CN101410205B - 铝压铸用熔液供给管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝压铸用熔液供给管，熔液供给管主体由陶瓷制的内侧管(10)、和在内周面具有Ni合金层(13)且在该Ni合金层(13)的表面附着有TiC粒子(14)的钢材制外侧管(12)构成，在熔液供给管主体的两端部形成有槽(18)，该槽(18)形成与陶瓷制内侧管(10)的外周面和钢材制外侧管(12)的内周面的交界部(19)重叠的圆环状的空间，由无机材料构成且具有加热膨胀的性质的纤维质片(16)在整周上插装在圆环状的槽(18)中。由此，通过陶瓷管和钢材管的组合使得耐得住机械冲击，而且不受因钢材和陶瓷的材质不同引起的热膨胀差的影响，能够防止铝熔液的侵入。

Description

铝压铸用熔液供给管

技术领域

本发明涉及从熔解炉向压铸机输送铝熔液的铝压铸用熔液供给管。

背景技术

以往，在压铸机中，作为对柱塞套供给铝熔液的方式，广泛地使用浇铸方式。在该浇铸方式中，利用铸桶从熔解炉汲取熔液并供给到柱塞套。

近年来，代替浇铸方式，利用熔液供给管将熔解炉和柱塞套直接相连并通过该熔液供给管向柱塞套供给熔液的技术受到关注。该熔液供给管方式与以往的浇铸方式相比，将Al的氧化包膜和断裂凝固片向熔液的混入抑制到极少，所以具有能够铸造更高质量的压铸产品的优点。

至此，连接熔解炉和柱塞套的熔液供给管使用在陶瓷制的管上卷装加热器的结构。由于陶瓷是不易熔损的材料，所以熔液供给管的材料使用陶瓷。

另一方面，陶瓷虽然对熔液耐受力强，但是相反地对冲击耐受力弱，有时会因为运转中的振动或维护时的处理失误而破损。另外，由于陶瓷具有容易破裂的性质，所以不能对熔液供给管的连接部施加足够的载荷进行紧固，所以也有时熔液会从连接部泄漏。

另外，本申请人提出了以下铝熔液接触部件：作为提高相对于铝熔液的耐熔损性的部件，在钢材制的基材表面上形成Ni合金层，并在该Ni合金层的表面上以粒子的状态接合TiC(日本特开2005-264306号公报)。

至此，为了应对陶瓷制的熔液供给管容易破裂的缺点，研究具有在陶瓷质或石墨制的管外侧嵌合钢材管的结构的熔液供给管。但是，由于钢、陶瓷和石墨各自的热膨胀系数有较大不同，所以由于热膨胀的不同会在内外管之间产生较大的间隙。由于铝熔液简单地就会侵入该间隙中，所以存在钢材管短时间熔损而开孔的缺点。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题，提供一种铝压铸用熔液供给管，通过陶瓷管和钢材管的组合而对机械冲击耐受力强，而且不受钢材与陶瓷的材质不同引起的热膨胀差影响，能够防止铝熔液的侵入，并且对铝熔液的耐熔损性也优异，能够显著地延长寿命。

为了达到上述目的，本发明的铝压铸用熔液供给管，将压铸机的柱塞套与熔解炉连结，其特征在于，熔液供给管主体由陶瓷制的内侧管、和在内周面具有Ni合金层且在该Ni合金层的表面附着有TiC粒子的钢材制外侧管构成，在上述熔液供给管主体的两端部形成有槽，该槽形成与陶瓷制内侧管的外周面和钢材制外侧管的内周面的交界部重叠的圆环状的空间，由无机材料构成的纤维质片插装在上述圆环状的槽中。

上述纤维质片具有在其厚度方向上加热膨胀的性质，该纤维质片以其膨胀的方向成为熔液供给管的半径方向的方式在整周上插装在上述圆环状的槽中。

根据本发明的优选实施方式，上述纤维质片由以耐热性无机纤维为主体混合了有机质粘合剂抄浆而成的片构成，上述纤维质片使用预先裁剪为与上述圆环状的槽的深度对应的宽度的细长带状的片。

