CN101637815B - 一种高温熔炼金属用炭/炭螺杆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温熔炼金属用炭/炭螺杆的制备方法，该方法采用预氧毡整体结构预制体或针刺无纬布准三向结构预制体或穿刺立体织物结构预制体；通过化学气相渗透工艺、树脂浸渍炭化工艺和热等静压沥青浸渍炭化工艺相结合致密预制体；预制体体积密度≥1.80g/cm3时，致密工艺结束，然后对预制体进行机械加工，即可制得炭/炭螺杆。本发明采用化学气相渗透、树脂浸渍炭化和热等静压沥青浸渍炭化工艺相结合的方法制成炭/炭螺杆材料，在用于压铸铝熔炼炉螺杆方面，可有效提高螺杆的强度和耐腐蚀能力，延长螺杆的使用寿命并降低螺杆的更换率。

Description

一种高温熔炼金属用炭/炭螺杆的制备方法
技术领域
本发明属于压铸铝材料技术领域，具体涉及一种高温熔炼金属用炭/炭螺杆的制备方法。
背景技术
压铸工业作为一个新兴产业，取得了巨大发展。随着技术水平和产品开发能力的提高，压铸产品种类和应用领域不断扩宽，其压铸设备、压铸模和压铸工艺都发生了巨大的变化。目前，铝合金压铸工艺已成为汽车用铝合金成形工艺中应用最广泛的工艺之一，在各种汽车成型工艺方法中占49％。压铸铝合金力学性能的提高往往伴随着铸造工艺性能的降低，虽然充氧压铸、真空压铸等是提高合金力学性能的有效途径，但广泛采用仍有一定难度，所以新型压铸铝合金的开发研制一直在进行。其中半固态压铸技术和挤压压铸技术是应用前景较为广泛的两项压铸技术。
半固态压铸是在液态金属凝固时进行搅拌，在一定的冷却速度下获得约50％甚至更高固相组分的浆料，然后用浆料进行压铸的技术。半固态压铸技术目前有两种成形工艺：流变成形工艺和触变成形工艺。半固态压铸成形工艺的关键是有效制取半固态合金浆料、精确控制固液组分的比例及半固态成形过程自动化控制的研究开发。挤压压铸又称“液态金属模压”。其铸件致密性好，力学性能高，且无浇冒口。我国的一些企业已将其应用于实际生产中。挤压压铸技术具有极好的工艺优势，它能替代传统压铸、挤压铸造、低压铸造、真空压铸工艺，以及对差压铸造、连铸连锻、半固态加工的流变铸造工艺进行兼容。无论是半固态压铸或挤压压铸，螺杆均是压铸设备中的重要部件，并决定着最终成品的质量。
炭/炭复合材料具有重量轻，损伤容限高，耐腐蚀性好，使用寿命长，抗热冲击性能好，是目前唯一能耐2000℃以上的工程材料。利用炭/炭复合材料制备压铸设备用螺杆，可以有效提高螺杆的强度和耐腐蚀能力，延长螺杆的使用寿命并降低螺杆的更换率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种工艺简单、致密效果良好、材料使用性能优异的的高温熔炼金属用炭/炭螺杆的制备方法。该方法可以有效提高螺杆的强度和耐腐蚀能力，延长螺杆的使用寿命并降低螺杆的更换率。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高温熔炼金属用炭/炭螺杆的制备方法，其特征在于，制备过程为：
(1)采用预氧毡整体结构预制体或6K炭纤维针刺无纬布准三向结构预制体或6K炭纤维穿刺立体织物三向结构预制体，所述预制体体积密度为0.2～0.7g/cm3，其中，K代表丝束千根数；
(2)化学气相沉积致密工艺：在化学气相沉积炉中通入丙烯或天然气，对步骤(1)中的预制体进行气相沉积致密处理，所述化学气相沉积的温度为940-1060℃，丙烯或天然气的流量为1.0～5.0m3/h；
(3)糠酮树脂浸渍炭化致密工艺：在压力为1.5～3.0Mpa条件下，在浸渍罐中对步骤(2)中经化学气相沉积致密处理后的预制体进行糠酮树脂浸渍，出罐后进行固化处理，然后转炭化炉进行炭化处理，所述固化处理温度为150-220℃，炭化处理温度为800-1000℃；
