一種QTi3.5－10石墨半固態漿料製備方法
2023-06-02 02:12:56 1
專利名稱：一種QTi3.5－10石墨半固態漿料製備方法
技術領域：
本發明涉及一種QTi3.5-10石墨半固態漿料製備方法。
背景技術：
據文獻「Flemings M.Behavior of metal alloys in the semisolid state，MetallTrans，1991，22A957-981」和「毛衛民.半固態金屬成形技術，北京機械工業出版社，2004」報導，由液態降溫製備半固態漿料的方法，主要有電磁攪拌法、機械攪拌法、超聲波振動法、單輥旋轉法、熔體混合法、噴射沉積法、紊流效應法與低過熱度澆注法，這些方法，都是在已製備好的液體冷卻凝固過程中，藉助於各種作用，形成球形或橢球形初生固相顆粒懸浮於液相中的半固態漿料。QTi3.5-10石墨複合材料兼有QTi3.5鈦青銅的導電性好、高強度、導熱快和石墨的潤滑性能好等優點，是製備高速電力機車受電弓滑板的較理想材料。對於QTi3.5-10石墨複合材料，其基本組分為QTi3.5鈦青銅和石墨，由於QTi3.5o鈦青銅與石墨是二類物性尤其是密度和熔點差別較大的物質，QTi3.5鈦青銅的密度約為8.9g/cm3，石墨的密度約為2.2g/cm3；QTi3.5鈦青銅的熔點低於1100℃，石墨的熔點約為3400℃，因此，在QTi3.5鈦青銅合金液中，以固態顆粒形式存在的石墨會在QTi3.5鈦青銅合金液的浮力作用下迅速上浮到QTi3.5鈦青銅合金液表面，採用上述半固態漿料製備方法很難製備出石墨顆粒懸浮於QTi3.5鈦青銅合金熔體中的QTi3.5-10石墨半固態漿料，換句話說，上述方法不適合製備QTi3.5-10石墨半固態漿料。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有半固態漿料製備方法存在的「無法從液態直接製備QTi3.5-10石墨半固態漿料」的不足，提供一種能夠製備出石墨顆粒懸浮於QTi3.5鈦青銅合金熔體中的QTi3.5-10石墨半固態漿料的製備方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是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，利用QTi3.5鈦青銅半固態漿料的高粘度和半固態漿料中的初生固相顆粒阻止石墨顆粒的上浮運動，得到QTi3.5-10石墨半固態漿料。
QTi3.5-10石墨半固態漿料的製備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、上蓋、堵塞、外罩、Ar氣管及熱電偶。
電磁攪拌裝置的三對電磁極對均布在石墨坩堝周圍，與坩堝外壁之間的距離為5mm，石墨坩堝壁內間隔均布加熱管和冷卻管，分別與外部電源與冷卻液供給系統連接，電磁極對外側加外罩；機械分散器由方形導向杆和四個弧形葉片構成，材質為耐熱陶瓷，四個弧形葉片，位於導向杆下部，與導向杆的四個表面垂直，互成90°，凹弧面朝下，為圓弧形，弧度為40～90°，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，葉片外端部與坩堝內壁之間的距離為5mm；機械分散器上下移動控制裝置由電機、傳動機構和上、下二個行程開關構成。傳動機構位於機械分散器導向杆上部與電機之間，由齒條與齒輪、渦輪與蝸杆傳動構成，電機的轉向由上、下二個行程開關控制，也就是，當機械分散器葉片向上移動到石墨顆粒上方時，導向杆觸動上行程開關，電機改變轉向，使機械分散器向下移動；當機械分散器葉片向下移動到石墨坩堝底部時，導向杆觸動下行程開關，電機改變轉向，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1～10mm/s，導向杆依靠導向套定位，Ar氣管與熱電偶通過上蓋上的孔和機械分散器葉片之間的孔隙插入石墨坩堝，堵塞位於坩堝底部，電機、傳動機構、行程開關、導向套採用機械連接方式固定於支架上。
QTi3.5-10石墨半固態漿料的製備工藝步驟如下步驟1，製備QTi3.5鈦青銅合金液，溫度控制在1200℃；步驟2，將上述QTi3.5鈦青銅合金液與石墨顆粒倒入預熱溫度為1000℃的石墨坩堝，蓋上上蓋，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動電磁攪拌裝置，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；同時，接通並調節石墨坩堝壁內的冷卻管與加熱管，將熔體溫度控制在所需溫度，以確保半固態漿料的固相率；步驟4，在穩定的漿料攪拌溫度下，電磁攪拌一定時間後，啟動機械分散器及其上下移動控制裝置，藉助連續上下移動的機械分散器的弧形葉片，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，利用QTi3.5鈦青銅半固態漿料的高粘度和半固態漿料中的初生固相顆粒來阻止石墨顆粒的上浮運動，一定時間後，得到具有所需固相率的QTi3.5-10石墨半固態漿料。
