CN104148615A - 一种铅基层状复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铅基层状复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域；以不同规格的金属板材为内芯增强体，采用低压铸造的方法使铅及其合金材料包覆内芯不同规格的金属板材，从而制备出冶金式结合的铅基层状复合材料。采用低压铸造工艺生产的铅基层状复合材料，充型和补缩效果好，生产出的铅基复合材料组织致密，产品的力学性能高，复合界面层的结合率可达到95%以上。较传统制备铅基复合材料的方法相较而言，低压铸造法可一次成型，缩短工艺流程，大大提高产品的生产效率，并降低劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种铅基层状复合材料的制备工艺，属于复合材料加工技术领域。
背景技术
目前，铅以其自身的优势广泛的应用于各行各业中，诸如电极反应、屏蔽材料等领域仍然以铅为主，但铅自身缺陷所带来的使用性能问题也日益凸显，如自身比重大、强度低、内阻大等等缺陷都制约了铅的进一步的应用，因此在充分利用铅自身优势的同时，如何在满足应用条件，提高其综合性能（强度、导电性）成为了研究的重点。然而，复合材料技术的进步为利用铅的优势、降低它的不足提供了新的技术与理论依据。
目前，在层状复合材料制备方面，有爆炸复合法、挤压复合法、轧制复合法、热压扩散法以及重力浇注复合法等制备方法。然而，对于铅基层状复合材料而言，其的特殊性在于铅自身的质地柔软、抗张强度小，因此就铅基层状复合材料而言，仅有轧制复合法、热压扩散法以及重力浇注复合法能够实现铅基层状复合材料的制备，但是轧制复合法对于温度以及时间的控制要求高，在工业化生产中不易控制，而且轧制后往往需要后续处理，且在道次轧制变形较大时，需要轧机的功率较大，同时层状复合材料的界面结合率低，最高的结合率为90%；热压扩散法其生产效率低，因其需要大量的时间来实现基体与增强体间的原子扩散，从而实现两者间的冶金结合，因此不适合于大批量的工业化连续生产；重力浇注复合法，其主要依靠金属自身的完成浇注，在浇注过程中会出现翻腾、飞溅等现象，在后续金属的凝固过程中会出现大量的不可预知的缺陷以及浇注金属致密度低等缺点，导致了成品表面致密度低（85%~90%），同时此方法需要熔化大量的铅，使得铅更易挥发，污染工作环境。
然而，低压铸造工艺是使液体金属在压力作用下自下而上的充填型腔，液态金属在可控的压力下进行充型，能够有效的控制充型的速度，是液体金属充型平稳，减少了金属液体在充型过程中的翻腾、飞溅等现象，从而减少金属凝固后的缺陷，保证了产品质量。低压铸造在一定的压力下进行结晶过程，可充分的使金属液进行补缩，产品的组织致密度高，生产效率高，劳动强度低。同时低压铸造的过程与外界的隔绝也减少了金属挥发对外界影响，从而改善了工作环境。从而使得低压铸造法已广泛的应用于铝、镁等金属及其合金的浇注过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅基层状复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在厚度为2~10mm的增强体材料的表面覆镀一层厚度为0.1~1mm的合金组元；
（2）将步骤（1）处理过的增强金属料在150℃~180℃进行预热，冷却后对其表面进行打磨；
（3）步骤（2）得到的增强金属料装入在210℃~350℃预热后的模具，进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本发明所述增强体金属为金属熔点高于铅及其合金的金属材料。
本发明所述铅或者铅合金的厚度为3~10mm。
本发明所述低压铸造的浇注的条件为：升液压力为300~800毫帕，升液时间为1~3秒，充型压力为2800~3500毫帕，充型时间为1~5秒，增压压力为3000~4000毫帕，增压时间为5~20秒，结晶时间为180~300秒，冷却时间为180~300秒，铅液浇注温度为400~480，复合板的成型模具温度为220~380。
本发明所述铅基层状复合材料为现有的常规材料，以增强体材料为内芯、铅或铅合金为包覆材料的层状复合材料。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提供了一种新型制备铅基层状复合材料的工艺-低压铸造法，该制备工艺的生产效率高、劳动强度低、减少铅的挥发对环境的影响、改善工作环境；
（2）本发明从复合材料的制备工艺过程入手，采用低压铸造法，可实现铅基层状复合材料的批量化生产；
（3）本发明所述方法用于制造铅基层状复合材料充型平稳，同时良好的补缩效果，使得表面铅或铅合金的组织致密度高(产品表面致密度可达到95%以上)，从而提高了层状复合材料的机械性能，结合界面的抗拉强度达到25~38N/mm2，是用于铅基层状复合材料的理想工艺。
附图说明
图1为本发明制备得到的铅基层状复合材料的结构示意图
图中：1-内芯金属增强体；2-中间合金层；3-铅及其合金。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
以钢（厚度为2mm）为增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Sb、In的合金组元，其厚度为0.1mm，对覆镀完成的钢板进行预热（预热温度为150℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（210℃），在升液压力为300毫帕、升液时间为2秒、充型压力为2800毫帕、充型时间为1秒、增压压力为3500毫帕、增压时间为5秒、结晶时间为180秒、冷却时间为180秒、铅液浇注温度为450℃、复合板的成型模具温度为250℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料如图1所示，充型质量高，层状复合材料的界面结合率为95%。
实施例2
以钢（厚度为3mm）增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Sb、In的合金组元，其厚度为0.2mm，对覆镀完成的钢板进行预热（预热温度为155℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（220℃），在升液压力为800毫帕，升液时间为3秒，充型压力为3500毫帕，充型时间为5秒，增压压力为4000毫帕，增压时间为20秒，结晶时间为300秒，冷却时间为300秒，铅液浇注温度为480℃，复合板的成型模具温度为260℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料充型质量高，层状复合材料的界面结合率为99%。
实施例3
