环境保护与资源综合利用技术

本发明公开了制备半固态合金熔体的装置及生产AlSi9Mg半固态合金的工艺。其装置包括通过支柱及橡胶弹簧连接的底座和台面组成的振动装置，振动装置通过可调节角度的支撑架倾斜连接冷却槽，在台面上设置有三维振动电机，振动加速度为1～2g，振幅范围为0.5～1mm，振动频率为10～60Hz，冷却槽的出液端与成形设备对应。冷却槽的角度为40～60°、浇注长度为600～800mm。成形设备包括由压铸机压射室、压射杆、压射头、接料口和模具。制备半固态AlSi9Mg合金熔体的流变成形工艺包括合金的熔制、除气渣、精炼、变质、倾斜振动浇注、流变压铸等。本发明能够显著改善半固态合金的组织和性能，解决制备过程中倾斜板表面凝固结壳的问题。

 目前，半固态成形技术中已在国外投入商业化生产，如电磁搅拌技术、螺旋机械搅拌技术、喷射沉积技术等。半固态合金制备是半固态成形技术中的一项关键技术之一，合金的半固态非枝晶组织与形成机制的研究一直是国内外学者研究的重点之一，目前尚未形成统一和确定的理论，主要有Flemings等认为的正常熟化引起的枝晶根部熔断假说、Garabedian等人的枝晶臂机械折断假说、Vogel等提出的枝晶臂塑性弯曲和晶界浸润熔断假说、电磁搅拌下的枝晶臂根部熔断机制、Blais等人的电磁搅拌下的枝晶循环熔断机制和Fan等人的高剪速率下的球状晶形成机制。在成形工艺方面，主要采用触变成形，触变成形需先制坯料，再加热至半固态合金温度进行成形，触变成形的主要问题在于：加热温度不易控制，加热过程中坯料氧化，能源消耗高，技术要求高，加热设备复杂，因此，严重阻碍了该技术在全球的大规模推广应用。如何降低操作难度、缩短工艺流程、易于实现工业化的低能耗、低成本的新技术是目前半固态成形技术重点研究内容之一。

本发明的制备半固态合金熔体的倾斜冷却剪切变频振动装置结构简单，能耗低、可操作性强，易于实现工业化生产，尤其是能够改善半固态合金的凝固组织，同时解决了半固态合金熔体制备过程中倾斜板表面凝固结壳的问题。利用本发明生产AlSi9Mg半固态合金的成形工艺流程短，可制备铝合金、铜合金、锌合金等有色合金及高熔点半固态合金材料，为半固态成形技术开辟一条新途径。利用该装置制备的半固态合金熔体组织细小、圆整、球化程度高，合金熔体中初生α-Al的平均晶粒尺寸为50μm，最细可达20μm，平均形状因子为0.71，最好可达0.8。本发明的流体制备装置直接与流变压铸设备连接，制备后的半固态合金熔体后可以直接进行流变压铸，而得到需要的铸件。