一種鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法
2023-06-25 03:00:26 2
專利名稱：一種鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法。
背景技術：
公開號CN1858278A，發明名稱「一種鋁20錫半固態漿料機械攪拌製備方法」上， 闡述了鋁20錫半固態漿料的機械製備方法，即，利用機械攪拌器的雙面雙弧形葉片旋轉時產生的周向運動、向內運動和向上運動，來打碎鋁20錫熔體凝固過程中形成的初生固相， 並不斷地將雙面雙弧形葉片周圍的鋁20錫熔體移到內部、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澱運動，實現錫液滴的分散，當鋁20錫熔體的周向運動狀態接近雙面雙弧形葉片周向運動狀態而導致錫液滴的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉方向，利用雙面雙弧形葉片另一面的雙弧形來繼續分散錫液滴；藉助於機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅動機械攪拌器進行上下運動，從而在整個坩堝範圍內實現錫液滴的均勻分散，得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態漿料。在這種機械製備方法中，機械攪拌器為單葉片層機械攪拌器，採用單層葉片，在葉片與半固態漿料的有效接觸範圍內，藉助葉片對錫液滴施加分散作用力，不斷地將錫液滴分散到半固態漿料中，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後，可得到錫液滴分布均勻的鋁20錫半固態漿料。鎂6鋅是含鋅量為6wt%的鎂合金，鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料是含有15wt% 氮化硼顆粒和85wt%初生固相顆粒與液相的半固態漿料，採用CN1858278A專利方法、在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°的條件下，需要均勻分散10 13分鐘後，才能得到氮化硼顆粒分布均勻的鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料。對於鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的製備，在實現氮化硼顆粒均勻分布的前提下， 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， 而且鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料受到的汙染也越少，其質量越高，因此可實現氮化硼顆粒均勻分布的鎂6鋅-15氮化硼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鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料中氮化硼顆粒均勻分散的方法，進一步縮短實現氮化硼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機械製備方法，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44 46°和72 74°的條件下，對鎂6鋅-15氮化硼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重顆粒，要想儘快完成其在熔體中的分散，必須加強分散強度。在半固態漿料機械製備方法中，如果在單層葉片對半固態漿料中的重顆粒實施分散後，緊接著再利用另一層葉片實施第二次分散，那麼，半固態漿料中重顆粒的分散效果將會明顯好轉，實現重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雙面雙弧形葉片厚度方向上凹弧面弧度優化組合後的雙層葉片的連續二次分散， 進一步促進了重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，對鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料進行均勻分散，實現氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時間可縮短到8分20秒，比採用CN1858278A專利方法的最短均勻分散時間10分鐘至少又縮短了 16%。
圖1為本發明方法對鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料進行均勻分散裝置的主視圖。圖中，圓形攪拌杆1，雙面雙弧形葉片2，陶瓷坩堝3，加熱管4，冷卻管5，鎂6鋅-15 氮化硼半固態漿料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15，導向板16，導向槽17，齒條18，電機19，傳動機構20，上行程開關21，下行程開關22，支架23。圖2為本發明方法對鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料進行均勻分散裝置的A-A視圖。圖中，熱電偶10。圖3為本發明方法對鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料進行均勻分散裝置的B-B局部視圖。圖4為採用本發明方法對鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料進行均勻分散後得到的鎂 6鋅-15氮化硼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鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料中氮化硼顆粒裝置的具體說明如下均勻分散鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料中氮化硼顆粒裝置包括機械攪拌器及其驅動與上下移動控制裝置、陶瓷坩堝3、上蓋8、堵塞7、Ar氣管9及熱電偶10。陶瓷坩堝3採用機械連接方式固定於底架11上，其壁內間隔均布加熱管4和冷卻管5，分別與外部電源與冷卻液供給系統連接。機械攪拌器為雙葉片層機械攪拌器，由圓形攪拌杆1和上下二個葉片層構成，材質為耐熱陶瓷。圓形攪拌杆1的下端為方形，其四面與圓形攪拌杆1相切，上下二個葉片層位於圓形攪拌杆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分布狀態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位於圓形攪拌杆1的方形下端的下部，其根部與圓形攪拌杆方形下端的四個側面垂直且與之同寬；雙面雙弧形葉片2的下表面與圓形攪拌杆方形下端的下端面位於同一水平面內，上表面與下表面平行；雙面雙弧形葉片2的左右二側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72 74° ；左右二側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根部處的切線垂直於圓形攪拌杆方形下端側面；葉片外端部與坩堝內壁之間的距離c為5mm ；上層的四個雙面雙弧形葉片2位於圓形攪拌杆1的方形下端的上部，葉片厚度方向上凹弧面弧度為44 46°，此雙面雙弧形葉片2的上表面與圓形攪拌杆1方形下端的上端面位於同一水平面內。機械攪拌器的驅動裝置由電機14、齒輪傳動機構15和定位機構構成。定位機構位於圓形攪拌杆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，機械攪拌器驅動裝置的電機14、齒輪傳動機構15和定位機構分別採用機械連接方式固定於導向板16上，導向板16可在固定於支架23上的導向槽17內進行上下移動。機械攪拌器上下移動控制裝置由電機19、傳動機構20、上行程開關21和下行程開關22構成。