无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统与工艺.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114939633A(43)申请公布日2022.08.26(21)申请号202210384852.X(22)申请日2022.04.13(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人祁明凡康永林李静媛王继成任怀德张光金姜伟健王朝辉(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401专利代理师岳野(51)Int.Cl.B22D1/00(2006.01)B22D17/00(2006.01)B22D17/30(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图8页(54)发明名称无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统与工艺(57)摘要本发明涉及一种无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统与工艺，该系统包括机械手，保温炉，舀料勺，合金液，电磁搅拌器，真空阀，机械搅拌棒，导气管和上、下封盖；工艺步骤为舀料勺舀取合金液后，转移到下封盖，上封盖移动与下封盖贴合形成封闭空间，打开真空阀和电磁搅拌器，运行搅拌棒，快速抽真空同时对熔体进行电磁搅拌处理和慢速机械搅拌；待达到所需真空度，将惰性气体通过导气管注入到熔体内部，与此同时，开启快速机械搅拌，待封闭空间内压力与外界基本一致后停止通气，待浆料温度下降到预设半固态温度后停止处理，并开启上封盖，将制备好的浆料送入成形设备成形。本发明特别适合大体积铝、镁合金高品质半固态浆料制备及成形。CN114939633ACN114939633A权利要求书1/2页1.一种无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形工艺，其特征在于，所述工艺具体包括以下步骤：S1)先将合金熔化，并加热至高于合金液相线，置于大体积舀料勺中；S2)再将盛有合金熔体的舀料勺转移到电磁搅拌器内静置并密封，形成封闭空间；S3)在真空环境下对合金熔体采用外部电磁搅拌、内部机械搅拌和气体浮动配合，形成多区域循环对流的无氧化环境，使制浆过程快速降温的同时各区域温度场和成分场均匀，处理完成后，降温取出，即得到纯净大体积半固态浆料；S4)将S3)制备得到半固态浆料转移并倒入成形设备的压室，在压力作用下填充模具模腔，保压、凝固、开模、取件，获得半固态成形件。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述S1)中合金为铝合金、镁合金、铜合金或其复合材料；所述大体积舀料勺中的合金液体积为3000～40000cm3，合金液的温度为高于合金液相线20～100℃。3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述S3)的具体工艺为：S3.1)先抽真空，同时进行电磁搅拌和慢速机械复合搅拌，待达到所需真空度，停止抽真空，再将惰性气体以预定的流量注入到合金熔体的内部，S3.2)同时开启快速机械搅拌，待密闭空间内的压力增加至标准大气压时，停止通入惰性气，待熔体温度下降到预设半固态温度后，即完成。4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述S3.1)中的所述电磁搅拌的电流为20～200A，频率为20～200Hz；所述慢速机械搅拌的速度为1～120r/min，抽真空的真空度为≥80％；所述惰性气体为氮气、氩气或氦气；且惰性气体通入流量为10～200mL/s。5.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述S3.2)中的所述快速机械搅拌速度为500～2000r/min；所述得到半固态浆料的固相体积分数为3～50％，浆料中含气量≤0.08mL/100g。6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述S4)中浆料在填充模具模腔过程中的慢压射速度为0.1～0.25m/s，快压射速度为30～100m/s；压射比压40～100MPa，保压时间3～10s；每一半固态成形节拍为40～120s。7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的半固态成形件的抗拉强度提高30％以上，屈服强度提高20％以上，伸长率提高50％以上。8.一种实现如权利要求1‑7任意一项所述的工艺的无氧化高纯净大体积半固态浆料制备及成形的系统，其特征在于，所述系统包括：保温炉，用于盛放和保温合金液；舀料勺，用于舀取保温炉内的合金液，并在舀料勺内制备半固态浆料；机械手，与舀料勺衔接，用于控制舀料勺舀取合金液、转移合金液和倒出半固态浆料；真空阀，用于排出封闭空间内的空气；电磁搅拌器，置于舀料勺的外部，用于对舀料勺内的合金液的边部熔体产生扰动；机械搅拌棒，置于舀料勺的内部，用于对舀料勺内的合金液的强制搅拌；导气管，用于在机械搅拌的同时将惰性气体通入合金液内部，搅拌的同时合金液内的惰性气体上浮，过程中产生扰动，与机械搅拌和电磁搅拌结合产生多区域循环对流；上封2CN114939633A权利要求书2/2页盖，下封盖和密封圈，用于贴合后形成封闭空间；压室，承接舀料勺内的半固态浆料倒入；成形设备，用于将压室内的半固态浆料通过冲头打入模具的