权利要求
1.一种固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，系统准备与校验，检查设备，得到一套功能完备且处于待机状态的制备系统;
S2，镁合金锭的真空熔炼，将镁合金锭置入坩埚内抽真空并加热，得到处于可转移状态的高温镁合金液体;
S3，镁合金粉末的配比与真空预热，加工镁合金粉末，得到处于预热保温状态的镁合金粉末;
S4，固液相的真空混合，将所述处于可转移状态的高温镁合金液体导入盛有所述处于预热保温状态的镁合金粉末的凝固模具中，得到填充于模具内的初步固液混合物;
S5，半固态均质化保温处理，对所述填充于模具内的初步固液混合物控制整体温度，得到组织均匀的镁合金半固态坯料。
2.根据权利要求1所述的固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，所述S1步骤具体为：启动设备总电源，检查真空系统的气密性，清空坩埚与模具内的残留物，得到一套功能完备且处于待机状态的制备系统。
3.根据权利要求1所述的固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，所述S2步骤具体为：将镁合金锭置入坩埚内，关闭坩埚盖，对坩埚内部空间进行抽真空，开启加热，使坩埚温度以每分钟50至100摄氏度的速率升温至650摄氏度至850摄氏度的目标熔化温度，到达目标温度后，进行保温10至30分钟，得到处于可转移状态的高温镁合金液体。
4.根据权利要求1所述的固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，所述S3步骤具体为：在凝固模具中，加入按预设比例配比好的镁合金粉末，关闭模具，将模具内部的真空度调整至1000帕至3000帕，将模具中的镁合金粉末均匀加热至300摄氏度至550摄氏度的预热温度，并在此温度下恒温保持20至40分钟，得到处于预热保温状态的镁合金粉末。
5.根据权利要求1所述的固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，所述S4步骤具体为：将所述处于可转移状态的高温镁合金液体导入盛有所述处于预热保温状态的镁合金粉末的凝固模具中，导入过程在1000帕至3000帕的真空环境下持续进行，直至金属液面与模具中的粉末层顶面齐平，得到填充于模具内的初步固液混合物。
6.根据权利要求1所述的固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，所述S5步骤具体为：对所述填充于模具内的初步固液混合物，控制整体温度保持在550摄氏度至600摄氏度的半固态温度区间内，恒温保持30至60分钟，得到组织均匀的镁合金半固态坯料。
7.根据权利要求3所述的固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，所述镁合金粉末由粒径为50至100微米的粉末与粒径为150至250微米的粉末按重量比1:1至1:3的比例混合而成。
8.根据权利要求3所述的固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，对坩埚内部空间进行抽真空具体为抽至真空度1000帕至3000帕的区间。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及
有色金属加工技术领域，尤其涉及一种固液混合镁合金半固态坯料的制备方法。
背景技术
