技术详细介绍
项目简介：
半固态加工成形技术是一种新的金属成形方法，该方法结合了液态成形和固态成形的长处，即加工温度比液态低、变形抗力比固态小，非常适合铝合金和镁合金的成形，被称为21世纪最有前途的材料成形加工方法。半固态成形工艺分为流变成形和触变成形，流变成形是指在得到半固态流变浆料后，直接进行成形加工，工艺流程短，能够显著提高企业的产能，目前已成为国内外研究和应用的热点。
半固态流变成形技术的核心是制备出具有细小等轴状初生固相的半固态浆料，基于此，本项目针对铝合金和镁合金的不同特点，分别开发了滚筒搅拌和气体搅拌两种半固态流变制浆技术。其中，滚筒搅拌法的特点是制备的半固态浆料初生固相细小、组织均匀，并且制浆效率高，可实现连续大批量半固态浆料制备，同时设备简单，易于工业化生产。气体搅拌法不但具有制备浆料质量好、效率高、设备简单等特点，还兼具合金熔体除气除渣的功能，与普通机械搅拌相比，气体搅拌强度较低，既适用于铝合金制浆，同时非常适合易氧化燃烧的镁合金半固态浆料制备。
本项目针对以上两种制浆方法展开系统的研究，得到了优化的流变制浆工艺参数，并成功制备出优质的铝合金、镁合金半固态浆料，研究成果具有极大的工业应用价值。
创新性、先进性：
近年来，国外很多企业已将半固态流变成形技术应用于制造电子、汽车等行业的高性能零部件，相比之下，国内半固态流变成形的发展速度还十分缓慢，其中很重要的原因就是制备的半固态流变浆料质量不稳定、制浆效率低。
本项目的两种制浆技术可在高效制浆的同时，保证浆料质量，其主要创新性和先进性如下：
（1） 本项目中自行设计的滚筒搅拌设备，具有转速可调、倾角可调以及温度可控等特点，通过调整浇注温度、搅拌强度和冷却速度，可以获得含有细小等轴状初生固相的质量稳定的半固态浆料，同时，滚筒搅拌法生产效率高，可实现连续制浆。
（2） 本项目首次应用气体搅拌法制备镁合金半固态流变浆料，与普通机械搅拌相比，气体搅拌强度低，不易使镁合金熔体产生氧化燃烧，还兼有除气除渣作用，该方法具有很强的工业应用前景，推动了镁合金流变制浆新技术的发展。
（3） 本项目通过研究以上两种方法工艺条件和半固态浆料组织结构之间的关系，建立了工艺参数与半固态浆料质量的数学模型，可以根据不同成形工艺需要（流变压铸、流变挤压铸造等），实时调整半固态浆料组织结构参数（包括固相率、固相颗粒尺寸等），以保证流变成形零件性能。
应用范围：
滚筒搅拌半固态流变制浆技术主要应用于各类铝合金半固态浆料的制备。
气体搅拌半固态流变制浆技术应用范围包括各类镁合金、铝合金半固态浆料的制备。
经济与社会效益：
半固态成形结合了凝固加工和塑性加工的长处，即成形温度比液态低、变形抗力比固态小，可一次大变形量加工成形形状复杂且精度和性能要求较高的零件。该技术易于近终（净）成形，可以提高材料利用率、节约能源。同时，半固态成形还具有细化合金晶粒，减少宏观偏析，防止内部缺陷，减少气孔、缩孔，提高组织致密性，提高零件质量和模具寿命等优点，被认为是21世纪最具有发展前景的精密成形技术之一。半固态成形的应用，能够极大推动我国铝合金、镁合金成形技术的发展。
流变浆料的制备是半固态流变成形的关键步骤，浆料质量的高低决定了成形零件性能的好坏，因此，流变制浆技术的发展对半固态流变成形至关重要。本项目开发的滚筒搅拌和气体搅拌流变制浆技术，适于生产各类铝合金、镁合金半固态浆料，制备的浆料质量稳定，组织细小、均匀，生产效率高，具有极大的工业应用前景和经济价值。
项目进展现状：
（1） 自行设计制造了滚筒搅拌设备（如下图1所示）和气体搅拌设备（如下图2所示）。
（2） 应用滚筒搅拌方法制备了ADC12铝合金半固态流变浆料，研究了不同浇注温度、搅拌强度、保温时间等对ADC12合金初生固相的影响规律，包括初生相尺寸、形貌和分布状态等，并得到了优化的ADC12合金流变制浆参数，制备的浆料组织如图3所示。
（3） 应用气体搅拌方法制备了AZ91D镁合金半固态流变浆料，研究了气流大小、冷却强度、搅拌起止温度等参数对AZ91D镁合金半固态流变浆料组织结构的影响，同时得到优化的流变制浆工艺，制备的浆料组织如图4所示。
（4） 分别对以上两种方法制备的半固态流变浆料进行流变压铸和流变挤压铸造，研究了浆料组织结构对流变成形产品性能的影响规律，进一步优化了两种制浆工艺。
（5） 应用滚筒搅拌方法制备的ADC12铝合金浆料进行了工业试生产，结果发现，得到的半固态流变压铸成形零件的成品率和性能指标远高于传统压铸零件。
自主产权情况：
申请了三项专利
项目相关照片：
图1 滚筒搅拌设备及示意图
图2 气体搅拌制备镁合金半固态浆料装置原理图
图3 滚筒搅拌制备的ADC12合金半固态浆料组织
图4 气体搅拌制备的AZ91合金半固态浆料组织
项目合作要求：
希望与从事镁合金、铝合金加工领域有实力的企业以产品研发、技术支持或技术转让方式合作。