CN105964919B - 一种消失模铸造液‑液复合铝‑镁双金属铸件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消失模铸造液‑液复合铝‑镁双金属铸件的方法，其包括以下步骤：提供一个复合模型，所述复合模型包括沿竖直方向依次相连接的铸件镁合金部分泡沫模型、铝片及铸件铝合金部分泡沫模型、分别连接所述铸件镁合金部分泡沫模型及所述铸件铝合金部分泡沫模型的镁合金浇注系统部分泡沫模型及铝合金浇注系统部分泡沫模型；对所述复合模型涂涂料；对所述复合模型进行埋砂造型；向所述复合模型分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，直至所述复合模型被浇满；待所述砂箱内的所述镁合金浇注液及所述铝合金浇注液冷却凝固后，进行清理以获得铝‑镁双金属铸件。

Description

一种消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法

技术领域

本发明属于双金属零件制造相关领域，更具体地，涉及一种消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法。

背景技术

镁和铝是重要的工程用轻金属，各自有其优缺点。镁合金质量轻，具有良好的阻尼性与导热性，且我国资源丰富，但是塑性差、耐蚀性差；铝合金塑性好、耐蚀性好且成本低，但密度相对镁合金较大。如果将铝合金与镁合金复合制备成铝-镁双金属，使两种材料的优点相互结合，能够扬长避短，既满足性能要求又能满足轻量化的要求，在汽车、航空、航天等领域具有较大的应用前景。目前实现双金属复合的方法主要有轧制复合、爆炸复合、砂型铸造等。轧制复合工艺适用于制备层状、棒状等形状简单的铸件，制备范围有限；焊接复合方式适合于接触面积较小且形状简单的双金属连接，对于接触面积较大且结构复杂的双合金铸件，很难满足要求；砂型铸造获得的铸件表面粗糙度和尺寸精确度较低，大都不能满足要求。

当前，消失模铸造技术是一种很有前景的制备双金属铸件的工艺，它具有无需分型面和砂芯、能够进行更加精确复杂零件的成型、无污染且低成本等优势，并且泡沫模型汽化产物为还原性气体，为金属提供了良好的保护，能够很好地提高铸件质量。消失模铸造双金属一般多采用固-液和液-液复合的方式，固-液复合方法由于需要先制备出固体部分，增加了工艺步骤，降低了生产效率，提高了生产成本。液-液复合的方法不需先制备固体部分，可直接浇注出双金属铸件，减少了工艺步骤，提高了生产效率，降低了生产成本，然而，当前的液-液复合方法多应用于黑色金属的复合制备，而镁合金较为活泼，易于燃烧、氧化，对它的复合制备难度较大，目前的液-液复合方法难以控制双金属界面，易于发生金属混液的现象，对双金属复合效果造成不利影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，基于消失模铸造特点及铝镁金属的性能，针对消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的工艺进行了设计。泡沫模型之间通过增设铝片可以有效的避免两种金属混液的现象，使得铸件能够在确定位置实现铝镁金属的连接，且可实现界面均匀一致的冶金结合，保证了铸件的结合强度。此外，泡沫汽化产物为还原性气体，避免了浇注过程中合金液与铝片的氧化，提高了铸件的质量；铸件的铝合金部分符合耐磨耐腐蚀的要求，铸件镁合金的部分使铸件整体质量尽量降低，提高了铸件整体的综合性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，其包括以下步骤：

(a)，提供一个复合模型，所述复合模型包括沿竖直方向依次相连接的铸件镁合金部分泡沫模型、铝片及铸件铝合金部分泡沫模型、分别连接所述铸件镁合金部分泡沫模型及所述铸件铝合金部分泡沫模型的镁合金浇注系统部分泡沫模型及铝合金浇注系统部分泡沫模型，所述铝片设置在所述铸件镁合金部分泡沫模型及所述铸件铝合金部分泡沫模型之间；

(b)，先将消失模铸造涂料粉与水按照预定体积比配制成混合液，并将所述混合液搅拌均匀；之后，将所述混合液均匀涂覆在所述复合模型的所有外表面上，并将所述复合模型在温度为50℃～60℃的烘干箱中烘干；最后再将烘干后的所述复合模型涂覆一层所述混合液后再次烘干；

(c)，先将所述复合模型放入砂箱内，并将所述砂箱内填充干砂；采用振动台将所述砂箱内的所述干砂与所述复合模型振动紧实；之后，采用真空泵组件对所述砂箱进行抽真空处理；

(d)，先在所述铝合金浇注系统部分泡沫模型及所述镁合金浇注系统部分泡沫模型的顶部分别设置第二浇口杯及第一浇口杯；之后，自所述第一浇口杯及所述第二浇口杯向所述复合模型分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，直至所述复合模型被浇满；

