專利名稱：鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半固態(tài)金屬加工領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法。
背景技術(shù)：
半固態(tài)金屬加工技術(shù)具有許多優(yōu)良的特點，近年來得到迅速發(fā)展。利用半固態(tài)加工方法能夠生產(chǎn)形狀復雜的零部件，像汽車用剎車制動缸體和鋁合金輪轂，空調(diào)設(shè)備部件，轉(zhuǎn)向與傳動系統(tǒng)零件，活塞，航空航天上使用的電子器件的連接部件等。
半固態(tài)金屬加工要求用于成型的漿料具有均勻、細小、等軸的非枝晶組織，漿料通過制漿工藝得到。因此，通過制漿工藝獲得具有半固態(tài)金屬成型的理想組織(即漿料)是半固態(tài)金屬成型技術(shù)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，也是半固態(tài)成型研究領(lǐng)域的重點課題。
目前普遍采用的是通過機械攪拌、電磁攪拌等方法來打碎枝晶，得到半固態(tài)漿料。例如中國專利CN1746327A公開了一種利用電磁攪拌器制備半固態(tài)鋁合金漿料的方法，中國專利CN1740369A公開了同時利用電磁攪拌裝置和機械攪拌器制備鋁20錫半固態(tài)漿料方法，中國專利CN1858278A公開了一種利用機械攪拌器制備鋁20錫半固態(tài)漿料的方法。
上述幾種方式均要求將已結(jié)晶的枝晶打碎，因此需要有較大的剪切力，而且由于結(jié)晶處在半固態(tài)溫度區(qū)間，液相含量高，先結(jié)晶的晶粒生長速度快，難于得到晶粒細小、近球形的半固態(tài)漿料，工藝過程難于控制，而且能量消耗大，設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜成本高。
高壓惰性氣體霧化法是一種物理制備粉末的方法，它主要是利用高速的氣流直接擊碎液態(tài)金屬或者合金來制取粉末，是粉末制備最常用的方法。
噴射成形技術(shù)是一種用快速凝固方法制備大塊致密金屬材料的先進材料制備技術(shù)，而且兼有半固態(tài)成形、近終型成形和快速凝固成形等特點，經(jīng)過近30年的發(fā)展，目前已進入廣泛的商業(yè)應(yīng)用。但是，在噴射成形過程中，高壓惰性氣體將合金熔體霧化成細小液滴形成的高速射流到達基體后產(chǎn)生紊流，使得除大部分的金屬沉積在一定形狀的基體上外，還有一小部分的合金凝固后成為微細粉末懸浮在霧化室內(nèi)，形成了噴射成形的副產(chǎn)品-過噴粉末。這些粉末除做一些特殊的用途外，不能重熔進行回用，隨著噴射成形生產(chǎn)的不斷增大，這些粉末將造成積壓或浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對背景技術(shù)中的不足，提供一種工藝過程簡單、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低的鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法。
本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是采用快速凝固的方法(噴射成形過程中得到的副產(chǎn)品或者直接采用惰性氣體進行霧化)制備的晶粒細小、近球形的等軸晶體結(jié)構(gòu)的粉末，加入到同種成分的金屬熔體中加以攪拌，在很短的時間內(nèi)得到細小組織組成的半固態(tài)漿料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，具有以下步驟①得到鋁合金粉末將鋁合金通過高壓惰性氣體霧化的方法得到鋁合金霧化粉末，或者收集將鋁合金通過噴射成形的方法得到的鋁合金過噴粉末；②將與步驟①中的鋁合金相同成分的另外的鋁合金加熱制成鋁合金熔體，并在半固化溫度區(qū)間內(nèi)進行保溫；③在保溫過程中，將步驟①得到的鋁合金粉末加入到步驟②制成的鋁合金熔體中并攪拌，制得鋁合金半固態(tài)漿料。