[0002]目前锻造和压铸用镁合金半固态坯料的制作工艺通常涉及到对镁合金材料进行多次预变形、精确的加热保温温度控制、快速冷却等步骤，其工艺通常为：首先对镁合金用锻造或挤压加工等方式在特定的温度下进行预变形处理，用来破碎镁合金晶粒并引入畸变能。按照尺寸要求对预变形后的镁合金进行切块处理，将切块后的镁合金在特定的温度区间内进行等温保温处理，释放晶粒间的畸变能，促进晶界熔化和圆整化，从而形成球形颗粒，保温时间根据所需的固相率要求确定。等温处理后，通过快速冷却方式冷却镁合金坯料，固定其半固态组织，获得具有良好流变性和可塑性的半固态坯料。这种工艺流程复杂，周期长，坯料针对性强，灵活性差，产品成品率低，能源消耗较高，并且结构较复杂的产品无法一次制作，需多次完成。
[0003]因此，急需一种工艺流程简单，周期短，坯料适用性强，灵活性高，产品成品率高，能源消耗较低的镁合金半固态坯料的制备工艺，扩大镁合金半固态坯料应用范围。
发明内容
[0004]本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种固液混合镁合金半固态坯料的制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1，系统准备与校验，检查设备，得到一套功能完备且处于待机状态的制备系统;
[0007]S2，镁合金锭的真空熔炼，将镁合金锭置入坩埚内抽真空并加热，得到处于可转移状态的高温镁合金液体;
[0008]S3，镁合金粉末的配比与真空预热，加工镁合金粉末，得到处于预热保温状态的镁合金粉末;
[0009]S4，固液相的真空混合，将所述处于可转移状态的高温镁合金液体导入盛有所述处于预热保温状态的镁合金粉末的凝固模具中，得到填充于模具内的初步固液混合物;
[0010]S5，半固态均质化保温处理，对所述填充于模具内的初步固液混合物控制整体温度，得到组织均匀的镁合金半固态坯料。
[0011]较佳地，所述S1步骤具体为：启动设备总电源，检查真空系统的气密性，清空坩埚与模具内的残留物，得到一套功能完备且处于待机状态的制备系统。
[0012]较佳地，所述S2步骤具体为：将镁合金锭置入坩埚内，关闭坩埚盖，对坩埚内部空间进行抽真空，开启加热，使坩埚温度以每分钟50至100摄氏度的速率升温至650摄氏度至850摄氏度的目标熔化温度，到达目标温度后，进行保温10至30分钟，得到处于可转移状态的高温镁合金液体。
[0013]较佳地，所述S3步骤具体为：在凝固模具中，加入按预设比例配比好的镁合金粉末，关闭模具，将模具内部的真空度调整至1000帕至3000帕，将模具中的镁合金粉末均匀加热至300摄氏度至550摄氏度的预热温度，并在此温度下恒温保持20至40分钟，得到处于预热保温状态的镁合金粉末。
[0014]较佳地，所述S4步骤具体为：将所述处于可转移状态的高温镁合金液体导入盛有所述处于预热保温状态的镁合金粉末的凝固模具中，导入过程在1000帕至3000帕的真空环境下持续进行，直至金属液面与模具中的粉末层顶面齐平，得到填充于模具内的初步固液混合物。
[0015]较佳地，所述S5步骤具体为：对所述填充于模具内的初步固液混合物，控制整体温度保持在550摄氏度至600摄氏度的半固态温度区间内，恒温保持30至60分钟，得到组织均匀的镁合金半固态坯料。
[0016]较佳地，所述镁合金粉末由粒径为50至100微米的粉末与粒径为150至250微米的粉末按重量比1:1至1:3的比例混合而成。
[0017]较佳地，对坩埚内部空间进行抽真空具体为抽至真空度1000帕至3000帕的区间。
[0018]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
