CN102534451A - 一种铝合金包覆铸铁缸套复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金包覆铸铁缸套复合材料及其制备工艺，先将HT250铸铁缸套在稀土Ce、Pr和ZL101铝合金的熔融液中热浸镀，在700～800℃热浸镀时间5-10分钟，将HT250铸铁缸套取出固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZL101铝合金和稀土元素Ce、稀土元素Pr熔融液浇筑，完成整个浇铸过程。本发明通过合理的表面预处理工艺及添加稀土元素降低两种金属的表面张力，提高润湿性，用铸造方法实现了ZL101铝合金与HT250铸铁两种金属的冶金结合，拥有98％以上的冶金结合面，方法成本低廉，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金包覆铸铁缸套复合材料及其制备工艺，属于金属复合材料制备技术领域。
背景技术
双金属复合材料作为近十年来出现的一种非常具有潜力的材料已经引起了人们的广泛关注，近年来国内外许多专家学者都开始相关研究，如双金属复合破碎锤头在矿山机械中已有应用[LI Pengzhi，XING Shuming.Progress in research onbimetal compound casting technologyfor crusher head[J].Metal Mine，2008(5)J 96-99]，MEHMET
LEVENT C等人研究了合金钢与不锈钢的双金属壳型铸造[MEHMET
LEVENT C，KUMRUOG L，et al.An investigationinto stainless-steel/structural-alloy-steel bimetal produced by shell mould casting[J].Materials andDesign，2009，30J 264-270]。但是具有广阔应用前景的铝合金与铸铁复合材料，由于铝合金和铸铁的物理性能差别巨大，难以形成有效结合，限制了该型复合材料的应用。而连续挤压包覆等工艺，由于成本高，生产难度大，也制约了铝合金包覆铸铁缸套复合材料的生产和应用。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种铝合金包覆铸铁缸套复合材料及其制备工艺，工艺简单，成本低廉。
本发明采取的技术方案为：
一种铝合金包覆铸铁缸套复合材料的制备工艺，包括步骤如下：
(1)将3-6mm厚的HT250铸铁缸套经酸洗进行表面脱脂除锈处理，然后将其置于无水酒精中以保护表面不被氧化污染；
(2)按质量比99.2％-99.7％∶0.2％-0.5％∶0.1％-0.3％称取ZL101铝合金和表面打磨平整光滑的稀土元素Ce、稀土元素Pr，将稀土元素Ce、稀土元素Pr和ZL101铝合金一起放置到坩埚中，置于中频感应加热炉中进行加热搅拌熔炼，在800～900℃温度范围内加热搅拌熔炼5-10分钟；
(3)停止加热，将HT250铸铁缸套置于ZL101铝合金、稀土Ce、稀土Pr的合金熔体中，保证铸铁缸套能充分在铝合金熔体中浸镀而不接触坩埚，打开中频感应加热炉加热，开始热浸镀，热浸镀温度在700～800℃，热浸镀时间5-10分钟，热浸镀合金熔体与HT250铸铁缸套质量比例为15-25∶1；
(4)热浸镀完成后停止加热，将热浸镀后的HT250铸铁缸套取出固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉按质量比99.2％-99.7％∶0.2％-0.5％∶0.1％-0.3％重新熔炼ZL101铝合金、稀土Ce、稀土Pr，用合金熔融体浇筑到模具完成整个浇铸过程，浇注合金熔体与HT250铸铁缸套质量比例为30-50∶1；
(5)冷却，开型取出复合材料。
上述工艺制得的复合材料。将复合材料取样进行线切割，打磨并观察结合界面。
本发明通过合理的表面预处理工艺及添加稀土元素降低两种金属的表面张力，提高润湿性，用铸造方法实现了ZL101铝合金与HT250铸铁两种金属的冶金结合，拥有98％以上的冶金结合面，方法成本低廉，工艺简单。
附图说明
图1为本发明得到的铝合金包覆铸铁缸套复合材料金相照片；
图2为对比例得到的铝合金包覆铸铁缸套复合材料金相照片。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明：
实施例1：
原材料有：3-6mm厚HT250铸铁缸套、工业ZL101铝合金和稀土元素Ce、Pr。
铝合金包覆铸铁缸套复合材料的制备工艺：
(1)首先准备所用的3-6mm厚HT250铸铁缸套；将HT250铸铁缸套首先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮，然后将其置于无水酒精中以保护表面不被氧化污染；
(2)按质量百分比99.5％、0.2％、0.3％称取ZL101铝合金、表面打磨平整光滑的稀土元素Ce、稀土元素Pr，将稀土Ce、Pr和ZL101铝合金一起放置到坩埚中，置于中频感应加热炉中进行加热熔炼，打开中频感应加热炉的加热开关，功率调制10KW，在800℃温度范围内加热10分钟；
(3)将加热炉功率调至0，然后将3-6mm厚HT250铸铁缸套置于ZL101铝合金、Ce、Pr合金熔体中，设计夹持装置以保证铸铁缸套能充分在铝合金熔体中浸镀而不接触坩埚；重新打开加热炉加热开关，开始热浸镀，热浸镀温度在700℃，热浸镀时间10分钟，热浸镀熔体与铸铁缸套质量比例为15∶1；
