CN111318656B - 一种RbCl/BaCl2混合气溶胶及其制备镁基金属半固态浆料的方法 - Google Patents

Abstract

一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶及其制备镁基金属半固态浆料的方法，属于金属材料制备领域。该RbCl/BaCl₂混合气溶胶，包括气溶胶溶质和气溶胶溶剂，气溶胶溶质占总RbCl/BaCl₂混合气溶胶的质量百分比为80～85％；气溶胶溶质为RbCl和BaCl₂以质量比为2:3的混合粉体；气溶胶溶剂为不与镁合金熔体反应的单一或混合气体，包括但不限于惰性气体和/或镁熔炼常用的保护气体。将RbCl/BaCl₂混合气溶胶导入半固态温度区间的镁合金熔体内部，并充分接触，使其形成镁基金属半固态浆料。本方法相对于传统镁合金半固态浆料制备方法具有设备简单可靠、工艺稳定、产品质量高等优势，在降低成本的同时可以达到节能减排的效果。

Description

一种RbCl/BaCl2混合气溶胶及其制备镁基金属半固态浆料的 方法

技术领域

本发明公开了一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶及其制备镁基金属半固态浆料的方法，涉及金属材料制备领域，可用于快速高效制备镁基合金金属半固态浆料。

背景技术

金属半固态成形具有工艺流程短，产品性能好等特点，是21世纪最具应用前景的金属成形技术之一。经过几十年的研究与开发，金属半固态成形技术得到迅速发展，目前已进入工业应用阶段。金属半固态成形的基本原理为将合金在固液两相区进行成形加工，兼具液态和固态成形的特点和优势。金属半固态成形制品工艺适应性强，适于生产结构复杂的合金制品，且产品力学性能优良。与传统的液态和固态成形相比，具有如下优点：模具热冲击小，使用寿命长；产品收缩率小，含气量少；加工余量小，成品率高；能耗低，环境友好等。不但拓宽了合金制品的应用范围，并且对金属基复合材料等新材料的制备具有重要意义。

金属半固态成形工艺的技术核心是制备金属半固态浆料，获得球化和细化凝固组织，有效避免合金常规液态凝固的合金组织中影响力学性能的粗大枝晶。快速高效地获得组织良好的金属半固态浆料是金属半固态成形的基础和关键，但是现有的制浆手段普遍存在能耗高流程长、工艺不稳定，组织球化率低等问题。

气溶胶是一种由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100μm，分散介质为气体。由于其溶质颗粒直径较小，在液相中扩散速度较快，可以不依赖传统的机械搅拌促进颗粒扩散。在实际生产中，气溶胶主要应用于消防领域；也可用于农药喷洒以提高药效并降低药品的消耗；气象部门也利用气溶胶进行人工降雨，以改善旱情。但其在冶金和材料加工领域内的应用还很少有报道。

发明内容

为了解决现有技术中，金属半固态浆料的制备的缺点，本发明提出了一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶及其制备镁基金属半固态浆料的方法。该方法采用向熔体中通入RbCl/BaCl₂混合气溶胶，以RbCl/BaCl₂作为活性溶质颗粒，利用活性溶质颗粒直径小、弥散度高的特点，当 RbCl/BaCl₂混合气溶胶分散的细小活性溶质颗粒相在遇到体积较大的初生固相时，会被其吸附到表面。活性溶质颗粒对初生固相形成包覆作用，从而阻止其热交换，并大幅提高晶核与熔体接触面的表面张力，促使初生固相向近球形转变。本方法相对于传统镁合金半固态浆料制备方法具有设备简单可靠、工艺稳定、产品质量高等优势，可以显著缩短工艺流程、降低生产成本。

一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶，包括气溶胶溶质和气溶胶溶剂，所述的气溶胶溶质占总 RbCl/BaCl₂混合气溶胶的质量百分比为80～85％；

所述的气溶胶溶质为RbCl和BaCl₂的混合粉体，按质量比，RbCl：BaCl₂＝2:3，溶质原料纯度均为化学纯；RbCl粉体的当量直径≤200nm，BaCl₂粉体的当量直径≤200nm；

所述的气溶胶溶剂为不与镁合金熔体反应的单一或混合气体，包括但不限于惰性气体和/ 或镁熔炼常用的保护气体。

所述的气溶胶溶剂中，所用的气体的纯度均为化学纯及以上。

一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶，其分散相RbCl/BaCl₂的当量直径≤200nm，由于其当量直径较小，在熔体中扩散速度较快，借助于初生固相吸附及存在的表面张力作用，能在初生固相表面形成一层致密膜层，有隔绝传热及传质作用，抑制初生固相长大，作为形核质点，增强形核率。同时气溶胶溶剂对熔体有精炼作用，可以提升熔体质量。