本發明的有益效果是本發明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，利用QTi3.5鈦青銅半固態漿料的高粘度和半固態漿料中的初生固相顆粒阻止石墨顆粒的上浮運動，得到QTi3.5-10石墨半固態漿料，達到了直接通過液態降溫製備QTi3.5-10石墨半固態漿料的目的，解決了現有半固態漿料製備方法存在的「無法從液態直接製備QTi3.5-10石墨半固態漿料」的問題。
圖1為本發明方法製備QTi3.5-10石墨半固態漿料裝置的主視圖。
圖中2.機械分散器的導向杆，3.機械分散器的弧形葉片，4.石墨坩堝，5.加熱管，6.冷卻管，7.堵塞8.QTi3.5-10石墨半固態漿料，9.外罩，10.上蓋，11.Ar氣管，12.熱電偶，13.導向套，14.電機，15.傳動機構，16.上行程開關，17.下行程開關，18.支架。
圖2為本發明方法製備QTi3.5-10石墨半固態漿料裝置的A-A視圖。
圖中1.電磁攪拌裝置的電磁極對。
圖3為本發明方法製備的固相率為40％的QTi3.5-10石墨半固態漿料的微觀組織。
具體實施例方式
在電磁攪拌裝置的功率為10kW、機械分散器弧形葉片凹弧面的弧度為45°、機械分散器的上下移動速度為10mm/s的裝置條件下，具體實施步驟步驟1，製備QTi3.5鈦青銅合金液，溫度控制在1200℃；步驟2，將上述QTi3.5鈦青銅合金液與230目的石墨顆粒倒入石墨坩堝中，石墨坩堝的預熱溫度為1000℃，由其壁內的加熱管實現預熱，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，打碎QTi3.5鈦青銅合金液凝固過程中形成的初生枝晶；同時，關閉加熱管的電源並向石墨坩堝壁內的冷卻管內接通冷卻水進行冷卻，將熔體冷卻至1010℃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1010℃，以確保半固態漿料的固相率；步驟4，在1010℃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，藉助連續上下移動的機械分散器的弧形葉片，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，20min後，得到固相率為40％的QTi3.5-10石墨半固態漿料。
在機械分散器弧形葉片凹弧面的弧度為90°、機械分散器的上下移動速度為3mm/s、坩堝內熔體的溫度控制在990℃、其它參數同上的條件下，機械分散器工作15min後，得到固相率為55％的QTi3.5-10石墨半固態漿料。
附圖3為本發明方法製備的固相率為40％的QTi3.5-10石墨半固態漿料的微觀組織，圖中呈球形或橢球形的白色部分為初生固相顆粒，呈球形或橢球形的黑色部分為石墨顆粒，由圖可見，QTi3.5-10石墨半固態漿料中的初生固相顆粒與石墨顆粒均勻地分布在組織緻密的半固態漿料中，所以，本發明方法可用於製備QTi3.5-10石墨半固態漿料。
權利要求
1.一種QTi3.5-10石墨半固態漿料製備方法，其特徵在於，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，利用QTi3.5鈦青銅半固態漿料的高粘度和半固態漿料中的初生固相顆粒阻止石墨顆粒的上浮運動，得到QTi3.5-10石墨半固態漿料，其工藝步驟步驟1，製備QTi3.5鈦青銅合金液，溫度控制在1200℃；步驟2，將上述QTi3.5鈦青銅合金液與石墨顆粒倒入預熱溫度為1000℃的石墨坩堝，蓋上上蓋，接通Ar氣以防氧化；步驟3，啟動電磁攪拌裝置，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；同時，接通並調節石墨坩堝壁內的冷卻管與加熱管，將熔體溫度控制在所需溫度，以確保半固態漿料的固相率；步驟4，在穩定的漿料攪拌溫度下，電磁攪拌一定時間後，啟動機械分散器及其上下移動控制裝置，藉助連續上下移動的機械分散器的弧形葉片，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，利用QTi3.5鈦青銅半固態漿料的高粘度和半固態漿料中的初生固相顆粒來阻止石墨顆粒的上浮運動，一定時間後，得到具有所需固相率的QTi3.5-10石墨半固態漿料。
2.根據權利要求1所述的一種QTi3.5-10石墨半固態漿料製備方法，其特徵在於，在穩定的漿料攪拌溫度下，在啟動機械分散器及其上下移動控制裝置之前，電磁攪拌的時間大於5min，機械分散器及其上下移動控制裝置的運行時間為15-20min，機械分散器弧形葉片凹弧面的弧度為40～90°，機械分散器的上下移動速度控制在1～10mm/s。
全文摘要
一種QTi3.5－10石墨半固態漿料製備方法，屬於QTi3.5－10石墨半固態研究領域，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，利用QTi3.5鈦青銅半固態漿料的高粘度和半固態漿料中的初生固相顆粒阻止石墨顆粒的上浮運動，得到QTi3.5－10石墨半固態漿料，解決現有半固態漿料製備方法存在的「無法從液態直接製備QTi3.5－10石墨半固態漿料」的技術問題。
文檔編號B22D17/00GK1768979SQ20051008645
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月22日 優先權日2005年9月22日
發明者張鵬, 杜雲慧, 劉漢武 申請人:北京交通大學