上述步驟①和步驟②中所述的鋁合金的成分為AlaMbNc；其中a、b、c為重量份數(shù)，a+b+c＝100，86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1；M為Mg、Si、Cu、Zn中的至少一種；N為Mn、Ti、Fe、Cr中的一種或者兩種或者三種。
上述步驟①所述的霧化粉末或者過噴粉末的平均粒徑為40μm～60μm。
上述步驟①中所述的高壓惰性氣體霧化的方法是指將鋁合金熔化后直接通過高壓惰性氣體霧化成細小液滴，凝固后進行收集，過篩即得鋁合金霧化粉末。
上述步驟②中所述的半固化溫度區(qū)間為550℃～650℃。
上述步驟③中粉末的加入量與熔體的質(zhì)量比為1∶10～1∶2，攪拌時間為2～10分鐘。
本發(fā)明具有的積極效果(1)由于霧化后的鋁合金霧化粉末本身是快速凝固的顆粒，內(nèi)部組織晶粒細小且為等軸晶粒，將其加入到金屬熔體中提高了金屬熔體的冷卻速度，增加顆粒周圍過冷度，促進金屬熔體的成核，因而可以在很短的時間內(nèi)得到細小組織組成的半固態(tài)漿料，滿足半固態(tài)加工的需要。(2)噴射成形過程中還有一小部分的合金微細粉末懸浮在霧化室內(nèi)，這些細小的、近球形的副產(chǎn)品鋁合金過噴粉末同樣是快速凝固的顆粒，內(nèi)部組織晶粒細小且為等軸晶粒，也可以達到本發(fā)明效果，這樣避免了浪費，節(jié)約成本。(3)本發(fā)明的粉末顆粒與金屬熔體的質(zhì)量比可調(diào)，這樣可以得到具有很好的流變性能的半固態(tài)鋁合金漿料。(4)本發(fā)明不需要有較大剪切力的機械攪拌以及電磁攪拌中的復雜設(shè)備，工藝過程大大簡化。
具體實施例方式
實施例1(6061鋁合金半固態(tài)漿料的制備)本實施例的6061鋁合金的成分為1.0Mg-0.65Si-0.35Cu-0.20Cr，余量為Al。
①將20kg的6061鋁合金熔化后用高壓惰性氣體霧化成細小液滴，待凝固后進行收集，過200目篩，得到平均粒徑為60μm的鋁合金霧化粉末；②將20kg的6061鋁合金加熱到720℃熔化成金屬熔體，金屬熔體經(jīng)精練后，冷卻至液相線以下的溫度650℃，并在此溫度中進行保溫；③保溫過程中取2kg步驟①得到的鋁合金霧化粉末加入到金屬熔體中，攪拌2分鐘即得到具有均勻、細小、等軸的非枝晶組織的鋁合金半固態(tài)漿料。
實施例2(A356鋁合金半固態(tài)漿料的制備)本實施例的A356鋁合金的成分為6.8Si-0.3Mg-0.2Cu-0.1Mn-0.2Ti，余量為Al。
①收集A356鋁合金噴射成形過程中懸浮在霧化室內(nèi)的鋁合金過噴粉末，過200目篩，得到平均粒徑為40μm的鋁合金過噴粉末；②將20kg的A356鋁合金加熱700℃熔化成金屬熔體，金屬熔體經(jīng)精練后，冷卻至液相線以下的溫度590℃，并在此溫度中進行保溫；③保溫過程中取4kg步驟①得到的鋁合金過噴粉末加入到金屬熔體中，攪拌5分鐘即得到具有均勻、細小、等軸的非枝晶組織的鋁合金半固態(tài)漿料。
實施例3(7075鋁合金半固態(tài)漿料的制備)本實施例的7075鋁合金的成分為5.6Zn-2.8Mg-1.7Cu-0.4Si-0.2Cr，余量為Al。
①將20kg的7075鋁合金熔化后用高壓惰性氣體霧化成細小液滴，待凝固后進行收集，過200目篩，得到平均粒徑為50μm的鋁合金霧化粉末；②將20kg的7075鋁合金加熱750℃熔化成金屬熔體，金屬熔體經(jīng)精練后，冷卻至液相線以下的溫度550℃，并在此溫度中進行保溫；③保溫過程中取10kg步驟①得到的鋁合金霧化粉末加入到金屬熔體中，攪拌10分鐘即得到具有均勻、細小、等軸的非枝晶組織的鋁合金半固態(tài)漿料。
實施例4(2024鋁合金半固態(tài)漿料的制備)本實施例的2024鋁合金的成分為4.4Cu-1.5Mg-0.4Mn-0.5Fe，余量為Al。
①收集2024鋁合金噴射成形過程中懸浮在霧化室內(nèi)的鋁合金過噴粉末，過200目篩，得到平均粒徑為40μm的鋁合金過噴粉末；②將20kg的2024鋁合金加熱700℃熔化成金屬熔體，金屬熔體經(jīng)精練后，冷卻至液相線以下的溫度610℃，并在此溫度中進行保溫；③保溫過程中取5kg步驟①得到的鋁合金過噴粉末加入到金屬熔體中，攪拌6分鐘即得到具有均勻、細小、等軸的非枝晶組織的鋁合金半固態(tài)漿料。