一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：

按照上述气溶胶溶剂的制备要求，如若为单一一种气体可直接作为气溶胶溶剂；如若为多种混合气体，则在相同温度及压强下混合后得到气溶胶溶剂；

步骤2：

按气溶胶溶质中，各个粉体的质量比，称量RbCl和BaCl₂，混合均匀，得到气溶胶溶质；

步骤3：

将气溶胶溶质和气溶胶溶剂按质量百分比混合，得到RbCl/BaCl₂混合气溶胶。

本发明的一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶制备镁基金属半固态浆料的方法，包括以下步骤：

将RbCl/BaCl₂混合气溶胶导入半固态温度区间的镁合金熔体内部，并充分接触，使其形成镁基金属半固态浆料。

所述的半固态温度区间根据镁合金熔体的成分和各个成分的质量百分含量决定，优选为 600～650℃。

所述的导入流量为100～300mL/min，中间包式制浆装置导入时间为28～35min，导入前需要加热到575～585℃。

其中，在使用中间包式装置制浆的条件下，镁合金熔体的质量与RbCl/BaCl₂混合气溶胶体积消耗量配比，优选为每千克镁合金熔体对应加入RbCl/BaCl₂混合气溶胶的体积为1～2L。

本发明的一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶及其制备镁基金属半固态浆料的方法，其相比于现有的金属半固态浆料的制备，其有益效果在于：

本发明的制备金属半固态浆料的方法中，是利用在气溶胶弥散分布的作用下，有效活性成分RbCl/BaCl₂附着在合金熔体初生固相表面，可以大幅提高晶核与熔体接触面的表面张力，提高金属半固态浆料的球化率，其制浆机理示意图见图1。粉体均匀地附着于初生固相后可以阻止固相继续长大，或者作为异质形核的形核质点，从而显著细化采用半固态浆料浇铸或压铸后产品的微观组织，浇铸或压铸后产品的晶粒尺寸平均为20～35um。本方法相对于传统镁合金半固态浆料制备方法具有设备简单可靠、工艺稳定、产品质量高等优势，在降低成本的同时可以达到节能减排的效果。

附图说明

图1为本发明RbCl/BaCl₂混合气溶胶制浆机理示意图。

图2为本发明实施例1的制备工艺装置结构示意图。

图3为本发明实施例2的制备工艺装置结构示意图。

图4为本发明实施例3的制备工艺装置结构示意图。

以上图中，1为坩埚中间包，2为导入管，3为RbCl/BaCl₂混合气溶胶，4为合金熔体，5为流槽，6为模具。

具体实施方式

下面通过以下三个实施例举例阐述本发明的具体实施方式，但不能以此限定本发明的保护范围。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实时方式所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

以下实施例中，除非特殊说明，采用的原料和设备均为市购，其中，原料均采用化学纯以上。

实施例1

本实施例中，使用本方法制备3Kg-AZ91镁合金半固态浆料。

一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶的制备方法，包括以下步骤：

先将化学纯的RbCl(氯化铷)和BaCl₂(氯化钡)粉体按质量比RbCl：BaCl₂＝2：3进行混合，作为气溶胶溶质；

将配好的气溶胶溶质加入到50L耐高压气罐中，所加气溶胶溶质的质量为RbCl/BaCl₂混合气溶胶质量占比的80％；

然后将在室温和14.5MPa条件下的化学纯氩气压缩进耐高压气罐进行混合，形成RbCl/BaCl₂混合气溶胶储存待用。

使用上述RbCl/BaCl₂混合气溶胶制备镁基金属半固态浆料的方法，其制备工艺示意图如图2所示，具体包括以下步骤：

将熔炼好的645℃AZ91镁合金熔体4，倒入预热到600℃的坩埚中间包1中，在保护气氛下加热。将坩埚中间包1中的AZ91镁合金熔体4加热到645℃并恒温保持，通过导入管2以100mL/min流量将制备好预热到575℃的RbCl/BaCl₂混合气溶胶3持续40min通入AZ91 镁合金熔体4，待时间到关闭气溶胶管道阀门，恒温保温4分钟，即可完成制浆，得到AZ91 镁合金半固态浆料。

