滴均勻分布的均勻分散時間可縮短到6分50秒，比CN1858278A專利的最短均勻分散時間8分鐘至少又縮短了 14%。


圖1為本發(fā)明方法對鋁20錫半固態(tài)漿料進行均勻分散裝置的主視圖。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14，齒輪傳動機構(gòu)15，導(dǎo)向板16，導(dǎo)向槽17，齒條18，電機19，傳動機構(gòu)20，上行程開關(guān)21，下行程開關(guān)22， 支架23。圖2為本發(fā)明方法對鋁20錫半固態(tài)漿料進行均勻分散裝置的A-A視圖。圖中，熱電偶10。圖3為本發(fā)明方法對鋁20錫半固態(tài)漿料進行均勻分散裝置的B-B局部視圖。圖4為采用本發(fā)明方法對鋁20錫半固態(tài)漿料進行均勻分散后得到的鋁20錫半固態(tài)漿料的微觀組織。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明方法均勻分散鋁20錫半固態(tài)漿料中錫液滴裝置的具體說明如下均勻分散鋁20錫半固態(tài)漿料中錫液滴裝置包括機械攪拌器及其驅(qū)動與上下移動控制裝置、石墨坩堝3、上蓋8、堵塞7、Ar氣管9及熱電偶10。石墨坩堝3采用機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。機械攪拌器為雙葉片層機械攪拌器，由圓形攪拌桿1和上下二個葉片層構(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，上下二個葉片層位于圓形攪拌桿1的方形下端，間隔a為20mm，在上下二個葉片層中各有四個除了葉片厚度方向上凹弧面弧度不同以外其它形狀與對應(yīng)分布狀態(tài)完全相同的雙面雙弧形葉片2。下層的四個雙面雙弧形葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端的下部，其根部與圓形攪拌桿方形下端的四個側(cè)面垂直且與之同寬；雙面雙弧形葉片2的下表面與圓形攪拌桿方形下端的下端面位于同一水平面內(nèi)，上表面與下表面平行；雙面雙弧形葉片2的左右二側(cè)面為雙圓弧形凹弧面，對稱分布，在長度方向上，凹弧面朝外，弧度為20 30°，在厚度方向上，凹弧面朝上，弧度為53 55° ；左右二側(cè)凹弧面的上部與雙面雙弧形葉片2上表面的相交弧線在雙面雙弧形葉片2根部相切，左右二側(cè)凹弧面的下部與雙面雙弧形葉片2下表面相切且相切弧線在雙面雙弧形葉片2根部處的切線垂直于圓形攪拌桿方形下端側(cè)面；葉片外端部與坩堝內(nèi)壁之間的距離c為5mm ；上層的四個雙面雙弧形葉片2位于圓形攪拌桿1的方形下端的上部，葉片厚度方向上凹弧面弧度為51 53°，此雙面雙弧形葉片2的上表面與圓形攪拌桿1方形下端的上端面位于同一水平面內(nèi)。機械攪拌器的驅(qū)動裝置由電機14、齒輪傳動機構(gòu)15和定位機構(gòu)構(gòu)成。定位機構(gòu)位于圓形攪拌桿1上部，由上下二個軸瓦12進行橫向定位，由上下二個止推軸承13進行縱向定位，機械攪拌器驅(qū)動裝置的電機14、齒輪傳動機構(gòu)15和定位機構(gòu)分別采用機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)進行上下移動。機械攪拌器上下移動控制裝置由電機19、傳動機構(gòu)20、上行程開關(guān)21和下行程開關(guān)22構(gòu)成。傳動機構(gòu)20由齒條18與齒輪、渦輪與蝸桿傳動構(gòu)成，齒條18的下端與機械攪拌器驅(qū)動裝置的導(dǎo)向板16采用機械連接方式連接，電機19的轉(zhuǎn)向由上行程開關(guān)21、下行程開關(guān)22控制，也就是，當機械攪拌器的上層雙面雙弧形葉片2向上移動到半固態(tài)漿料6上方時，齒條18的上部觸動下行程開關(guān)22，電機19改變轉(zhuǎn)向，使機械攪拌器向下移動；當機械攪拌器的下層雙面雙弧形葉片2向下移動到石墨坩堝3底部時，齒條18的上部觸動上行程開關(guān)21，電機19改變轉(zhuǎn)向，使機械攪拌器向上移動，機械攪拌器上下移動控制裝置的電機19、傳動機構(gòu)20、上行程開關(guān)21、下行程開關(guān)22采用機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)，其端部與半固態(tài)漿料6接觸，堵塞7位于石墨坩堝3底部。機械攪拌器的功率為2kW，機械攪拌器每隔1 3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)速為 3 5轉(zhuǎn)/秒，機械攪拌器的連續(xù)上下移動速度控制在5 20mm/s。一種鋁20錫半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法，利用機械攪拌器的雙面雙弧形葉片旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周向運動、向內(nèi)運動和向上運動，來打碎鋁20錫熔體凝固過程中形成的初生固相，并不斷地將雙面雙弧形葉片周圍的鋁20錫熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫熔體移到上部，來阻止錫液滴的離心運動與沉淀運動，實現(xiàn)錫液滴的分散，當鋁20錫熔體的周向運動狀態(tài)接近雙面雙弧形葉片周向運動狀態(tài)而導(dǎo)致錫液滴的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面雙弧形葉片另一面的雙弧形來繼續(xù)分散錫液滴；并且借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅(qū)動機械攪拌器進行連續(xù)上下運動，從而在整個坩堝范圍內(nèi)實現(xiàn)錫液滴的均勻分散，得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料，包括以下步驟步驟1，制備鋁20錫熔體，溫度控制在760°C ；步驟2，將鋁20錫熔體倒入石墨坩堝3中，坩堝由其壁內(nèi)的加熱管4預(yù)熱到600°C， 蓋上上蓋8后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動機械攪拌器及其上下移動控制裝置，對鋁20錫熔體進行攪拌，同時，關(guān)閉加熱管4的電源并向坩堝壁內(nèi)的冷卻管5內(nèi)接通冷卻水進行冷卻，將熔體冷卻至 585 625°C均勻分散溫度后，關(guān)閉冷卻水，打開并調(diào)節(jié)加熱管4的電源，使熔體溫度穩(wěn)定在該均勻分散溫度；在該均勻分散溫度下，均勻分散一定時間后，得到組織均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料6。