活性原料制造技术

用于半固态金属射压造型的合金原料。所述合金原料是一种颗粒形式的合金材料，并且具有不均匀的结构，其在２０％的主熔化反应峰高处的温度范围大于４０℃，共晶反应峰高与主熔化反应峰高之比小于０．５。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及特别适合用于半固态金属的射压造型的原料。更具体地，本专利技术涉及更容易变成液相的原料，因此，所述原料能够在温度较低，热梯度较小，堵塞程度较轻以及对半固态金属射压造型机械的起始区域的热冲击较弱的条件下转变成液相。而这本身又能够使供料速度更快，原料供应量更大，筒体寿命更长，停机时间更短，消耗能量更少，成型的部件更优和运行成本更低。现有技术简述一般而言，半固态金属射压造型指的是将合金原料加热，剪切并且在高压下注射进入模腔的方法，加热使原料变成固相和液相共存的状态，而同时施加剪切力又可防止半固态合金中形成树枝状结构，在这种状态下，合金可以表现出触变性能。本专利技术适应的正是这种合金。原料可以以液相、半固态或粒状固体三种形式之一送入半固态金属射压造型机械的筒体内。前面的两种形式要求附加设备和特殊的处理措施以防止合金材料发生污染，并且因此使成本提高，后面的形式虽然更容易处理，但会造成循环时间更长，首先接触的筒体部分热梯度显著，对该部分筒体的热冲击更大。因此，可以看到不会产生上述问题的固态原料是理想的。更具体地，半固态金属射压造型(SSMI)包括将合金原料送入半固态金属射压造型机械的筒体。在该筒体中，加热合金原料并且对其进行剪切，该剪切过程通常采用位于其中的螺旋进行。经过加热和剪切，合金原料的温度升至固相线温度与液相线温度之间。在该温度范围内，原料变成固相和液相共存的半熔化材料。除了有助于加热之外，剪切还能防止合金中形成树枝状结构。在这种触变状态，通过螺旋的往复运动或者转移到一个喷射套筒，将半固态合金材料注入模腔并凝固成所要求的部件。授予DOW化学公司的美国专利4,694,881，4,964,882和5,040,589介绍了半固态金属射压造型的方法和实施上述方法的装置，此处引入这些专利作为参考。在颗状原料的传统制备过程中，最初由合金形成锭块或棒料(billet)，冷却，然后机械切割以获得具有适当尺寸的颗粒。值得注意地，在最初形成锭块或棒料之后，随即进行慢冷。镁合金如AE42和铝合金如A356可以以上述形式获得。如上所述，在实施半固态射压造型方法中，传统合金原料的使用会导致原料首先触及的筒体初始部分受到强烈的循环热载荷作用，从而促使原料状态的调整(当每次有新原料进入时，该部分筒体的外部仍然保持高温受热状态，而同时其内部则明显冷却)。由于此处的热梯度高，该部分筒体受到高热应力的作用。上述合金原料的共同特征是当对差示扫描量热(DSC)曲线进行分析时，可注意到所述合金原料在初始熔化温度下展现出强烈急剧的能量吸收。这一在窄温度范围对能量的强烈要求需要在小范围内对筒体进行非正常加热，从而产生高的温度梯度(筒体内表面和外表面之间)和高的热应力。由于多达约50％的熔化出现在低熔点组元的固相线温度以上30℃的范围内，因此，如果对材料在筒体内的推进不加以精确控制，这一对温度微小变化的高度敏感性会导致以堵塞物在螺旋周围形成的形式使筒体内的材料发生凝结。当出现这种凝结和形成堵塞物时，不再能够制备出良好的部件。它需要将螺旋拉出并且进行耗时的螺旋和筒体清洁操作，从而使成本显著增加，产量下降。即使不会出现凝结和堵塞物，将材料加热至适当的成型温度必需的时间会限制进料速度和机械的循环时间。针对上述以及其它限制，本专利技术的一个目的是提供一种更容易形成液相，从而能够使供料速度更快以及半固态射压造型机械的循环时间下降的粒状原料。另外，本专利技术的一个目的是提供一种能够使筒体温度更低，使贯穿桶壁的温度梯度下降和筒体上的热冲击减轻的原料。本专利技术的又一个目的是提供一种能够在机械的第一个加热区存在少量(5-20％)合金初始液相，从而改善在随后的筒体加热区中合金余下部分的热传导的原料。本专利技术的另一个目的是一种其DSC曲线一般遵从筒体在长度范围内的温度分布，从而减小筒体中的热梯度和热冲击的合金原料。