傳動機構20由齒條18與齒輪、渦輪與蝸杆傳動構成，齒條18的下端與機械攪拌器驅動裝置的導向板16採用機械連接方式連接，電機19的轉向由上行程開關21、下行程開關22控制，也就是，當機械攪拌器的上層雙面雙弧形葉片2向上移動到半固態漿料6上方時，齒條18的上部觸動下行程開關22，電機19改變轉向，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向下移動到陶瓷坩堝3底部時，齒條18的上部觸動上行程開關21，電機19改變轉向，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20、上行程開關21、下行程開關22採用機械連接方式固定於支架23上。Ar氣管9固定於上蓋8的孔內，熱電偶10固定於陶瓷坩堝3的側壁內，其端部與半固態漿料6接觸，堵塞7位於陶瓷坩堝3底部。機械攪拌器的功率為2kW，機械攪拌器每隔1 3分鐘改變一次旋轉方向，轉速為 3 5轉/秒，機械攪拌器的連續上下移動速度控制在5 20mm/s。一種鎂6鋅-15氮化硼半固態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時產生的周向運動、向內運動和向上運動，來打碎鎂6鋅熔體凝固過程中形成的初生固相，並不斷地將雙面雙弧形葉片周圍的鎂6鋅熔體移到內部、將下部的鎂6鋅熔體移到上部，來阻止氮化硼顆粒的離心運動與沉澱運動，實現氮化硼顆粒的分散，當鎂6 鋅熔體的周向運動狀態接近雙面雙弧形葉片周向運動狀態而導致氮化硼顆粒的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉方向，利用雙面雙弧形葉片另一面的雙弧形來繼續分散氮化硼顆粒；並且藉助於機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅動機械攪拌器進行連續上下運動，從而在整個坩堝範圍內實現氮化硼顆粒的均勻分散，得到氮化硼顆粒分布均勻的鎂6 鋅-15氮化硼半固態漿料，包括以下步驟步驟1，製備鎂6鋅熔體，溫度控制在730°C ；步驟2，按85%和15%的質量百分比將上述鎂6鋅熔體與230目的氮化硼顆粒倒入陶瓷坩堝3中，坩堝由其壁內的加熱管4預熱到530°C，蓋上上蓋8後，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，對鎂6鋅熔體與氮化硼顆粒進行攪拌，同時，關閉加熱管4的電源並向坩堝壁內的冷卻管5內接通冷卻水進行冷卻，將熔體冷卻至460 540°C均勻分散溫度後，關閉冷卻水，打開並調節加熱管4的電源，使熔體溫度穩定在該均勻分散溫度；在該均勻分散溫度下，均勻分散一定時間後，得到組織均勻的鎂 6鋅-15氮化硼半固態漿料6。實施方式一，在雙葉片層機械攪拌器的轉速為3轉/秒、上下移動速度為5mm/s、每
5隔3分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為460°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44°和72°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分20秒。實施方式二，在雙葉片層機械攪拌器的轉速為4轉/秒、上下移動速度為20mm/s、 每隔1分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為460°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44°和74°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分10秒。實施方式三，在雙葉片層機械攪拌器的轉速為5轉/秒、上下移動速度為15mm/s、 每隔2分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為540°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46°和72°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分10秒。實施方式四，在雙葉片層機械攪拌器的轉速為4轉/秒、上下移動速度為20mm/s、 每隔1分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為540°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46°和74°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分20秒。實施方式五，在雙葉片層機械攪拌器的轉速為3轉/秒、上下移動速度為5mm/s、每隔3分鐘改變一次旋轉方向、均勻分散溫度為539°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45°和73°時，實現氮化硼顆粒均勻分布的鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的均勻分散時間為8分。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44 46°和72 74°條件下，對鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料進行機械均勻分散， 實現氮化硼顆粒均勻分布的均勻分散時間可縮短到8分20秒。附圖4為採用本發明方法對鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料進行機械均勻分散後得到的鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的微觀組織。圖中亮色塊狀區域為氮化硼顆粒，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，氮化硼顆粒分布非常均勻。可見，本發明可快速實現鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料中氮化硼顆粒的均勻分散。
權利要求
1. 一種鎂6鋅-15氮化硼半固態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時產生的周向運動、向內運動和向上運動，來打碎鎂6鋅熔體凝固過程中形成的初生固相，並不斷地將雙面雙弧形葉片周圍的鎂6鋅熔體移到內部、將下部的鎂6鋅熔體移到上部，來阻止氮化硼顆粒的離心運動與沉澱運動，實現氮化硼顆粒的分散，當鎂6 鋅熔體的周向運動狀態接近雙面雙弧形葉片周向運動狀態而導致氮化硼顆粒的分散效果變差時，機械攪拌器改變旋轉方向，利用雙面雙弧形葉片另一面的雙弧形來繼續分散氮化硼顆粒；並且藉助於機械攪拌器的上下移動控制裝置，來驅動機械攪拌器進行連續上下運動，從而在整個坩堝範圍內實現氮化硼顆粒的均勻分散，得到氮化硼顆粒分布均勻的鎂6 鋅-15氮化硼半固態漿料，包括以下步驟步驟1，製備鎂6鋅熔體，溫度控制在730°C ；步驟2，按85%和15%的質量百分比將上述鎂6鋅熔體與230目的氮化硼顆粒倒入陶瓷坩堝中，坩堝由其壁內的加熱管預熱到530。C，蓋上上蓋後，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，對鎂6鋅熔體與氮化硼顆粒進行攪拌，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 460 540°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；在該均勻分散溫度下，均勻分散一定時間後，得到組織均勻的鎂6鋅-15 氮化硼半固態漿料；其特徵在於，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44 46°和72 74°。
全文摘要
本發明公開了一種鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的機械均勻分散方法，屬於鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料的機械均勻分散研究領域，本發明採用機械製備方法，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44～46°和72～74°條件下，對鎂6鋅-15氮化硼半固態漿料進行機械均勻分散，可快速實現氮化硼顆粒的均勻分布，均勻分散時間可縮短到8分20秒。
文檔編號B01F7/18GK102181738SQ20111008886
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