(4)热等静压沥青浸渍炭化致密工艺：在压力为50～100MPa条件下，对步骤(3)中经糠酮树脂浸渍炭化致密处理后的预制体进行热等静压沥青浸渍炭化处理，所述炭化处理温度为650-750℃；
(5)高温处理工艺：在真空或者保护气氛下，在中频感应石墨化炉中对步骤(4)中经热等静压浸渍炭化处理后的预制体进行高温处理，所述高温处理温度为1800℃-2200℃；
(6)重复步骤(4)和(5)，当预制体体积密度≥1.80g/cm3时致密工艺结束；
(7)机械加工后即制得高温熔炼金属用炭/炭螺杆。
上述步骤(1)中所述6K炭纤维针刺无纬布准三向结构预制体或预氧毡整体结构预制体，采用针刺技术在无纬布或预氧毡垂直方向引入增强纤维，防止制造过程中的分层和开裂，所述预制体体积密度为0.2～0.5g/cm3；上述步骤(1)中所述6K炭纤维穿刺立体织物三向结构预制体，采用穿刺技术在炭纤维纵向方向引入增强纤维，防止制造过程中的分层和开裂，所述预制体体积密度为0.2～0.7g/cm3。
上述步骤(7)中所述炭/炭螺杆的直径为30～70mm，长度为400～700mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)采用6K炭纤维针刺准三向结构预制体或6K炭纤维穿刺三向结构预制体，可增强螺杆的的强度和承受压铸铝熔炼炉内反复高温热震考验。
(2)采用化学气相沉积和糠酮树脂浸渍炭化与热等静压沥青浸渍炭化相结合致密工艺，致密效果良好，制品密度高，可有效提高高温熔炼金属用炭/炭螺杆的强度、工艺一致性好，可实施性强，成本低。
(3)用该工艺技术制得的高温熔炼金属用炭/炭螺杆具有重量轻，体积小，使用寿命高，将本发明制备的螺杆用于压铸铝熔炼炉，可以大幅度延长产品使用寿命，减少更换部件的次数，从而提高设备的利用率，减少维修成本。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明制备的高温熔炼金属用炭/炭螺杆的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
(1)采用6K炭纤维穿刺三向结构预制体，预制体体积密度在0.7g/cm3，其中，K代表丝束千根数；
(2)化学气相沉积致密工艺：在化学气相沉积炉中通入丙烯，对步骤(1)中的预制体进行气相沉积致密处理，化学气相沉积温度为1060℃，丙烯流量为5.0m3/h；
(3)糠酮树脂浸渍炭化致密工艺，在压力为1.5MPa下在浸渍罐中对步骤(2)中经化学气相沉积致密处理后的预制体进行糠酮树脂浸渍，出罐后进行固化处理，然后转炭化炉进行炭化处理，炭化处理温度为900℃，所述固化处理温度为150℃；
(4)热等静压沥青浸渍炭化致密工艺：在高温750℃、压力为100Mpa条件下，对步骤(3)中经糠酮树脂浸渍炭化致密处理后的预制体进行热等静压沥青浸渍炭化处理；
(5)高温处理工艺：在Ar气保护气氛下，在中频感应石墨化炉中对步骤(4)中经热等静压浸渍炭化处理后的预制体进行2200℃高温处理；
(6)重复步骤(4)和(5)，当预制体体积密度≥1.80g/cm3时致密工艺结束；
(7)机械加工后即可制得长700mm，直径为70mm的高温熔炼金属用炭/炭螺杆。
实施例2
(1)采用6K炭纤维针刺准三向结构预制体，预制体体积密度在0.5g/cm3，其中，K代表丝束千根数；
(2)化学气相沉积致密工艺，在化学气相沉积炉中通入丙烯气，对步骤(1)中的预制体进行气相沉积致密处理，化学气相沉积温度为1000℃，丙烯流量为3.5m3/h；
(3)糠酮树脂浸渍炭化致密工艺，在压力为2.5MPa下在浸渍罐中对步骤(2)中经化学气相沉积致密处理后的预制体进行糠酮树脂浸渍，出罐后进行固化处理，然后转炭化炉进行炭化处理，炭化处理温度为900℃；所述固化处理温度为200℃；
