【《铝合金半固态浆料制备技术国内外研究现状文献综述》3900字】

/22铝合金半固态浆料制备技术国内外研究现状文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u5533铝合金半固态浆料制备技术国内外研究现状文献综述 110841.1机械搅拌法 127901.2电磁搅拌法 126291.3气体搅拌法 2289901.4超声波振动法 3285471.5内冷式搅拌法 429655参考文献 5在半固态金属成形中浆料的制备质量对于生产出合格的半固态铸件至关重要。国内外研究人员对于浆料制备技术的研究提出了多种制浆方法，不同的制浆方法所要达到的目的都是相同的，都是为了制备出具有球状晶或类球状晶的半固态浆料，以下介绍几种典型的半固态浆制备技术国内外研究进展。1.1机械搅拌法机械搅拌法[8]制备半固态浆料是在实际生产应用中最早使用的方法，该方法的工作原理是把搅拌头插入铝液中从而带动铝液转动，在转动的过程中，打碎内部组织的树枝状晶粒，在搅拌作用下晶粒进一步熟化，从而制备出初生相形貌圆整的合金浆料。李亚庚等[13]探究了机械搅拌时间、剪切速率、保温时间以及冷却速率对7075铝合金制浆质量的影响；从实验结果中得出在机械搅拌作用下，搅拌越久，半固态球状初生相的圆整度就越高，球状晶的尺寸也越小；随着转速的增加，合金初生相的形貌越规整；当浆料的保温时间较长时，内部组织初生相晶粒尺寸变大，组织形貌由树枝晶向蔷薇状枝晶再到类球状晶粒转变；除此之外，浆料的冷却速率也会对半固态浆料质量产生影响，当冷却速率较快时，初生α-Al多为细小的树枝晶，当冷却速率降低时，晶粒尺寸变大，球状晶则越圆整。MSafari等[14]利用自制的机械搅拌装置，研究搅拌时间、制浆温度、搅拌头转速对A360铝合金制浆质量的影响；经实验验证，在制浆温度为585°，搅拌20分钟，转速为425r/min时，可获得更好的微观结构和机械性能。并确定了在580°C温度下保温对微观结构和机械性能有较大的影响。1.2电磁搅拌法电磁搅拌法[83]是通过旋转磁场切割熔体产生洛伦兹力推动浆料转动，从而达到细化组织晶粒的目的。赵艳红等[15]在等温电磁搅拌工艺下搅拌电流和频率对ZL102铝合金显微组织的细化机理进行了研究，得出了最佳的电磁搅拌制浆工艺参数；通过与未施加电磁搅拌的半固态浆料对比，发现前者所制得的浆料组织中球状晶粒的数量更多，圆整度更高。在搅拌电流固定的情况下，树枝晶破碎程度随着搅拌频率的增加而增强，球状晶尺寸也随之减小，但随着搅拌频率继续增加，所产生的细化效果趋于平缓。在搅拌频率固定的情况下，搅拌电流的增加对半固态浆料初生相的影响和前者相同，出现先增大后平缓的趋势；探讨了不同制浆工艺下对压铸件力学性能的改善，电磁搅拌所制得的半固态浆料力学性能提升明显。\t"/zn/Detail/index/SJES_03/_blank"N.FarzamMehr等[16]采用环形电磁搅拌器进行AZ91镁合金制浆工艺研究，探究了电磁搅拌强度和时间对浆料内部组织结构的影响，以及压力成形对合金显微组织球状晶形状因子、等效直径、固相率和显微硬度的影响。实验结果表明，电磁搅拌最佳参数为搅拌电流55A和搅拌时间30s，所制得的浆料质量最好。1.3气体搅拌法气体搅拌法[84]制备半固态浆料是通过向熔体中通入惰性气体，气体上浮带动熔体流动，通过不断的通入气体增加搅拌的强度；这些通入的气体有两个作用，一个是推动熔体流动，进而起到打碎树枝晶的作用，细化晶粒；另一个是使熔体内部温度均匀，通过不断通入的气体产生激冷作用，加快组织形核，获得良好的球状晶组织。Martinez等[17-18]提出在熔体凝固过程中当其温度靠近液相线时对其进行激冷和搅拌，熔体内部可以在短时间内形核成大量的树枝晶，随着搅拌的进行使其进一步的熟化，剧烈地对流不仅有利于细化晶粒，而且可以使得浆料内部温度分散均匀；根据气体搅拌细化机理，采用自行设计的气体搅拌装置，如图1-3所示，研究了不同气体搅拌制浆工艺参数对浆料组织的细化效果，实验结果表明通过控制影响熔体冷却和对流的S

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V比和气体流速变量，可以形成高度细化的非枝晶组织。高军等[20]对Al-7%Si合金进行了气流搅拌法半固态制浆工艺研究，对不同制浆温度和搅拌时长下初生相球状晶粒尺寸的变化进行了实验研究，通过正交实验设计和方差分析得出在搅拌30s,制浆温度为620℃,气体流量为1L/min的参数条件下，在605℃进行取样观察所制得半固态浆料晶粒细小圆整。图1-3气体搅拌装置示意图Fig.1-3Schematicdiagramofthegasunit1.4超声波振动法在半固态浆料制备过程中通过在结晶器外围或熔体内部施加超声波振动可以细化组织晶粒，提升半固态浆料制浆质量，这种制浆方法叫做超声波振动法[85]。