本發(fā)明的鋁合金材料除了以上四種以外，還包括其他符合AlaMbNc的鋁合金。
其中M除了實施例所列舉的Mg、Si、Cu、Zn四種金屬組合、Mg、Si、Cu三種金屬組合以及Cu和Mg的組合之外，還可以是Mg、Si、Cu、Zn中可形成合金的其他任意三種金屬組合或者其他任意兩種金屬組合或者任意一種金屬。
N除了實施例所列舉的Cr、Mn和Fe的組合以及Mn和Ti的組合之外，還可以是Mn、Ti、Fe、Cr中可形成合金的任意三種金屬組合或者其他任意兩種金屬組合或者其他任意一種金屬。
本發(fā)明各實施例的具體工藝參數(shù)及材料力學性能見表1表1

權(quán)利要求
1.一種鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，其特征在于具有以下步驟①得到鋁合金粉末將鋁合金通過高壓惰性氣體霧化的方法得到鋁合金霧化粉末，或者收集將鋁合金通過噴射成形的方法得到的鋁合金過噴粉末；②將與步驟①中的鋁合金相同成分的另外的鋁合金加熱制成鋁合金熔體，并在半固化溫度區(qū)間內(nèi)進行保溫；③在保溫過程中，將步驟①得到的鋁合金粉末加入到步驟②制成的鋁合金熔體中并攪拌，制得鋁合金半固態(tài)漿料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，其特征在于步驟①和步驟②中所述的鋁合金的成分為AlaMbNc；其中a、b、c為重量份數(shù)，a+b+c＝100，86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1；M為Mg、Si、Cu、Zn中的至少一種；N為Mn、Ti、Fe、Cr中的一種或者兩種或者三種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，其特征在于步驟①所述的霧化粉末或者過噴粉末的平均粒徑為40μm～60μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，其特征在于步驟①中所述的高壓惰性氣體霧化的方法是指將鋁合金熔化后通過高壓惰性氣體霧化成細小液滴，凝固后進行收集，過篩即得鋁合金霧化粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，其特征在于步驟②中所述的半固化溫度區(qū)間為550℃～650℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，其特征在于步驟③中粉末的加入量與熔體的質(zhì)量比為1∶10～1∶2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，其特征在于步驟③中的攪拌時間為2～10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金半固態(tài)漿料的制備方法，具有以下步驟1.得到鋁合金粉末將鋁合金通過高壓惰性氣體霧化的方法得到鋁合金霧化粉末，或者收集將鋁合金通過噴射成形的方法得到的鋁合金過噴粉末；2.將與步驟1中的鋁合金相同成分的另外的鋁合金加熱制成鋁合金熔體，并在半固化溫度區(qū)間內(nèi)進行保溫；3.在保溫過程中，將步驟1得到的鋁合金粉末加入到步驟2制成的鋁合金熔體中并攪拌，制得鋁合金半固態(tài)漿料。本發(fā)明的方法可以在很短的時間內(nèi)得到細小組織組成的半固態(tài)漿料，滿足半固態(tài)加工的需要。并且本發(fā)明工藝過程簡單，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。
文檔編號B22F9/08GK101082087SQ20071002398
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月2日
發(fā)明者李小平, 于赟, 雷衛(wèi)寧 申請人:江蘇技術(shù)師范學院