一種鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒均勻分散方法

2023-05-30 13:50:16

專利名稱：一種鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒均勻分散方法
技術領域：
本發明涉及一種鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒的均勻分散方法。
背景技術：
公開號CN1768979A，發明名稱「一種QTi3. 5-10石墨半固態漿料製備方法」上， 闡述了 QTi3. 5-10石墨半固態漿料的電磁+機械製備方法，即，利用電磁攪拌裝置進行攪拌，打碎QTi3. 5鈦青銅合金液凝固過程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相顆粒與液相構成的QTi3. 5鈦青銅半固態漿料；然後，藉助機械分散器及其上下移動控制裝置，不斷地將坩堝內漂浮在QTi3. 5鈦青銅半固態漿料上部的石墨顆粒分散到QTi3. 5鈦青銅半固態漿料中。在這種電磁+機械製備方法中，機械分散器為單葉片層機械分散器，採用單層葉片， 在葉片與半固態漿料的有效接觸範圍內，藉助葉片對石墨顆粒施加分散作用力，不斷地將石墨顆粒分散到半固態漿料中，在專利CN1768979A中公開的機械分散器單層弧形葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，單葉片層機械分散器及其上下移動控制裝置運行即均勻分散15 20min後，可得到石墨顆粒均勻分布的QTi3. 5-10石墨半固態漿料。鋅10鐵是含鐵量為IOwt %的鋅合金，鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料是含有5wt% 碳化矽顆粒和95wt%初生固相顆粒與液相的半固態漿料，採用CN1768979A專利方法、在公開的機械分散器單層弧形葉片凹弧面的弧度為40 90°條件下，需要均勻分散14 17分鐘後，才能得到碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料。對於鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的製備，在實現碳化矽顆粒均勻分布的前提下， 機械分散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， 而且鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料受到的汙染也越少，其質量越高，因此可實現碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的均勻分散時間越短越好。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有電磁+機械製備方法「均勻分散時間長」 的不足，提供一種能夠快速實現鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒均勻分散的方法，進一步縮短實現碳化矽顆粒均勻分布的均勻分散時間。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是採用電磁+機械製備方法，利用雙葉片層機械分散器，在上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為83 85°和38 40°的條件下，對鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料進行均勻分散。本發明的有益效果是對於熔體中的顆粒，要想儘快完成其在熔體中的分散，必須加強分散強度。在半固態漿料電磁+機械製備方法中，如果在單層葉片對半固態漿料中的顆粒實施分散後，緊接著再利用另一層葉片實施第二次分散，那麼，半固態漿料中顆粒的分散效果將會明顯好轉，實現顆粒均勻分布的均勻分散時間將進一步縮短，本發明就是利用上下層弧形葉片凹弧面弧度優化組合後的雙層葉片的連續二次分散，進一步促進了碳化矽顆粒在半固態漿料中的均勻分布，從而達到了縮短均勻分散時間的目的。利用本發明，對鋅 10鐵-5碳化矽半固態漿料進行均勻分散，實現碳化矽顆粒均勻分布的均勻分散時間可縮短到8分20秒，比採用CN1768979A專利方法的最短均勻分散時間14分鐘至少縮短了 40%。