根据本发明，利用钢材制的外侧管，能够保护陶瓷质的内侧管不受机械冲击，并且在熔液供给管端部的连接部施加足够的紧固载荷，能够防止熔液泄漏。当通过铝熔液加热使外侧管向半径方向膨胀时，纤维质片也向同一方向跟随着膨胀，所以能够利用纤维质片防止铝熔液的侵入。进而，万一纤维质片不发挥作用，由于在外侧管的内周面致密地散布有TiC粒子，所以耐熔损性显著提高，能够耐得住机械冲击，并实现对铝熔液的耐熔损性，从而格外地延长寿命。

附图说明

图1是表示本发明的铝压铸用熔液供给管的一个实施方式的横剖面图。

图2是该铝压铸用熔液供给管的纵剖面图。

图3是放大表示图2中的A部的图。

图4是示意表示TiC粒子的附着状态的图。

图5是示意表示在TiC粒子之间附着有陶瓷粉末的例子的图。

图6是表示熔液供给管的端部的槽与内侧管和外侧管的交界部的位置关系的类型的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的铝压铸用熔液供给管的一个实施方式。

图1是表示本实施方式的铝压铸用熔液供给管的结构的横剖面图，图2是该熔液供给管的纵剖面的图。在这些图1和图2中，参考编号10表示陶瓷制的内侧管，参考编号12表示钢材制的外侧管。通过外侧管12与内侧管12嵌合，成为两者为一体结构的熔液供给管。

内侧管10的材料选择对铝熔液的耐熔损性优异的陶瓷，因此内侧管10能够长时间地经受熔损。优选的是，这样的陶瓷材料例如使用包含Al2O3、SiC、Si3N4、MgO、Al2TiO5、ZrO2、硅铝氧氮聚合材料中的至少一种以上的陶瓷材料。

图3是放大表示图2中的A部的图。钢材制的外侧管12的内周面全部被Ni合金层13包覆，该Ni合金层13的整个表面由无数的碳化钛(TiC)的粒子14覆盖。该TiC粒子14以粒子的状态附着并且一部分从Ni合金层13的表面突出。

这样的TiC粒子14可以如下述那样附着在钢材制的外侧管12的内周面上。

首先，在外侧管12的内周面上通过喷镀或烧结预先形成Ni合金层13。然后准备放入容器中的TiC粉末，以外侧管12的整体埋入TiC粉末中的方式预先放置。

接着对每个容器将外侧管12放入加热真空炉中，在加热真空炉内真空加热至从Ni合金发生液相的温度，并使TiC粒子14与Ni合金层13的表面接合。通过加热，如图3所示，通过从Ni合金产生的液相使得TiC粒子14以从Ni合金层13的表面突出的状态接合。在该情况下，通过熔出的Ni合金来覆盖TiC粒子14整体并不是优选的。为了使TiC粒子14以不完全被Ni合金覆盖、而是TiC粒子14的一部分从Ni合金层13露出到表面的状态牢固地接合，优选的是，TiC粉末中的粒子的平均粒径在10～500μm的范围内。

通过从Ni合金发生的液相，使得TiC粒子14以高强度与Ni合金层13接合，进而Ni合金与TiC粒子14的润湿性也良好，所以能够使多个TiC粒子14紧密地接合。此外，虽然在图4中示意地表现了TiC粒子14一个个地平面地并列的情况，但是不限于此，实际上有时TiC粒子14也多层重叠。

当TiC粒子直径小于10μm时，难以进行真空加热中的温度管理使得TiC粒子14不被Ni合金13的液相全部覆盖。如果TiC粒子14被Ni合金的液相全部覆盖，则不能发挥TiC的优异的耐熔损性。

另一方面，当TiC粒子直径大于500μm时，Ni合金的液相由于仅遍及粒子的下部，所以与粒子的接触面积不够，接合强度弱，粒子会简单地脱落。

优选的是，如图5所示，在TiC粒子之间的间隙中填充包含氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)中的至少一种以上的陶瓷微粒子15。