(4)然后停止加热，将铸铁缸套取出，将3-6mm厚HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZL101铝合金和0.2％稀土元素Ce、0.3％稀土元素Pr，完成整个浇铸过程，浇注铝合金熔体与铸铁缸套质量比例为50∶1；
(5)冷却，开型取出复合材料，取样进行线切割，打磨试样并观察金相结合界面。
实施例2：
原材料有：HT250铸铁缸套、工业ZL101铝合金和稀土元素Ce、Pr。
铝合金包覆铸铁缸套复合材料的制备工艺：
(1)首先准备所用的3-6mm厚HT250铸铁缸套；将HT250铸铁缸套首先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮，然后将其置于无水酒精中以保护表面不被氧化污染；
(2)按质量百分比99.4％、0.5％、0.1％称取ZL101铝合金、表面打磨平整光滑的稀土元素Ce、稀土元素Pr，将稀土Ce、Pr和ZL101铝合金一起放置到坩埚中，置于中频感应加热炉中进行加热熔炼；打开中频感应加热炉的加热开关，功率调制12KW，在900℃温度范围内加热5分钟；
(3)将加热炉功率调至0，然后将3-6mm厚HT250铸铁缸套置于ZL101铝合金、Ce、Pr合金熔体中，设计夹持装置以保证铸铁缸套能充分在铝合金熔体中浸镀而不接触坩埚，重新打开加热炉加热开关，开始热浸镀，热浸镀温度在800℃，热浸镀时间5分钟，热浸镀熔体与铸铁缸套质量比例为25∶1；
(4)停止加热，将铸铁缸套取出，将3-6mm厚HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZL101铝合金和0.5％稀土元素Ce、0.1％稀土元素Pr，完成整个浇铸过程，浇注铝合金熔体与铸铁缸套质量比例为30∶1；
(5)冷却，开型取出复合材料，取样进行线切割，打磨试样并观察金相结合界面。
实施例3：
铝合金包覆铸铁缸套复合材料的制备工艺：
(1)首先准备所用的3-6mm厚HT250铸铁缸套；将HT250铸铁缸套首先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮，然后将其置于无水酒精中以保护表面不被氧化污染；
(2)按质量百分比99.5％、0.3％、0.2％称取ZL101铝合金、表面打磨平整光滑的稀土元素Ce、稀土元素Pr，将稀土Ce、Pr和ZL101铝合金一起放置到坩埚中，置于中频感应加热炉中进行加热熔炼；打开中频感应加热炉的加热开关，功率调制12KW，在900℃温度范围内加热5分钟；
(3)将加热炉功率调至0，然后将3-6mm厚HT250铸铁缸套置于ZL101铝合金、Ce、Pr合金熔体中，设计夹持装置以保证铸铁缸套能充分在铝合金熔体中浸镀而不接触坩埚，重新打开加热炉加热开关，开始热浸镀，热浸镀温度在750℃，热浸镀时间5分钟，热浸镀熔体与铸铁缸套质量比例为20∶1；
(4)停止加热，将铸铁缸套取出，将3-6mm厚HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZL101铝合金和0.3％稀土元素Ce、0.2％稀土元素Pr，完成整个浇铸过程，浇注铝合金熔体与铸铁缸套质量比例为40∶1；
(5)冷却，开型取出复合材料，取样进行线切割，打磨试样并观察金相结合界面。
对比例：
首先准备所用的HT250铸铁缸套；将HT250铸铁缸套首先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮，然后将其置于无水酒精中以保护表面不被氧化污染；然后将HT250铸铁缸套置于800℃的ZL101铝合金熔融液中热浸镀300s，取出后固定在金属型浇铸模具的型腔中ZL101铝合金熔融液浇筑。
实施例2得到的产品的金相界面见附图1(放大500倍后)，对比例得到的产品的金相界面见附图2(放大500倍后)，从图中可以看出，本发明专利所获得的复合材料具有突出的结合界面，拥有98％以上的优异结合程度，显著降低了铝合金和铸铁间的金属表面张力和提高了润湿性。
Claims (3)
1.一种铝合金包覆铸铁缸套复合材料的制备工艺，其特征是，包括步骤如下：
(1)将HT250铸铁缸套经酸洗进行表面脱脂除锈处理，然后将其置于无水酒精中以保护表面不被氧化污染；
(2)按质量比99.2％-99.7％∶0.2％-0.5％∶0.1％-0.3％称取ZL101铝合金和表面打磨平整光滑的稀土元素Ce、稀土元素Pr，将稀土元素Ce、稀土元素Pr和ZL101铝合金一起放置到坩埚中，置于中频感应加热炉中进行加热搅拌熔炼，在800～900℃温度范围内加热搅拌熔炼5-10分钟；
(3)停止加热，将HT250铸铁缸套置于ZL101铝合金、稀土Ce、稀土Pr的合金熔体中，保证铸铁缸套能充分在铝合金熔体中浸镀而不接触坩埚，打开中频感应加热炉加热，开始热浸镀，热浸镀温度在700～800℃，热浸镀时间5-10分钟；
(4)热浸镀完成后停止加热，将热浸镀后的HT250铸铁缸套取出固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉按质量比99.2％-99.7％∶0.2％-0.5％∶0.1％-0.3％重新熔炼ZL101铝合金、稀土Ce、稀土Pr，用合金熔融体浇筑到模具完成整个浇铸过程；
(5)冷却，开型取出复合材料。
2.根据权利要求1所述的铝合金包覆铸铁缸套复合材料的制备工艺，其特征是，HT250铸铁缸套3-6mm厚，步骤(3)中热浸镀合金熔体与HT250铸铁缸套质量比例为15-25∶1；步骤(4)中浇注合金熔体与HT250铸铁缸套质量比例为30-50∶1。
3.权利要求1或2所述的工艺制备的复合材料。
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