[0019]本发明通过直接将计量的熔融态镁合金液体与经过预设粒度配比和真空预热的固态镁合金粉末进行混合，并在受控的真空与温度条件下进行均质化处理，构建了一种全新的半固态坯料制备路径。此路径绕开了对原材料进行物理预变形的复杂环节，通过调整液态金属与固态粉末的初始混合比例，能够直接且灵活地调控最终坯料的固液相比例，从而满足不同后续成型工艺的功能需求，增强了坯料的适用性与工艺的灵活性。在1000帕至3000帕的真空环境下完成熔炼、混合与均质化全过程，有效杜绝了高温镁合金与空气接触而发生的氧化和吸气现象，提升了坯料的纯净度和内部质量，为获得高性能制件奠定基础。整个工艺流程被简化为熔炼、粉末预热、混合、保温几个核心步骤，缩短了生产周期。由于取消了能耗巨大的预变形工序以及复杂的二次加热保温过程，转而采用更为直接的能量输入方式，使得整体能源消耗大幅降低，同时简化的流程和高度可控的工艺参数也确保了产品批次间的一致性，提高了成品率。
附图说明
[0020]图1为本发明的步骤示意图。
具体实施方式
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]请参阅图1，本发明提供一种技术方案，一种固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，包括以下步骤：
[0023]S1，系统准备与校验，检查设备，得到一套功能完备且处于待机状态的制备系统;
[0024]S2，镁合金锭的真空熔炼，将镁合金锭置入坩埚内抽真空并加热，得到处于可转移状态的高温镁合金液体;
[0025]S3，镁合金粉末的配比与真空预热，加工镁合金粉末，得到处于预热保温状态的镁合金粉末;
[0026]S4，固液相的真空混合，将处于可转移状态的高温镁合金液体导入盛有处于预热保温状态的镁合金粉末的凝固模具中，得到填充于模具内的初步固液混合物;
[0027]S5，半固态均质化保温处理，对填充于模具内的初步固液混合物控制整体温度，得到组织均匀的镁合金半固态坯料。
[0028]本实施例中，S1步骤具体为：启动设备总电源，检查真空系统的气密性，清空坩埚与模具内的残留物，得到一套功能完备且处于待机状态的制备系统。
[0029]本实施例中，S2步骤具体为：将镁合金锭置入坩埚内，关闭坩埚盖，对坩埚内部空间进行抽真空，开启加热，使坩埚温度以每分钟50摄氏度的速率升温至650摄氏度的目标熔化温度，到达目标温度后，进行保温10分钟，得到处于可转移状态的高温镁合金液体。
[0030]本实施例中，S3步骤具体为：在凝固模具中，加入按预设比例配比好的镁合金粉末，关闭模具，将模具内部的真空度调整至1000帕，将模具中的镁合金粉末均匀加热至300摄氏度的预热温度，并在此温度下恒温保持20分钟，得到处于预热保温状态的镁合金粉末。
[0031]本实施例中，S4步骤具体为：将处于可转移状态的高温镁合金液体导入盛有处于预热保温状态的镁合金粉末的凝固模具中，导入过程在1000帕的真空环境下持续进行，直至金属液面与模具中的粉末层顶面齐平，得到填充于模具内的初步固液混合物。
[0032]本实施例中，S5步骤具体为：对填充于模具内的初步固液混合物，控制整体温度保持在550摄氏度的半固态温度区间内，恒温保持30分钟，得到组织均匀的镁合金半固态坯料。
[0033]本实施例中，镁合金粉末由粒径为50微米的粉末与粒径为150微米的粉末按重量比1:1的比例混合而成。
[0034]本实施例中，对坩埚内部空间进行抽真空具体为抽至真空度1000帕。
[0035]请参阅图1，本发明提供一种技术方案，一种固液混合镁合金半固态坯料的制备方法，包括以下步骤：
[0036]S1，系统准备与校验，检查设备，得到一套功能完备且处于待机状态的制备系统;
[0037]S2，镁合金锭的真空熔炼，将镁合金锭置入坩埚内抽真空并加热，得到处于可转移状态的高温镁合金液体;
[0038]S3，镁合金粉末的配比与真空预热，加工镁合金粉末，得到处于预热保温状态的镁合金粉末;
[0039]S4，固液相的真空混合，将处于可转移状态的高温镁合金液体导入盛有处于预热保温状态的镁合金粉末的凝固模具中，得到填充于模具内的初步固液混合物;
[0040]S5，半固态均质化保温处理，对填充于模具内的初步固液混合物控制整体温度，得到组织均匀的镁合金半固态坯料。