这样的陶瓷微粒子15可以做成与粘合剂的混合浆，涂敷在TiC粒子14上并进行烧附，能够改善与TiC粒子14接合的Ni合金层13的质地的耐熔损性。

接下来在陶瓷制的内侧管10的两端部沿周向形成用于使纤维质片16插装的槽18。如图2所示，在外侧管12与陶瓷制的内侧管10嵌合的状态下，内侧管10的端面与外侧管12的端面对齐，槽18形成在端面开口的圆环状的空间。

如图2所示，内侧管10和外侧管12的交界部19、与位于内侧管10的端面的槽18同心圆状地重叠。另外，纤维质片16夹入槽18中。

槽18和交界部19的关系分为对内侧管10的端面的外周侧部分进行切除从而形成槽18的情况(图6(a))、通过对外侧管12的端面的内周侧部分进行切除来形成槽18的情况(图6(b))、和对内侧管10以及外侧管12的各自的端面的一部分进行切除从而形成槽18的情况(图6(c))。图6(a)和图6(b)是槽18和交界部19以同心圆接触而重叠的情况，图6(c)是槽18和交界部19以同心圆在槽宽的范围内重叠的情况。这样，槽和交界部19同心圆状地重叠的关系有图6(a)至图6(c)的类型，任一种情况都可以。

在该实施方式中，纤维质片16是由具有一加热就膨胀的性质的无机材料的纤维构成的片部件。具体来说，例如是以玻璃纤维等耐热性无机质纤维为主体混合了有机质粘合剂抄浆而成的片。

如图2所示，纤维质片16使用裁剪为具有与槽18的深度对应的宽度的细长带状的片。在该情况下，纤维质片16热膨胀的方向是片的厚度方向。另外，如图1所示地将纤维质片16在整周侵入并插装在槽18中。当以这样的朝向插装纤维质片16时，热膨胀的方向与熔液供给管的半径方向一致。

根据如上构成的铝压铸用熔液供给管，得到以下的作用效果。

第1，在本实施方式的熔液供给管中，由于通过组合陶瓷质的内侧管10和钢材制的外侧管12来构成熔液供给管的主体，所以能够利用钢材制的外侧管12来保护陶瓷质的内侧管10不受来自外部的机械冲击。而且，由于外侧管12由钢材构成，所以在连接熔液供给管时，在两端部的连接部施加足够的紧固载荷，因此能够防止熔液泄漏。

第2，根据本实施方式，由于是在陶瓷质的内侧管10和钢材制的外侧管12的两端插装纤维质片16的结构，所以能够防止铝熔液侵入到交界部19。即，当熔液供给管通过铝熔液被加热时，陶瓷质的内侧管10和钢材制的外侧管12会产生热膨胀系数的不同，所以外侧管12更大程度地膨胀。该热膨胀有向长度方向的膨胀和向半径方向的膨胀。当外侧管12向半径方向膨胀时，纤维质片16也向同一方向跟随着膨胀，所以能够不出现间隙地封闭。因此，通过由耐热性高的无机材料构成的纤维质片16，能够防止铝熔液从热膨胀导致的间隙侵入到内侧管10的外周面与外侧管12的内周面的交界部19中。

根据本实施方式的熔液供给管，利用纤维质片16基本上充分地防止了铝熔液的侵入，该熔液供给管也为万一纤维质片16被熔液侵入并侵入到交界部19的情况作了准备。即，在外侧管12与内侧管10的交界部19，利用发挥防熔液性的TiC粒子14，防止铝熔液与构成外侧管12的主体的母材直接接触，提高了耐熔损性。

而且，由于TiC粒子14的一部分从Ni合金层13的表面突出，所以与铝熔液的接触角变大，从而能够进一步提高排斥铝熔液的性质。

另外，在TiC以粒子的状态与Ni合金层13接合并致密地散布的结构中，即使在外侧管12由于热而膨胀、收缩时，由于在TiC粒子14上没有施加大的热应力，所以不会剥离，能够长时间地维持耐熔损性。这样，即使纤维质片16熔损并且熔液侵入时，由于充分地采取耐熔损对策，所以能够防止因熔损导致的熔液泄漏。