(e)，待所述砂箱内的所述镁合金浇注液及所述铝合金浇注液冷却凝固后，进行清理，以获得铝-镁双金属铸件。

进一步的，所述铝片的厚度为1mm～3mm。

进一步的，所述铝片的材质为以下型号铝中的一种：ZL101、ZL107、ZL114A。

进一步的，所述振动台的振动频率为50Hz～150Hz，振幅为0.6mm～1.2mm。

进一步的，在对所述砂箱进行抽真空的步骤之前还包括在所述砂箱顶端设置一层塑料薄膜的步骤，所述塑料薄膜覆盖所述砂箱的顶部开口。

进一步的，所述砂箱进行抽真空处理后，其真空度达到0.01MPa～0.05MPa。

进一步的，所述镁合金浇注液及所述铝合金浇注液的浇注包括以下步骤：

(1)自所述第一浇口杯向所述复合模型浇注所述镁合金浇注液，其浇注温度为730℃～750℃；

(2)所述镁合金浇注液开始浇注8s～15s后，自所述第二浇口杯向所述复合模型浇注所述铝合金浇注液，其浇注温度为750℃～770℃，直至所述复合模型被浇满。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，泡沫模型之间通过增设铝片可以有效的避免两种金属混液的现象，使得铸件能够在确定位置实现铝和镁的连接，且可实现界面均匀一致的冶金结合，保证了铸件的结合强度。此外，泡沫汽化产物为还原性气体，避免了浇注过程中合金液与铝片的氧化，提高了铸件的质量；铸件的铝合金部分符合耐磨耐腐蚀的要求，铸件镁合金的部分使铸件整体质量尽量降低，提高了铸件整体的综合性能。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法中涉及到的设备处于使用状态时的结构示意图。

图2是图1中的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的流程图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-铸件镁合金部分泡沫模型，2-铸件铝合金部分泡沫模型，3-铝合金浇注系统部分泡沫模型，4-镁合金浇注系统部分泡沫模型，5-铝片，6-砂箱，7-干砂，8-振动台，9-塑料薄膜，10-真空泵组件，11-第一浇口杯，12-第二浇口杯，13-镁合金浇注液，14-铝合金浇注液。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式提供的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，其适用于连接接触面积较大且形状复杂的铝-镁双金属铸件的制造，工艺简单，双金属界面易于控制，双金属结合性能好，铸件质量高，简化了工艺过程，提高了生产效率，降低了生产成本，适用于生产各类汽车、航天领域等相关零件。

所述消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法包括以下步骤：

第一步，制模。具体地，复合模型的制备包括以下步骤：

(1)制备铸件镁合金部分泡沫模型1、铸件铝合金部分泡沫模型2、铝合金浇注系统部分泡沫模型3及镁合金浇注系统部分泡沫模型4；

(2)提供一个铝片5，将所述铸件镁合金部分泡沫模型1、所述铝片5、及所述铸件铝合金部分泡沫模型2沿竖直方向依次粘结在一起；之后，将所述铸件铝合金部分泡沫模型2及所述铸件镁合金部分泡沫模型1分别粘结到铝合金浇注系统部分泡沫模型3及镁合金浇注系统部分泡沫模型4上，以形成复合模型。

本实施方式中，所述铝片5位于所述铸件镁合金部分泡沫模型1及所述铸件铝合金部分泡沫模型2之间，且其连接所述铸件镁合金部分泡沫模型1及所述铸件铝合金部分泡沫模型2；所述铝片5的材质为以下型号铝中的一种：ZL101、ZL107、ZL114A，其厚度为1mm～3mm；所述铝合金浇注泡沫模型3及所述镁合金浇注泡沫模型4沿竖直方向设置。

第二步，涂涂料。具体地，所述复合模型的涂涂料包括以下步骤：

(1)将消失模铸造涂料粉与水按预定体积比配制成混合液，并将所述混合液搅拌均匀；

(2)将所述混合液均匀涂覆在所述复合模型的所有外表面上，并将所述复合模型在温度为50℃～60℃的烘干箱中烘干；

(3)将烘干后的所述复合模型再涂覆一层所述混合液后烘干。

第三步，埋砂造型。具体地，所述复合模型的埋砂造型包括以下步骤：

(1)将所述复合模型放入砂箱6中，加无粘结剂的干砂7到所述砂箱6中；

(2)使用振动台8将所述砂箱6内的干砂7与所述复合模型振动紧实。本实施方式中，所述振动台8的振动频率为50Hz～150Hz，振幅为0.6mm～1.2mm。

第四步，抽真空。具体地，在所述砂箱6的顶端设置一层塑料薄膜9，所述塑料薄膜9覆盖所述砂箱6的顶部开口；之后，通过所述真空泵组件10自所述砂箱6的底部对所述砂箱6进行抽真空，使所述砂箱6内的真空度达到0.01MPa～0.05MPa。