该方法在制备半固态浆料时可以对浆料持续输出振动，即使半固态浆料的固相分数很高，也能继续扰动熔体的凝固过程；除了通过高频振动促进内部组织球状晶的形核作用之外，还能对熔体起到除气的作用，降低浆料氧化夹渣的产生。朱泽明等[21]通过间接超声振动方法对A356铝合金进行了半固态制浆实验，间接超声振动装置如图1-4所示；研究了不同的振动时间对半固态显微组织的影响，从实验中得出在振动40s后所制备的半固态浆料质量最优，其初生相平均晶粒尺寸为70μm，平均形状系数为0.6；实验中还发现超声波作用于金属熔体效果显著，液面波动明显，使得黏附于杯壁上的固相颗粒掉落，进一步增加形核数量。孙勇辉等[22]通过超声波振动法制备TiAl3/A356铝基复合材料半固态浆料，对不同工艺参数下（超声温度、超声时间和超声功率）所制备的浆料显微组织进行了研究；从实验中得出当超声温度和超声功率逐渐降低时，合金显微组织的晶粒尺寸随之减小；施加超声振动的时间越久初生相的晶粒尺寸就会有所增加；最佳制浆参数为在超声温度为608℃、超声功率为1000W、超声时间为60s，在该条件下所制得的半固态浆料组织细小圆整,平均晶粒尺寸为62μm,平均形状因子系数为0.8。图1-4间接超声振动制备铝合金半固态浆料装置示意图超声波发生器2、振幅转换器3、金属液容量杯4、顶出杆5、气缸6、加热炉Fig.1-4Schematicdiagramofindirectultrasonicvibrationforpreparingsemi-solidslurryofaluminumalloy1.Ultrasonicgenerator2.Amplitudeconverter3.Metalliquidvolumecup4.Ejectorrod5.Cylinder6.Heatingfurnace1.5内冷式搅拌法内冷式搅拌法是由MagnusWessén等人[23-24]提出,该方法的另一个名称为RSF（rapidslurryforming）法，内冷式搅拌工艺如图1-5所示。该制浆方法是通过制备和熔体相同成分的内冷块来控制浆料内部热量变化，当内冷块插入熔体中进行搅拌时完成热量的交换；在打碎枝晶臂的同时，进一步促进晶粒形核，从而制备出组织均匀细小的半固态浆料[19]。廖福锦等人[25]通过内冷式搅拌法对Al-7Si合金进行了半固态制浆实验，研究了搅拌温度、转速、取样温度对铝合金半固态制浆质量的影响；实验得出在熔体温度为625℃,内冷块质量比为5%,转速为1200r/min时开始制浆，温度降为600℃时进行取样，所制得的浆料显微组织初生相形貌圆整，晶粒细小。RobinGupta等人[26]探究了A356铝合金经内冷式搅拌法制浆和T5热处理后其内部组织和性能的变化，实验表明在RSF过程中，剪切作用细化了初生α-Al相和Si形态，这有助于改善合金的力学性能；T5热处理促进了初生α-Al和共晶硅的进一步细化，并且析出的Mg2Si相导致了沉淀硬化和孔隙度水平的降低。图1-5内冷式搅拌法示意图Fig.1-5Schematicillustrationofinternalcoldstirring在机械搅拌法中搅拌头与熔体接触会污染熔体，同时快速的旋转会导致卷气和氧化夹渣的产生，影响半固态制浆质量；气体搅拌法中气体的通入量可控性较差，同时气孔会经常发生堵塞，导致制浆过程无法顺利进行；超声波振动法中超声波所产生的能量在传递过程中衰减严重，熔体内部作用区域有限，所制备的浆料内部组织不够均匀；内冷式搅拌法在制浆过程中内部块容易脱落，未能充分熔入到熔体中，导致制浆失败；电磁搅拌法为无接触式搅拌，不会污染浆料，控制方便，制浆效率高，在实际生产应用中使用最广。因此选择在电磁搅拌技术基础上进行进一步的实验研究，不断优化半固态制浆工艺。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]. Materials&Design.2000,21(4):387-394.FlemingsMC.Behaviorofmetalalloysinthesemi-solidstate[J].MetallurgicaltransactionsA, 1991,22(5):957-981.王平,刘静.铝合金半固态加工理论与工艺[M].北京:科学出版社,2016.AsaiS.Recentdevelopmentandprospectofelectromagneticprocessingofmaterials[J].Science&TechnologyofAdvancedMaterials,2000,1(4):191-200.李微,赵君文,罗庆来,等.短时电磁搅拌和细化剂对7A04铝合金大体积半固态浆料组织的影响[J].