【《磁搅拌技术研究的国内外文献综述》3100字】

/22磁搅拌技术研究的国内外文献综述1.1电磁搅拌技术电磁搅拌技术最早是应用于钢的连铸过程，通过电磁搅拌推动钢液做旋转运动，改变其凝固过程，进而提高钢坯的连铸质量。早在20世纪20年代初期，BiratJP和GlawsPC等[27-28]对钢水施加电磁搅拌，研究搅拌过程对熔体流动和氧化夹杂物的影响。在1933年，MarrHS等[29]对钢液在磁场搅拌下的转动和凝固过程进行了实验探究，经过组织分析后发现电磁搅拌对提升金属的内部质量和细化组织晶粒有明显的效果。电磁搅拌技术对金属凝固过程中熔体的运动状态、温度场和溶质场的改善，以及不污染熔体，搅拌力大，搅拌条件可控等优点，使其越来越多的被应用于金属的冶炼过程。在目前所使用的半固态制浆方法中，电磁搅拌法由于其为无接触搅拌，搅拌强度大，控制灵活等优点，成为目前实际生产中使用最多的方法。铝合金半固态浆料内部组织晶粒形貌圆整尺寸小并且分布均匀，对于力学性能和产品表面加工质量提升明显；通过半固态成形加工的零件内部更为致密，并且由于浆料内部没有宏观偏析的产生，其性能也更为均匀[30-31]。电磁搅拌技术工作原理如图1-6所示，其内部产生旋转磁场的电磁搅拌器结构和三相异步电机类似，只是将电动机内部的转子转换为了金属熔体，因此当绕组线圈中通入三相交流电时转子的运动就相应的转变为了熔体的转动，进而实现无接触搅拌。电磁搅拌器的基本原理就是通过定子绕组产生的旋转磁场切割熔体产生洛伦兹力来驱动金属熔体转动[32]。电磁搅拌技术是一种在金属熔体凝固过程中对熔体产生强制对流和调节熔体流动的非接触搅拌技术[33-35]。与传统机械搅拌相比，电磁搅拌已成为材料电磁加工的重要分支之一，在流量控制和晶粒细化方面具有众多的优势，包括连续生产、操作方便、无污染和无氧化[36-39]。图1-6电磁搅拌技术原理图Fig.1-6Principlediagramofelectromagneticstirringtechnology在铝合金半固态浆料制备工艺中，电磁搅拌制备工艺由于其自身独特的优点，被广泛使用，同时也吸引了国内外专家学者对其的深入研究。王永飞等[40]研究了电磁搅拌工艺对铝合金半固态浆料中心及边缘位置微观组织的影响规律，得出在合适的搅拌电流和搅拌频率下能够制备出晶粒尺寸细小组织均匀的半固态浆料。闫瑞芳等[41]对连续降温电磁搅拌制浆工艺进行了研究，得出在搅拌频率为30Hz、在640℃～600℃温度区间内完成制浆，所制得的A356半固态浆料质量最好，在合适的过冷度条件下制浆有助于得到优质的半固态浆料。MinHeo等[42]研究了搅拌电流和坩埚的材质对合金半固态浆料微观组织结构的影响，发现当施加120A的电流，坩埚材质为不锈钢时所制备的浆料晶粒尺寸更为细小，晶粒的圆整度更好，随着电流增大，电磁搅拌强度也随之增强。罗庆来等[43]通过环缝式电磁搅拌装置对7A04铝合金进行制浆工艺研究，探究了搅拌时长对合金浆料组织圆整度的影响规律，结果表明在搅拌7min时，合金显微组织均匀圆整，制浆质量最佳。NoraNafari等[44]通过电磁搅拌法与气体诱导法相结合制备A356合金半固浆料，探究不同结合方式下对半固态浆料质量的影响，实验得出采用电磁搅拌和气体诱导法分别制浆45S,搅拌电流为75A时，浆料球状晶尺寸细小圆整分散更为均匀。1.2永磁搅拌技术永磁搅拌技术最早是应用在铝合金的熔炼过程，对铝液进行充分的搅拌有助于其成分和温度更为均匀提升铝液熔炼质量。永磁搅拌具有可以使熔体成分混合均匀，改善熔体内部温度分布，以及提高熔化效率等优点[45]；其原理和电磁搅拌相似，只是产生旋转磁场的方式不同，永磁搅拌的旋转磁场是通过电机带动永磁体转动而产生。随着永磁搅拌技术在铝合金熔炼中的推广使用，法国学者CharlesVives[46]在此基础上，发明了一种永磁搅拌装置，通过永磁体的旋转带动铝液转动，从而实现熔体内部晶粒之间的碰撞，经过实验研究，这种制浆方式改善了半固浆料内部的宏观组织，同时制备出了初生相为球状晶粒的半固态浆料。永磁搅拌制备铝合金半固态浆料的两种典型搅拌系统如图1-7所示。图1-7永磁搅拌装置示意图[32-33]圆柱体形；(b)立方体形Fig.1-7Schematicdiagramofpermanentmagneticstirringdevice[32-33](a)Cylindrical;(b)Cubeshape随着永磁搅拌技术在铝合金半固态浆料制备过程中的应用，国内外专家学者对其制浆工艺进行了更为深入的研究。FumitakaOtsubo等[47]对Al-Cu和Sn-Cu-Sb合金在永磁搅拌下组织细化机理进行了研究，结果表明对晶粒细化有显著作用；随着旋转磁场转速的增加搅拌强度也随之增强，合金硬度随磁体旋转速度的增加而增加，合金的孔隙率降低。X.D.Wang等[48]提出了一种通过永磁体在金属合金内部产生旋转磁场和行波磁场制备金属坯料的方法，采用两层结构的双磁力驱动器，降低了熔体搅拌过程中液穴的深度，改善了坯料内部组织形貌。于平等[49-50]采用永磁体搅拌装置对ZA-27合金的凝固组织规律进行了研究，通过改变磁极对数以及转速来控制搅拌强度，实验结果表明随着搅拌强度的增加，浆料初生相由树枝晶转变为球状晶；通过不断改变永磁体的旋转方向，可以使初生相组织更加圆整。为了提升半固态制浆质量，在磁搅拌技术研究的基础上设计了一种分层电磁搅拌装置，对金属熔体进行上下层的分层搅拌，使得半固态浆料在搅拌过程中实现上下层的对撞效果，进一步的细化晶粒；并且通过分层搅拌，降低单层搅拌过程中浆料芯部旋涡深度，使得熔体表面旋转更为平稳。通过对制浆装置的创新，进一步的研究在电磁搅拌方式下半固态金属浆料组织的细化机理，因此本课题对于电磁搅拌制浆工艺的深入研究具有重要的实践意义。参考文献陈刚,郑顺奇,王岩,等.镁合金半固态浆料制备与成形技术研究进展[J].兵器材料科学 与工程,2018,41(03):116-120.SpencerDB,MerabianR,FlemingsMC.RheologicalbehaviorofSn-15pctPbinthe crystallizationrange[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsB,1972,3(7):1925-1932.MehrabianR,RiekRG,FlemingsM.Preparationandcastingofmetal-particulatenon-metal composites[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsB,1974,5(8):1899-1905.梁小康.Al-Si合金半固态浆料制备技术及应用研究[D].北京:北京有色金属研究总院, 2017.FlemingsMC.Solidificationprocessing[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsB, 1974,5(10):2121-2134.毛卫民.半固态金属成形技术[M].北京：机械工业出版社，2004，220-221.KapranosP,WardPJ,AtkinsonHV,etal.Nearnetshapingbysemi-solidmetalprocessing[J]. 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