第五步，添加浇口杯。在所述铝合金浇注系统部分泡沫模型3及所述镁合金浇注系统部分泡沫模型4的顶部分别设置第二浇口杯12及第一浇口杯11。本实施方式中，所述第二浇口杯12及所述第一浇口杯11的底部均带有耐火泥。

第六步，熔炼。具体地，分别在两个电阻炉中同时熔炼铝合金和镁合金，以分别得到镁合金浇注液13及铝合金浇注液14。本实施方式中，所述镁合金在SF₆体积分数为0.5％的CO₂保护气体下熔炼。

第七步，浇注。具体地，首先，自所述第一浇口杯11向所述复合模型浇注所述镁合金浇注液13，其浇注温度为730℃～750℃；所述镁合金浇注液13开始浇注8s～15s后，自所述第二浇口杯12向所述复合模型开始浇注所述铝合金浇注液14，其浇注温度为750℃～770℃，直至所述复合模型被浇满。同时，所述复合模型发生汽化，汽化产物为还原性气体。

第八步，清理。具体地，待所述砂箱6内的所述镁合金浇注液13及所述铝合金浇注液14冷却凝固后，进行清理，以获得铝-镁双金属铸件。

本发明提供的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，泡沫模型之间通过增设铝片可以有效的避免两种金属混液的现象，使得铸件能够在确定位置实现铝和镁的连接，且可实现界面均匀一致的冶金结合，保证了铸件的结合强度。此外，泡沫汽化产物为还原性气体，避免了浇注过程中合金液与铝片的氧化，提高了铸件的质量；铸件的铝合金部分符合耐磨耐腐蚀的要求，铸件镁合金的部分使铸件整体质量尽量降低，提高了铸件整体的综合性能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，其包括以下步骤：

(a)，提供一个复合模型，所述复合模型包括沿竖直方向依次相连接的铸件镁合金部分泡沫模型、铝片及铸件铝合金部分泡沫模型、分别连接所述铸件镁合金部分泡沫模型及所述铸件铝合金部分泡沫模型的镁合金浇注系统部分泡沫模型及铝合金浇注系统部分泡沫模型，所述铝片设置在所述铸件镁合金部分泡沫模型及所述铸件铝合金部分泡沫模型之间；

(b)，先将消失模铸造涂料粉与水按照预定体积比配制成混合液，并将所述混合液搅拌均匀；之后，将所述混合液均匀涂覆在所述复合模型的所有外表面上，并将所述复合模型在温度大于50℃且小于等于60℃的烘干箱中烘干；最后再将烘干后的所述复合模型涂覆一层所述混合液后再次烘干；

(c)，先将所述复合模型放入砂箱内，并将所述砂箱内填充干砂；采用振动台将所述砂箱内的所述干砂与所述复合模型振动紧实；之后，采用真空泵组件对所述砂箱进行抽真空处理；

(d)，先在所述铝合金浇注系统部分泡沫模型及所述镁合金浇注系统部分泡沫模型的顶部分别设置第二浇口杯及第一浇口杯；之后，自所述第一浇口杯及所述第二浇口杯向所述复合模型分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，直至所述复合模型被浇满；

(e)，待所述砂箱内的所述镁合金浇注液及所述铝合金浇注液冷却凝固后，进行清理，以获得铝-镁双金属铸件。

2.如权利要求1所述的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，其特征在于：所述铝片的厚度为1mm～3mm。

3.如权利要求2所述的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，其特征在于：所述铝片的材质为以下型号铝中的一种：ZL101、ZL107、ZL114A。

4.如权利要求1所述的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，其特征在于：所述振动台的振动频率为50Hz～150Hz，振幅为0.6mm～1.2mm。

5.如权利要求1所述的消失模铸造液-液复合铝- 镁双金属铸件的方法，其特征在于：在对所述砂箱进行抽真空的步骤之前还包括在所述砂箱顶端设置一层塑料薄膜的步骤，所述塑料薄膜覆盖所述砂箱的顶部开口。

6.如权利要求5所述的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，其特征在于：所述砂箱进行抽真空处理后，其真空度达到0.01MPa～0.05MPa。

7.如权利要求1所述的消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，其特征在于：所述镁合金浇注液及所述铝合金浇注液的浇注包括以下步骤：

(1)自所述第一浇口杯向所述复合模型浇注所述镁合金浇注液，其浇注温度为730℃～750℃；

(2)所述镁合金浇注液开始浇注8s～15s后，自所述第二浇口杯向所述复合模型浇注所述铝合金浇注液，其浇注温度为750℃～770℃，直至所述复合模型被浇满。