[0041]本实施例中，S1步骤具体为：启动设备总电源，检查真空系统的气密性，清空坩埚与模具内的残留物，得到一套功能完备且处于待机状态的制备系统。
[0042]本实施例中，S2步骤具体为：将镁合金锭置入坩埚内，关闭坩埚盖，对坩埚内部空间进行抽真空，开启加热，使坩埚温度以每分钟100摄氏度的速率升温至850摄氏度的目标熔化温度，到达目标温度后，进行保温30分钟，得到处于可转移状态的高温镁合金液体。
[0043]本实施例中，S3步骤具体为：在凝固模具中，加入按预设比例配比好的镁合金粉末，关闭模具，将模具内部的真空度调整至3000帕，将模具中的镁合金粉末均匀加热至550摄氏度的预热温度，并在此温度下恒温保持40分钟，得到处于预热保温状态的镁合金粉末。
[0044]本实施例中，S4步骤具体为：将处于可转移状态的高温镁合金液体导入盛有处于预热保温状态的镁合金粉末的凝固模具中，导入过程在3000帕的真空环境下持续进行，直至金属液面与模具中的粉末层顶面齐平，得到填充于模具内的初步固液混合物。
[0045]本实施例中，S5步骤具体为：对填充于模具内的初步固液混合物，控制整体温度保持在600摄氏度的半固态温度区间内，恒温保持60分钟，得到组织均匀的镁合金半固态坯料。
[0046]本实施例中，镁合金粉末由粒径为100微米的粉末与粒径为250微米的粉末按重量比1:3的比例混合而成。
[0047]本实施例中，对坩埚内部空间进行抽真空具体为抽至真空度3000帕。
[0048]实验方法：
[0049]固相颗粒球状度与平均尺寸测试方法：
[0050]从制备完成的镁合金半固态坯料的不同位置，使用线切割机截取尺寸为10毫米×10毫米×10毫米的金相试样。将试样进行镶嵌、研磨和抛光处理。研磨过程依次使用240目、400目、800目及1200目的
碳化硅水磨砂纸，确保每个步骤都将前一步的划痕完全去除。抛光过程使用含有粒径为3微米和1微米的金刚石抛光膏的抛光布，在抛光机上进行精抛，直至试样表面呈现无划痕的镜面状态。将抛光后的试样用无水乙醇清洗并吹干，随后采用由4.2克苦味酸、10毫升乙酸、10毫升蒸馏水和70毫升乙醇配制而成的腐蚀剂对试样表面进行化学腐蚀，腐蚀时间控制在5至10秒，以清晰显示出初生固相颗粒与共晶组织的边界。将腐蚀好的试样置于具有数字图像采集系统的光学金相显微镜下，在100倍放大倍率下观察，并在每个试样的中心、边缘等至少五个不同视场采集金相组织图像。利用专业的图像分析软件(如Image-Pro Plus)对采集到的图像进行处理，软件自动识别并勾勒出每个初生固相颗粒的轮廓。对于球状度，软件通过计算每个颗粒的面积(A)和周长(P)，依据“4πA/P2”的计算方式得出该颗粒的球状度值，一个理想的圆球状度为1。对于平均尺寸，软件计算出每个颗粒的等效圆直径。最终统计不少于200个固相颗粒的球状度及等效圆直径，计算其算术平均值，分别作为该坯料的固相颗粒球状度和平均尺寸。
[0051]坯料孔隙率测试方法：
[0052]采用阿基米德排水法对坯料的孔隙率进行测定。从半固态坯料的中心部位切取一个质量约为10至20克的样品，用细砂纸打磨去除样品表面的毛刺，并用丙酮在超声波清洗机中清洗5分钟，以去除表面油污，之后在100摄氏度的烘箱中干燥2小时后冷却至室温。使用精确度为0.1毫克的分析天平，称量干燥后样品在空气中的质量，记为m1。准备一个盛有蒸馏水的烧杯，将样品完全浸没在蒸馏水中，并一同放入真空干燥箱中抽真空，维持真空度-0.08兆帕以上持续30分钟，以确保水能充分渗入样品的所有开口孔隙中。取出样品，用吸水纸迅速擦干其表面附着的水分，立即称量其在空气中的质量，记为m2。将悬挂细丝的天平置于测量台上，将浸满水的样品悬挂于细丝上，并完全浸没在盛有蒸馏水的烧杯中，称量样品在水中的悬挂质量，记为m3。坯料的孔隙率P通过以下方式计算：首先计算出开口孔隙的体积，等于(m2-m1)除以水的密度;再计算出样品的表观体积，等于(m2-m3)除以水的密度;孔隙率即为开口孔隙体积与样品表观体积的百分比。为确保数据准确性，对同一坯料的三个不同样品进行重复测量，取其平均值作为最终结果。