制备出的AZ91镁合金半固态浆料，能够证明熔体中由于固相体积差异，形成表面张力差异，从而存在吸附作用。本实施例制备浆料的初生晶粒当量直径和形状因子见表1。

实施例2

本实施例中，使用本方法制备3Kg-AZ91镁合金半固态浆料。

先将化学纯的RbCl(氯化铷)和BaCl₂(氯化钡)粉体按质量比RbCl：BaCl₂＝2:3进行混合，作为气溶胶溶质；

将配好的气溶胶溶质加入到50L耐高压气罐中，所加气溶胶溶质的质量为RbCl/BaCl₂混合气溶胶质量占比的82％；

然后将在室温和14.5MPa条件下的化学纯氦气压缩进耐高压气罐进行混合，形成RbCl/BaCl₂混合气溶胶储存待用。

使用上述RbCl/BaCl₂混合气溶胶制备镁基金属半固态浆料的方法，其制备工艺示意图如图3所示，包括以下步骤：

将AZ91合金加热到650℃，得到的AZ91合金熔体4置于模具6中；将AZ91合金熔体 4倒入预热到620℃，与水平面成倾角35°，长420mm的流槽5中。使用导入管2将制备好预热到580℃的RbCl/BaCl₂混合气溶胶3与AZ91合金熔体4流向相同的方向通入，RbCl/BaCl₂混合气溶胶3导入流量为250mL/min，使RbCl/BaCl₂混合气溶胶3与合金熔体4充分接触。气溶胶溶剂对熔体进行精炼，活性RbCl/BaCl₂颗粒进入熔体，吸附于初生固相表面，完成半固态浆料的制备，得到AZ91镁合金半固态浆料。

本实施例制备浆料的初生晶粒当量直径和形状因子见表1。

实施例3

本实施例中，使用本方法制备3Kg-AM60镁合金半固态浆料。

先将化学纯的RbCl(氯化铷)和BaCl₂(氯化钡)粉体按质量比RbCl：BaCl₂＝2:3进行混合，作为气溶胶溶质；

将配好的气溶胶溶质加入到50L耐高压气罐中，其中，所加气溶胶溶质的量为气溶胶质量占比的85％；

然后将在室温和14.5MPa条件下的等体积比的氩气和氦气压缩进耐高压气罐进行混合，形成RbCl/BaCl₂混合气溶胶储存待用。

使用上述RbCl/BaCl₂混合气溶胶制备镁基金属半固态浆料的方法，其制备工艺示意图如图4所示，包括以下步骤：

称取去氧化层3Kg的AM60镁合金加热到630℃，得到的AM60镁合金熔体4置于模具6中；将AM60镁合金熔体4倒入预热到620℃，与水平面成倾角30°，长420mm的流槽5 中。使用导入管2将制备好的预热到585℃的RbCl/BaCl₂混合气溶胶3与AM60镁合金熔体 4流向相反的方向通入，RbCl/BaCl₂混合气溶胶3导入流量为200mL/min，使RbCl/BaCl₂混合气溶胶3自下而上与合金熔体4充分接触。气溶胶溶剂对熔体进行精炼，活性RbCl/BaCl₂颗粒进入熔体，吸附于初生固相表面，完成半固态浆料的制备，得到AZ91镁合金半固态浆料。

本实施例制备浆料的初生晶粒当量直径和形状因子见表1。

表1.三个实施例制备浆料的初生晶粒当量直径和形状因子

Claims (6)

1.一种RbCl/BaCl₂混合气溶胶，其特征在于，该RbCl/BaCl₂混合气溶胶包括气溶胶溶质和气溶胶溶剂，所述的气溶胶溶质占总RbCl/BaCl₂混合气溶胶的质量百分比为80~85%；

所述的气溶胶溶质为RbCl和BaCl₂的混合粉体，按质量比，RbCl：BaCl₂=2:3，溶质原料纯度均为化学纯；RbCl粉体的当量直径≤200nm，BaCl₂粉体的当量直径≤200nm；

所述的气溶胶溶剂为不与镁合金熔体反应的单一或混合气体，制备气溶胶溶剂的气体原料纯度为化学纯及以上。

2.权利要求1所述的RbCl/BaCl₂混合气溶胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：

按照上述气溶胶溶剂的制备要求，如若为单一一种气体可直接作为气溶胶溶剂；如若为多种混合气体，则在相同温度及压强下混合后得到气溶胶溶剂；

步骤2：

按气溶胶溶质中，各个粉体的质量比，称量RbCl和BaCl₂，混合均匀，得到气溶胶溶质；

步骤3：

将气溶胶溶质和气溶胶溶剂按质量百分比混合，得到RbCl/BaCl₂混合气溶胶。

3.权利要求1所述的RbCl/BaCl₂混合气溶胶制备镁基金属半固态浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将RbCl/BaCl₂混合气溶胶导入半固态温度区间的镁合金熔体内部，并充分接触，使其形成镁基金属半固态浆料。

4.根据权利要求3所述的RbCl/BaCl₂混合气溶胶制备镁基金属半固态浆料的方法，其特征在于，所述的半固态温度区间根据镁合金熔体的成分和各个成分的质量百分含量决定，具体为600~650℃。

5.根据权利要求3所述的RbCl/BaCl₂混合气溶胶制备镁基金属半固态浆料的方法，其特征在于，所述的导入，导入流量为100~300mL/min，中间包式制浆装置导入时间为28～35min，导入前需要加热到575～585℃。

6.根据权利要求3所述的RbCl/BaCl₂混合气溶胶制备镁基金属半固态浆料的方法，其特征在于，在使用中间包式装置制浆的条件下，镁合金熔体的质量与RbCl/BaCl₂混合气溶胶体积消耗量配比为：每千克镁合金熔体对应加入RbCl/BaCl₂混合气溶胶的体积为1～2L。

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