此外，由于与TiC粒子14接合的Ni合金层13的质地本身的耐铝熔损性不充分，所以如图5所示，通过附着陶瓷微粒子15能够改善耐熔损性。进而，由于这些微粒子附着在TiC粒子14之间的间隙中，所以即使与铝熔液接触，也不易除去陶瓷微粒子15。此外，陶瓷微粒子15也可以附着在TiC粒子14的突出部分的表面上。

实施例

将如上所述制作的熔液供给管安装在实际的压铸机上，反复从熔解炉通过熔液供给管对机器的柱塞套供给铝熔液的铸造循环来进行疲劳试验。这时的试验条件为：熔液是AC4CH，熔液温度是720℃，熔液供给管加热器温度是720℃。此外，在疲劳试验中，作为比较例1，制作陶瓷质的熔液供给管(组成：70％SiC-30％Si3N4)，作为比较例2，制作在石墨制的管外侧热套以S45C为材质的钢材制的管的熔液供给管。然后将这些比较例1、2也分别搭载在机器上，在同等条件下进行疲劳试验。

试验的结果为，在比较例1中，大约40000次射击后，熔液供给管接合部破损，熔液漏出，在比较例2中，大约8000次射击后，熔液供给管接合部熔损，熔液漏出。在比较例2的情况下，比较短时间发生熔损是因为石墨制的管和钢材制的管的热膨胀系数有较大不同，熔液侵入两者的间隙中，致使钢材制的管熔损。与此相对，在实施例的熔液供给管的情况下，即使超过200000次射击，也没有观察到熔损等不良情况，仍然可以继续进行。

Claims (8)

1.一种铝压铸用熔液供给管，将压铸机的柱塞套与熔解炉连结，其特征在于，

熔液供给管主体包括陶瓷制的内侧管、和在内周面具有Ni合金层且在该Ni合金层的表面附着有TiC粒子的钢材制外侧管，在上述熔液供给管主体的两端部形成有槽，该槽形成与陶瓷制内侧管的外周面和钢材制外侧管的内周面的交界部重叠的圆环状的空间，由无机材料构成的纤维质片插装在上述圆环状的槽中。

2.如权利要求1所述的铝压铸用熔液供给管，其特征在于，上述纤维质片具有在厚度方向上加热膨胀的性质，该纤维质片以其膨胀的方向与上述熔液供给管的半径方向一致的方式在整周上插装在上述圆环状的槽中。

3.如权利要求1所述的铝压铸用熔液供给管，其特征在于，上述纤维质片由以耐热性无机质纤维为主体混合了有机质粘合剂抄浆而成的片构成。

4.如权利要求3所述的铝压铸用熔液供给管，其特征在于，上述纤维质片具有预先裁剪为与上述圆环状的槽的深度对应的宽度的细长的带状。

5.如权利要求1所述的铝压铸用熔液供给管，其特征在于，上述陶瓷制的内侧管由包含SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、MgO、Al₂TiO₅、ZrO₂、硅铝氧氮聚合材料中的至少一种的陶瓷材料构成。

6.如权利要求1所述的铝压铸用熔液供给管，其特征在于，在上述外侧管和内侧管的双方或一方上加工槽，并且使槽与上述外侧管的内周面和内侧管的外周面的交界部呈同心圆地在槽宽的范围内重叠或接触。

7.如权利要求1所述的铝压铸用熔液供给管，其特征在于，上述TiC粒子的平均粒径是10μm～500μm，并且粒子不被Ni合金完全覆盖而是粒子的一部分从Ni合金层的表面突出的状态。

8.如权利要求1或4所述的铝压铸用熔液供给管，其特征在于，使包含氮化硼(BN)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氮化硅(Si₃N₄)中的至少一种的粉末附着在上述TiC粒子彼此的间隙中。 

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