[0053]成品率测试方法：
[0054]成品率的测定基于对整个生产批次物料的质量平衡计算。在制备过程开始之前，使用经过校准的工业电子秤，精确称量该批次生产所投入的全部原材料总质量。这包括投入真空电磁感应熔炼坩埚的镁合金锭的总质量(记为M锭)以及加入金属液体、粉末混合凝固模具中的镁合金粉末的总质量(记为M粉末)。将两者相加，得到投入的原材料总质量M总，计算公式为M总=M锭+M粉末。在整个制备流程结束后，将最终形成的、符合质量要求的镁合金半固态坯料从模具中取出，待其冷却至室温后，进行清理，去除可能存在的少量飞边或凝料。使用同一台工业电子秤，称量所有合格的成品坯料的总质量，记为M成品。成品率Y的计算方式为，用成品总质量M成品除以投入的原材料总质量M总，再将结果乘以百分之一百。即成品率Y=(M成品/M总)×100%。该指标直接反映了工艺过程中材料的利用效率和损耗情况。
[0055]单位质量能耗测试方法：
[0056]单位质量能耗的评估通过监测整个生产周期的总电能消耗和产出的合格品质量来实现。在生产线的总进线处以及各个主要耗能设备(包括真空电磁感应熔炼炉、模具预热保温系统、
真空泵组和控制系统)的供电线路上安装高精度的智能电能表。在开始一个完整的生产批次(从S1步骤的设备检查启动开始)之前，记录所有电能表的初始读数。在该生产批次完全结束(S5步骤完成，获得最终坯料，且所有设备恢复至待机状态)之后，再次记录所有电能表的终止读数。将各个设备的终止读数减去其初始读数，再将所有设备的耗电量相加，得到该批次生产的总能耗E总，单位为千瓦时(kWh)。同时，精确称量该批次生产出的所有合格的镁合金半固态坯料的总质量M成品，单位为千克(kg)。单位质量能耗的计算方式为，将总能耗E总除以合格品的总质量M成品。计算结果即为生产单位质量合格坯料所消耗的电能，单位为千瓦时每千克(kWh/kg)。
[0057]对实施例1-2制备出的镁合金半固态坯料进行实验，其中对比例1为现有技术制备的镁合金半固态坯料，实验结果如下：
[0058]表1性能测试数据
[0059]
[0060]
[0061]从表1可以看出，实施例1-2相比于对比例1在坯料微观组织、致密性、材料利用率、能源效率及生产周期方面均展现出优势。这种综合性能的提升，源于本发明中多个创新特征间的协同作用。其一，采用真空环境下液固直接混合替代传统固态预变形加热的工艺路径，本身即是流程的根本性简化，这与全流程真空保护(步骤S2、S3、S4)形成了高效协同。真空环境杜绝了高温镁合金液体与高比表面积粉末的氧化，从源头上保证了材料纯净度，直接促成了孔隙率的降低和成品率的提高。其二，预设不同粒度镁合金粉末的混合比例(步骤S3)与最终半固态均质化保温处理(步骤S5)之间存在配合。采用大小颗粒搭配的粉末可以形成更致密的堆积结构，这使得后续导入的液相能更均匀地渗透和包覆，在均质化保温阶段，这种优化的初始结构促进了热量和质量的快速传递，使得固相颗粒可以在更短时间内、在更低的能量驱动下完成熔解消融和球化，从而获得更为细小、球状度更高的均匀微观组织，这对于后续成型工艺的流变性至关重要。因此，正是这种从原料形态、混合方式到环境控制的全方位创新设计及其内在的协同效应，共同实现了制备工艺的流程简化、周期缩短、能耗降低与产品质量提升的效果。
[0062]以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
说明书附图(1)
声明：
“固液混合镁合金半固态坯料的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：山西垚盛鑫科技有限公司
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