(4)热等静压沥青浸渍炭化致密工艺：在高温700℃、压力为85MPa条件下，对步骤(3)中经糠酮树脂浸渍炭化致密处理后的预制体进行热等静压沥青浸渍炭化处理；
(5)高温处理工艺：在Ar气保护气氛下，在中频感应石墨化炉中对步骤(4)中经热等静压浸渍炭化处理后的预制体进行2000℃高温处理；
(6)重复步骤(4)和(5)，当预制体体积密度≥1.80g/cm3时致密工艺结束；
(7)机械加工后即可制得长600mm，直径为60mm的高温熔炼金属用炭/炭螺杆。
实施例3
(1)采用预氧毡整体结构预制体，预制体体积密度在0.20g/cm3，其中，K代表丝束千根数；
(2)化学气相沉积致密工艺，在化学气相沉积炉中通入天然气，对步骤(1)中的预制体进行气相沉积致密处理，化学气相沉积温度为940℃，天然气流量为5.0m3/h；
(3)糠酮树脂浸渍炭化致密工艺，在压力为3.0MPa下在浸渍罐中对步骤(2)中经化学气相沉积致密处理后的预制体进行糠酮树脂浸渍，出罐后进行固化处理，然后转炭化炉进行炭化处理，炭化处理温度为800℃；所述固化处理温度为220℃；
(4)热等静压沥青浸渍炭化致密工艺：在高温750℃、压力为100MPa条件下，对步骤(3)中经糠酮树脂浸渍炭化致密处理后的预制体进行热等静压沥青浸渍炭化处理；
(5)高温处理工艺：在真空条件下，在中频感应石墨化炉中对步骤(4)中经热等静压浸渍炭化处理后的预制体进行2200℃高温处理；
(6)重复步骤(4)和(5)，当预制体体积密度≥1.80g/cm3时致密工艺结束；
(7)机械加工后即制得长度为700mm，直径为70mm的高温熔炼金属用炭/炭螺杆。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高温熔炼金属用炭/炭螺杆的制备方法，其特征在于，制备过程为：
(1)采用预氧毡整体结构预制体或6K炭纤维针刺无纬布准三向结构预制体或6K炭纤维穿刺立体织物三向结构预制体，其中，K代表丝束千根数；采用6K炭纤维针刺无纬布准三向结构预制体或预氧毡整体结构预制体时，采用针刺技术在无纬布或预氧毡垂直方向引入增强纤维，防止制造过程中的分层和开裂，所述预制体体积密度为0.2～0.5g/cm3；采用6K炭纤维穿刺立体织物三向结构预制体时，采用穿刺技术在炭纤维纵向方向引入增强纤维，防止制造过程中的分层和开裂，所述预制体体积密度为0.2～0.7g/cm3；
(2)化学气相沉积致密工艺：在化学气相沉积炉中通入丙烯或天然气，对步骤(1)中的预制体进行气相沉积致密处理，所述化学气相沉积的温度为940-1060℃，丙烯或天然气的流量为1.0～5.0m3/h；
(3)糠酮树脂浸渍炭化致密工艺：在压力为1.5～3.0Mpa条件下，在浸渍罐中对步骤(2)中经化学气相沉积致密处理后的预制体进行糠酮树脂浸渍，出罐后进行固化处理，然后转炭化炉进行炭化处理，所述固化处理温度为150-220℃，炭化处理温度为800-1000℃；
(4)热等静压沥青浸渍炭化致密工艺：在压力为50～100MPa条件下，对步骤(3)中经糠酮树脂浸渍炭化致密处理后的预制体进行热等静压沥青浸渍炭化处理，所述炭化处理温度为650-750℃；
(5)高温处理工艺：在真空或者保护气氛下，在中频感应石墨化炉中对步骤(4)中经热等静压浸渍炭化处理后的预制体进行高温处理，所述高温处理温度为1800℃-2200℃；
(6)重复步骤(4)和(5)，当预制体体积密度≥1.80g/cm3时致密工艺结束；
(7)机械加工后即制得高温熔炼金属用炭/炭螺杆。
2.按照权利要求1所述的一种高温熔炼金属用炭/炭螺杆的制备方法，其特征在于，步骤(7)中所述炭/炭螺杆的直径为30～70mm，长度为400～700mm。
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