以钢（厚度为4mm）增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Sb、In的合金组元，其厚度为0.3mm，对覆镀完成的钢板进行预热（预热温度为158℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（230℃），采用升液压力为500毫帕，升液时间为3秒，充型压力为3000毫帕，充型时间为2秒，增压压力为3700毫帕，增压时间为17秒，结晶时间为240秒，冷却时间为250秒，铅液浇注温度为470℃，复合板的成型模具温度为260℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料充型质量高，层状复合材料的界面结合率为98%。
实施例4
以铝（厚度为5mm）增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Bi、Ag的合金组元，其厚度为0.5mm，对覆镀完成的铝板进行预热（预热温度为163℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（250℃），采用升液压力为500毫帕，升液时间为1秒，充型压力为2800毫帕，充型时间为1秒，增压压力为3500毫帕，增压时间为15秒，结晶时间为200秒，冷却时间为180秒，铅液浇注温度为400℃，复合板的成型模具温度为220℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料充型质量高，层状复合材料的界面结合率为95%。
实施例5
以铝（厚度为6mm）增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Bi、Ag的合金组元，其厚度为0.4mm，对覆镀完成的铝板进行预热（预热温度为160℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（280℃），采用升液压力为700毫帕，升液时间为2秒，充型压力为3300毫帕，充型时间为4秒，增压压力为3800毫帕，增压时间为18秒，结晶时间为280秒，冷却时间为300秒，铅液浇注温度为460℃，复合板的成型模具温度为250℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料充型质量高，层状复合材料的界面结合率为97%。
实施例6
以铝（厚度为7mm）增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Bi、Ag的合金组元，其厚度为0.6mm，对覆镀完成的铝板进行预热（预热温度为165℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（300℃），采用升液压力为600毫帕，升液时间为2秒，充型压力为3000毫帕，充型时间为2秒，增压压力为3700毫帕，增压时间为17秒，结晶时间为270秒，冷却时间为210秒，铅液浇注温度为450℃，复合板的成型模具温度为240℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料充型质量高，层状复合材料的界面结合率为96%。
实施例7
以铜（厚度为8mm）增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Bi、Ag的合金组元，其厚度为0.7mm，对覆镀完成的铜板进行预热（预热温度为170℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（310℃），采用升液压力为500毫帕，升液时间为2秒，充型压力为2800毫帕，充型时间为1秒，增压压力为3000毫帕，增压时间为15秒，结晶时间为230秒，冷却时间为250秒，铅液浇注温度为470℃，复合板的成型模具温度为300℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料充型质量高，层状复合材料的界面结合率为95%。
实施例8
以铜（厚度为9mm）增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Bi、Ag的合金组元，其厚度为0.8mm，对覆镀完成的铜板进行预热（预热温度为175℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（320℃），采用升液压力为550毫帕，升液时间为3秒，充型压力为3300毫帕，充型时间为5秒，增压压力为3500毫帕，增压时间为18秒，结晶时间为300秒，冷却时间为300秒，铅液浇注温度为480℃，复合板的成型模具温度为380℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料充型质量高，层状复合材料的界面结合率为98%。
实施例9
以铜（厚度为10mm）增强体材料，其经表面处理、在表面覆镀Sn、Bi、Ag的合金组元，其厚度为1mm，对覆镀完成的铜板进行预热（预热温度为180℃），并对其表面进行打磨，对模具进行加热（350℃），采用升液压力为600毫帕，升液时间为3秒，充型压力为3200毫帕，充型时间为2秒，增压压力为3300毫帕，增压时间为16秒，结晶时间为280秒，冷却时间为280秒，铅液浇注温度为480℃，复合板的成型模具温度为360℃的条件下进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
本实施例得到的铅基层状复合材料充型质量高，层状复合材料的界面结合率为97%。
Claims (4)
1.一种铅基层状复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）在厚度为2~10mm的增强体材料的表面覆镀一层厚度为0.1~1mm的合金组元；
（2）将步骤（1）处理过的增强材料在150℃~180℃进行预热，并对其表面进行打磨处理；
（3）步骤（2）得到的增强材料装入在210℃~350℃预热后的模具，进行低压铸造的浇注以及冷却后得到铅基层状复合材料。
2.根据权利要求1所述铅基层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述增强体金属为金属熔点高于铅及其合金的金属材料。
3.根据权利要求1所述铅基层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述铅或者铅合金的厚度为3~10mm。
4.根据权利要求1所述铅基层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述低压铸造的浇注过程的条件为：升液压力为300~800毫帕，升液时间为1~3秒，充型压力为2800~3500毫帕，充型时间为1~5秒，增压压力为3000~4000毫帕，增压时间为5~20秒，结晶时间为180~300秒，冷却时间为180~300秒，铅液浇注温度为400~480，复合板的成型模具温度为220~380。
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