圖1為本發明方法對鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒進行均勻分散裝置的主視圖。圖中，機械分散器的導向杆2，機械分散器的弧形葉片3，石墨坩堝4，加熱管5，冷卻管6，堵塞7，鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料8，外罩9，上蓋10，Ar氣管11，熱電偶12，導向套13，電機14，傳動機構15，上行程開關16，下行程開關17，支架18。圖2為本發明方法對鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒進行均勻分散裝置的A-A視圖。圖中，電磁攪拌裝置的電磁極對1。圖3為採用本發明方法對鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒進行均勻分散後得到的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的微觀組織。
具體實施例方式結合附圖對本發明方法均勻分散鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒裝置的具體說明如下均勻分散鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒裝置包括電磁攪拌裝置、機械分散器及其上下移動控制裝置、石墨坩堝4、上蓋10、堵塞7、外罩9、Ar氣管11及熱電偶 12。電磁攪拌裝置的功率為10kW，其三對電磁極對1均布在石墨坩堝4周圍，與坩堝外壁之間的距離a為5mm，坩堝壁內間隔均布加熱管5和冷卻管6，分別與外部電源與冷卻液供給系統連接，電磁極對1外側加外罩9 ；機械分散器為雙葉片層機械分散器，由方形導向杆2和間隔b為20mm的上下二個葉片層構成，材質為耐熱陶瓷，在二個葉片層中各有四個除了凹弧面弧度不同以外其它形狀與對應分布狀態完全相同的弧形葉片3，下層的四個弧形葉片3，位於導向杆2下部，與導向杆2的四個表面垂直且與之同寬，互成90°，凹弧面朝下，為圓弧形，弧度為38 40°， 迎著熔體周向運動方向布置，凹弧面上部切線與水平線平行，凹弧面下部與導向杆2的下端面位於同一水平面內，葉片外端部與坩堝內壁之間的距離c為5mm ；上層的弧形葉片凹弧面弧度為83 85° ；機械分散器上下移動控制裝置由電機14、傳動機構15、上行程開關16和下行程開關17構成。傳動機構15位於機械分散器導向杆2上部與電機14之間，由齒條與齒輪、渦輪與蝸杆傳動構成，電機14的轉向由上行程開關16和下行程開關17控制，也就是，當機械分散器的上層葉片向上移動到半固態漿料8上方時，導向杆2觸動上行程開關16，電機14改變轉向，使機械分散器向下移動；當機械分散器的下層葉片向下移動到石墨坩堝4底部時， 導向杆2觸動下行程開關17，電機14改變轉向，使機械分散器向上移動；機械分散器的上下移動速度控制在1 lOmm/s，導向杆2依靠導向套13定位，Ar氣管11與熱電偶12通過上蓋10上的孔和機械分散器葉片之間的孔隙插入坩堝，堵塞7位於坩堝底部，電機14、傳動機構15、上行程開關16、下行程開關17、導向套13採用機械連接方式固定於支架18上。一種鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒均勻分散方法，利用電磁攪拌裝置進行攪拌，打碎鋅10鐵合金液凝固過程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相顆粒與液相構成的鋅10鐵半固態漿料；然後，藉助機械分散器及其上下移動控制裝置，不斷地將坩堝內漂浮在鋅10鐵半固態漿料上部的碳化矽顆粒分散到鋅10鐵半固態漿料中，得到碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料，包括以下步驟步驟1，製備鋅10鐵合金液，溫度控制在1050°C ； 步驟2，將鋅10鐵合金液與230目的碳化矽顆粒倒入石墨坩堝4中，坩堝由其壁內的加熱管5預熱到850°C，蓋上上蓋10後，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動電磁攪拌裝置，進行攪拌，同時，關閉加熱管5的電源並向坩堝壁內的冷卻管6內接通冷卻水進行冷卻，將熔體冷卻至830 862°C均勻分散溫度後，關閉冷卻水， 打開並調節加熱管5的電源，使熔體溫度穩定在該均勻分散溫度；步驟4，在該均勻分散溫度下，電磁攪拌5分鐘後，啟動機械分散器及其上下移動控制裝置，均勻分散一定時間後，得到組織均勻的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料8。實施方式一，在機械分散器的上下移動速度為3mm/s、均勻分散溫度為830°C下， 在雙葉片層機械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為83°和38°時，實現碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的均勻分散時間為8分20秒。實施方式二，在機械分散器的上下移動速度為lmm/s、均勻分散溫度為830°C下， 在雙葉片層機械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為83°和40°時，實現碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的均勻分散時間為8分10秒。實施方式三，在機械分散器的上下移動速度為lOmm/s、均勻分散溫度為850°C下， 在雙葉片層機械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為85°和38°時，實現碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的均勻分散時間為8分20秒。實施方式四，在機械分散器的上下移動速度為lOmm/s、均勻分散溫度為850°C下， 在雙葉片層機械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為85°和40°時，實現碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的均勻分散時間為8分10秒。實施方式五，在機械分散器的上下移動速度為5mm/s、均勻分散溫度為862°C下， 在雙葉片層機械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為84°和39°時，實現碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的均勻分散時間為8分10秒。可見，在雙葉片層機械分散器的上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為83 85°和 38 40°條件下，對鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料進行均勻分散，實現碳化矽顆粒均勻分布的均勻分散時間可縮短到8分20秒。附圖3為採用本發明方法對鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒進行均勻分散後得到的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料的微觀組織。圖中白色塊狀區域為碳化矽顆粒， 灰色球形或橢球形區域為初生固相顆粒，其它區域為後生固相，可見，碳化矽顆粒分布非常均勻。可見，本發明可快速實現鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒的均勻分散。
權利要求
1. 一種鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒均勻分散方法，利用電磁攪拌裝置進行攪拌，打碎鋅10鐵合金液凝固過程中形成的初生枝晶，先形成由初生固相顆粒與液相構成的鋅10鐵半固態漿料；然後，藉助機械分散器及其上下移動控制裝置，不斷地將坩堝內漂浮在鋅10鐵半固態漿料上部的碳化矽顆粒分散到鋅10鐵半固態漿料中，得到碳化矽顆粒均勻分布的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料，包括以下步驟 步驟1，製備鋅10鐵合金液，溫度控制在1050°C ；步驟2，將鋅10鐵合金液與230目的碳化矽顆粒倒入石墨坩堝中，坩堝由其壁內的加熱管預熱到850°C，蓋上上蓋後，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動電磁攪拌裝置，進行攪拌，同時，關閉加熱管的電源並向坩堝壁內的冷卻管內接通冷卻水進行冷卻，將熔體冷卻至830 862°C均勻分散溫度後，關閉冷卻水，打開並調節加熱管的電源，使熔體溫度穩定在該均勻分散溫度；步驟4，在該均勻分散溫度下，電磁攪拌5分鐘後，啟動機械分散器及其上下移動控制裝置，均勻分散一定時間後，得到組織均勻的鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料；其特徵在於，機械分散器為雙葉片層機械分散器，其上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為83 85°和38 40°。
全文摘要
本發明公開了一種鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒均勻分散方法，屬於鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中碳化矽顆粒均勻分散研究領域，本發明採用電磁+機械製備方法，利用雙葉片層機械分散器，在上下層弧形葉片凹弧面弧度分別為83～85°和38～40°的條件下，對鋅10鐵-5碳化矽半固態漿料中的碳化矽顆粒進行均勻分散，可快速實現碳化矽顆粒的均勻分布，均勻分散時間可縮短到8分20秒。
文檔編號C22C18/00GK102181740SQ20111008890
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月10日 優先權日2011年4月10日
發明者劉漢武, 張鵬, 杜雲慧 申請人:北京交通大學