稀有金属材料与工程,2016,43(10):2664-2670.刘小梅,刘政,白光珠,等.电磁搅拌频率对半固态A356初生α相的影响[J].材料导报,2016,30(4):141-145.李亚庚,毛卫民,朱文志,等.机械搅拌对半固态7075铝合金浆料组织的影响[J].特种铸造及有色合金,2015,35(07):717-719.MSafari,MMKeikha,AKamarei.Aninvestigationonsemi-solidformingofA360aluminiumalloybymechanicalstirring[J].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartE:JournalofProcessMechanicalEngineering,2012,226(3).赵艳红,安振须,韩莹,等.铝合金半固态浆料制备工艺参数的研究[J].铸造,2014,63(10):1060-1063.MehrNF,AashuriH.TheeffectsofannularelectromagneticstirringparametersonmicrostructureevolutionofrheocastAZ91magnesiumalloy[J].JournalofMaterialsResearchandTechnology,2019,8(2):2300-2308.Martínez-AyersRA.Formationandprocessingofrheocastmicrostructures[D].Massac-husettsInstituteofTechnology,2004.WannasinJ,MartinezRA,FlemingsMC.Grainrefinementofanaluminumalloybyintroducinggasbubblesduringsolidification[J].ScriptaMaterialia,2006,55(2):115-118.徐骏,张志峰.半固态加工技术的最新进展[J].哈尔滨理工大学学报,2013,18(02):1-6.高军,陈永禄,王连登,等.气流搅拌法制备半固态铝硅合金浆料的工艺研究[J].热加工工艺,2013,42(05):14-17.朱泽明,吴树森,吕书林,等.间接超声振动制备A356铝合金半固态浆料的机理[J].中国有色金属学报,2011,21(02):325-331.孙勇辉,闫洪,陈小会,等.超声振动法制备半固态TiAl_3/A356复合材料浆料的微观组织演变(英文)[J].稀有金属材料与工程,2019,48(01):24-32.WessénM,CaoH.TheRSFTechnology-APossibleBreakthroughforSemi-solidCastingProcesses[J].HighTechDieCast,2006.BirolYucel.Internalcoolingprocesstopreparealuminiumrheocastingfeedstock[J].InternationalJournalofCastMetalsResearch,2010,23(1):55-59.廖福锦,王连登,朱定一,等.内冷式机械搅拌法制备半固态铝合金的研究[J].特种铸造及有色合金,2017,37(11):1208-1211.GuptaR,SharmaA,PandelU,etal.EffectofheattreatmentonmicrostructuresandmechanicalpropertiesofA356alloycastthroughrapidslurryformation(RSF)process[J].InternationalJournalofCastMetalsResearch,2017,30(5):283-292.BiratJP,ChoneJ.Electromagneticstirringonbillet,bloomandslabcontinuouscasters:stateoftheartin1982[J].IronmakingandSteelmaking;1983,10(6):269281.GlawsPC,FryanRV,KeenerDM.Theinfluenceofelectromagneticstirringoninclusiondistributionasmeasuredbyultrasonicinspection[C]//SteelmakingConferenceProceeding.1991,74:247-264.MarrHS.Electromagneticstirring:steppingstonetoimprovedconti