實施方式一，在雙葉片層機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為3轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為5mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為585°C、雙面雙弧形葉片長度方向上凹弧面弧度為20°下，在上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為51°和53°時，實現(xiàn)錫液滴均勻分布的鋁20錫半固態(tài)漿料的均勻分散時間為6分50秒。實施方式二，在雙葉片層機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為20mm/s、 每隔1分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為585°C、雙面雙弧形葉片長度方向上凹弧面弧度為25°下，在上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為51°和55°時，實現(xiàn)錫液滴均勻分布的鋁20錫半固態(tài)漿料的均勻分散時間為6分40秒。實施方式三，在雙葉片層機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為15mm/s、每隔2分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為625°C、雙面雙弧形葉片長度方向上凹弧面弧度為30°下，在上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為53°和53°時，實現(xiàn)錫液滴均勻分布的鋁20錫半固態(tài)漿料的均勻分散時間為6分30秒。實施方式四，在雙葉片層機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為20mm/s、 每隔1分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為625°C、雙面雙弧形葉片長度方向上凹弧面弧度為25°下，在上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為53°和55°時，實現(xiàn)錫液滴均勻分布的鋁20錫半固態(tài)漿料的均勻分散時間為6分50秒。實施方式五，在雙葉片層機械攪拌器的轉(zhuǎn)速為3轉(zhuǎn)/秒、上下移動速度為5mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉(zhuǎn)方向、均勻分散溫度為619°C、雙面雙弧形葉片長度方向上凹弧面弧度為20°下，在上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為52°和討°時，實現(xiàn)錫液滴均勻分布的鋁20錫半固態(tài)漿料的均勻分散時間為6分30秒。可見，在雙葉片層機械攪拌器的上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為51 53°和53 55°條件下，對鋁20錫半固態(tài)漿料進行機械均勻分散，實現(xiàn)錫液滴均勻分布的均勻分散時間可縮短到6分50秒。附圖4為采用本發(fā)明方法對鋁20錫半固態(tài)漿料進行機械均勻分散后得到的鋁20 錫半固態(tài)漿料的微觀組織。圖中深色區(qū)域為錫液滴，淺色區(qū)域為初生固相顆粒，其它區(qū)域為后生固相，可見，錫液滴分布非常均勻?？梢?，本發(fā)明可快速實現(xiàn)鋁20錫半固態(tài)漿料中錫液滴的均勻分散。
權(quán)利要求
1. 一種鋁20錫半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法，利用機械攪拌器的雙面雙弧形葉片旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周向運動、向內(nèi)運動和向上運動，來打碎鋁20錫熔體凝固過程中形成的初生固相，并不斷地將雙面雙弧形葉片周圍的鋁20錫熔體移到內(nèi)部、將下部的鋁20錫熔體移到上部，來阻止錫液滴的離心運動與沉淀運動，實現(xiàn)錫液滴的分散，當鋁20錫熔體的周向運動狀態(tài)接近雙面雙弧形葉片周向運動狀態(tài)而導(dǎo)致錫液滴的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉(zhuǎn)方向，利用雙面雙弧形葉片另一面的雙弧形來繼續(xù)分散錫液滴；并且借助于機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅(qū)動機械攪拌器進行連續(xù)上下運動，從而在整個坩堝范圍內(nèi)實現(xiàn)錫液滴的均勻分散，得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料，包括以下步驟 步驟1，制備鋁20錫熔體，溫度控制在760°C ；步驟2，將鋁20錫熔體倒入石墨坩堝中，坩堝由其壁內(nèi)的加熱管預(yù)熱到600°C，蓋上上蓋后，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動機械攪拌器及其上下移動控制裝置，對鋁20錫熔體進行攪拌，同時，關(guān)閉加熱管的電源并向坩堝壁內(nèi)的冷卻管內(nèi)接通冷卻水進行冷卻，將熔體冷卻至585 625°C 均勻分散溫度后，關(guān)閉冷卻水，打開并調(diào)節(jié)加熱管的電源，使熔體溫度穩(wěn)定在該均勻分散溫度；在該均勻分散溫度下，均勻分散一定時間后，得到組織均勻的鋁20錫半固態(tài)漿料；其特征在于，機械攪拌器為雙葉片層機械攪拌器，其上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為51 53°和53 55°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁20錫半固態(tài)漿料的機械均勻分散方法，屬于鋁20錫半固態(tài)漿料的機械均勻分散研究領(lǐng)域，本發(fā)明采用機械制備方法，利用雙葉片層機械攪拌器，在上下層雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度分別為51～53°和53～55°條件下，對鋁20錫半固態(tài)漿料進行機械均勻分散，可快速實現(xiàn)錫液滴的均勻分布，均勻分散時間可縮短到6分50秒。
文檔編號C22C1/02GK102181672SQ201110088719
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月10日
發(fā)明者劉偉, 劉漢武, 姚莎莎, 張君, 張鵬, 杜云慧, 郝志強 申請人:北京交通大學(xué)