因此，本专利技术的一个特点是能够成型比在半固态成型在使用的传统合金具有更高固相线温度的合金。专利技术简述在克服现有技术原料的上述以及其它限制中，本专利技术提供一种在半固态金属射压造型机器的筒体的初始区更容易形成部分液相的活性粒状原料。所提供的根据本专利技术的合金原料为颗粒状，并且包括一种不均质结构，在主熔化反应峰高(HL)的20％处(ΔT20％)具有大于40℃的温度范围，其共晶反应峰高(HE)与主熔化反应峰高(HL)之比(RE/L)小于0.5。根据本专利技术的合金原料也可以具有大于140℃的固相线温度与液相线温度之间的熔化范围(ΔTS-L)，对于Zn而言，其ΔTS-L为80℃。通过提供上述合金原料，当时入筒体的初始区时，一些低熔点组元会很快熔化，并且，结果进一步“激发”了原料的熔化。因此，本专利技术的名称为“活性原料”。在激发进一步熔化中，较早存在的低熔点组元的液相提高了原料未熔化部分的热导性，从而提高了熔化速率。通过更快地引起在筒体初始部分的熔化，由贯穿桶壁的温度梯度造成的筒体的热冲击下降，热应力减小，由于热传递得到改善，设备可以采用更快的供料速度，包括大量供料(flood feeding)。它也能够降低筒体温度和避免在螺旋周围形成堵塞物。另外，典型地对半固态金属射压造型而言固相线温度太高的合金现在也可以在半固态金属射压造型机器中进行成型。从下面的描述和权利要求书，并结合附图，本领域的专业人员将会更容易地理解本专利技术的这些以及其它目的和特点。附图简述附图说明图1是一种可利用本专利技术的半固态金属射压造型机器的示意图。图2是具有适度不均匀结构以及具有均匀结构的AZ91D合金的反映热流与温度关系的DSC曲线。其中，加热速度为20°K/分，测定DSC曲线的样品重为12-15mg。图3是由回收的模铸废料形成的非均质和均质两种形式的AZ91D合金的DSC曲线。图4是由半固态射压造型废料形成的非均质和均质两种形式的AZ91D合金的DSC曲线。图5是非均质和均质两种形式的AM50合金的DSC曲线。图6是非均质和均质两种形式的AE42合金的DSC曲线。图7是非均质和均质两种形式的ZK60合金的DSC曲线。图8是非均质和均质两种形式的ZAC镁合金的DSC曲线。图9是非均质和均质两种形式的铝基A356合金的DSC曲线。图10是非均质和均质两种形式的铝基520合金的DSC曲线。图11是筒体各加热区的筒体温度变化曲线，包括相对于材料在筒体中的位置图4和6的非均质合金的DSC曲线；以及图12是用于说明在半固态金属射压造型方法中使用的根据本专利技术合金的优选范围的通用相图。优选实施方案详述现在参照附图，图1示出的是用于半固态金属注射(SSMI)成型的装置/机器10。机器10的构造在某些方面与塑料注塑成型机器相似。在示出的机器10中，原料通过料斗12送入往复螺旋注射系统14的加热筒体17内。系统14使原料保持在保护性气氛16，例如氩或者另一种非反应性气体中。当原料由螺旋18的旋转运动向前送进时，其被加热器20加热并且在螺旋18的作用下发生搅拌和剪切。实施所述加热和剪切为的是使原料处于固相和液相共存的状态，以便形成触变性浆液。然后，所述原料通过位于注射系统14的前进端的止回阀22并且进入积聚室24。当在室24中已积聚需要量的原材料时，通过向前运动带有液压传动装置(未示出)的螺旋18，使材料通过喷嘴28充满模腔26，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于半固态金属射压造型的合金原料，所述原料包括： 一种颗粒形式的合金材料，所述合金材料具有不均匀结构，其在２０％的主熔化反应峰高处的温度范围大于４０℃，共晶反应峰高与主熔化反应峰高之比小于０．５。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SE莱比奥，DM瓦鲁卡斯，RF戴克尔，
申请(专利权)人：西克索马特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]