CN107214297A - 一种金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法，根据所想要做的金属铝工艺品设计出模具；将金属铝块在加热炉中熔化，并浇铸在砂型模型中，自然冷却成型，控制过冷度为800‑810℃；采用机加工手段将铸造产品中多余不合格部分去掉，再打磨工艺品表面；最后采用硝酸、盐酸和无水乙醇溶液的混合溶液对工艺品表面进行浸蚀，直至工艺品表面显示出晶斑。本发明方法工艺品表面获得的晶粒形貌大小不一、层次分明，具有立体效果、瑰丽斑驳。而且显斑成本降低，工艺时间大大缩短，实现了快速、高效显斑，节能并降低成本的目的。
Description
技术领域
本发明属于材料表面宏观显斑技术领域，具体涉及一种金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法。
背景技术
目前，国内在材料表面宏观显斑技术领域主要有云南斑铜工艺，斑铜艺人利用“锻打”和“高温烧斑”的工艺，使晶粒发生异常长大后形成粗晶及退火孪晶，制造了离奇闪烁、瑰丽斑驳的斑铜艺术品。
云南斑铜工艺采用纯度达95％的自然铜，一点一点地锻打，再用高温来烧斑。其锻打工序都是靠工厂师傅一锤一锤敲打出来，并且要烧一火，锻打一次，总的来说，一件产品要烧几十火，打几万锤才能最终成型，通过控制完成这种锤打及烧制的过程来促使晶粒异常长大形成粗晶及退火孪晶进而显斑。云南斑铜表面显斑工艺其所耗费的人力、物力、财力都比较大，工艺过程复杂不符合现代生产理念，因此实现快速、经济的显斑技术是目前急于解决的技术“瓶颈”。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法，实现快速、高效显斑，解决了传统斑铜工艺耗时耗力的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法，包括以下步骤：
步骤1：根据所想要做的金属铝工艺品设计出模具；
步骤2：将金属铝块在加热炉中熔化；
步骤3：做砂型铸造：混砂、造型、取模、烘干，将熔化好的铝液浇铸在模型中，自然冷却成型，控制过冷度为800-810℃；
步骤4：采用机加工手段将铸造产品中多余不合格部分去掉，再打磨工艺品表面；
步骤5：采用硝酸、盐酸和无水乙醇溶液的混合溶液对步骤4的工艺品表面进行浸蚀，直至工艺品表面显示出晶斑。
本发明的特点还在于：
优选地，硝酸、盐酸和无水乙醇的体积比为1:1:(3-4)。
优选地，硝酸为质量分数为69.2％的浓硝酸，盐酸为质量分数为37％的浓盐酸。
优选地，铝液浇铸温度为820-830℃。
本发明的原理是：对于金属铝工艺品的表面宏观晶斑，从微观组织学来讲，通过铸造工艺控制可获得大小不同的等轴晶和树枝晶形貌，如图1所示。由于表面宏观的等轴晶和树枝晶形貌大小受过冷度控制，加之晶体组织会随着过冷度的降低而过分长大，控制好恰当的过冷度使其凝固能够发生并且获得粗大晶粒，得到晶粒形貌大小不一、层次分明的工艺品粗品，再通过硝酸、盐酸和乙醇混合而成的化学试剂使晶斑显现出来，从而制作出具有立体效果、瑰丽斑驳的工艺品，如图2所示。
本发明的有益效果是，本发明方法借助了铸造和快速腐蚀的共同作用。本发明工艺品的制备过程中，由于浇铸后工艺品冷却速度不同，因此材料表面宏观获得的晶粒形貌大小不一、层次分明，同时金属铝本身抗氧化性能优异，从而制作出具有立体效果、瑰丽斑驳、可永久摆放的现代工艺品。不仅金属铝工艺品显斑成本有所降低，而且工艺时间大大缩短。本发明的显斑方法只需要两分钟左右就能有效的实现显斑，获得美丽的材料表面宏观等轴晶和树枝晶形貌，实现了快速、高效显斑，选材经济，工艺简单，达到了节能并降低成本的目的。
附图说明
图1是本发明腐蚀后的表面宏观晶斑形貌模拟图；
图2是与图1相对应的实际工艺品外形图；
图3是晶粒形貌大小不一、层次分明的工艺品图；
图4为晶粒细小以及出现腐蚀过度现象的工艺品图。
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的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。
本发明的金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：根据所想要做的金属铝工艺品设计出模具；
步骤2：将金属铝块在加热炉中熔化；
步骤3：做砂型铸造：混砂、造型、取模、烘干(将砂模置于烘干箱中烘干)、浇注、自然冷却，控制过冷度为800-810℃；
不同层次的等轴晶、树枝晶形成过程：把熔化的铝缓慢注入模腔，由于熔化的铝温度高，浇注后作品底部砂模部分一直受高温的影响，此处砂模的温度升高，导致模腔的温度从上至下逐渐降低，而过冷度从上至下逐渐增加，从而获得了作品从底部至上，晶粒逐渐减小，形成了晶粒大小不一、层次分明的艺术作品。
步骤4：采用机加工手段将铸造产品中多余不合格部分去掉，再用不同粒度的砂纸打磨工艺品表面；
步骤5：将硝酸、盐酸和无水乙醇溶液按1:1:(3-4)的体积比配合而成的混合溶液对浇注产品进行腐蚀，期间不断观察腐蚀情况(防止因腐蚀过度而造成的晶粒形貌缺失)。铝为耐蚀性材料，通常采用浓硝酸、浓盐酸强酸进行浸蚀，但由于强酸浸蚀性太强、浸蚀容易过度，本发明采用的混合酸中有无水乙醇的添加，不仅稀释了浓度，而且降低的了废液的浓度，符合环保意识。
实施例1
本实施例制备一种纯铝工艺品，具体步骤如下：
1)使用UG软件设计工艺品模型，再用3D打印技术制模具；
2)将纯度为98.8％～99.7％的纯金属铝块在热处理加热炉中830℃进行熔化，过冷度为810℃(熔化温度与室温温度之差)。
3)做砂型铸造：混砂、造型、烘干、取模、烘干、浇注，浇注时将作品底部的砂模朝上，将熔化的830℃的铝缓慢注入模腔，冷却；砂模处于室温20℃，此时的过冷度为810℃。
4)采用车床和锉刀机加工手段将铸造产品中多余不合格部分去掉，再用180#、240#、400#、600#、800#砂纸从粗到细进行逐次打磨工艺品表面，使其表面粗糙度降低。
5)将质量分数为69.2％的浓硝酸、质量分数为37％的浓盐酸和无水乙醇溶液按1:1:3体积比配合而成的混合溶液对产品进行浸蚀，期间不断观察腐蚀情况。
结果：腐蚀2分钟左右开始显斑，腐蚀5分钟后，金属铝工艺品底部表面出现了粗大的晶斑，由底部逐渐向上形成了大小不等的等轴晶、树枝晶等不同层次的晶斑，但也出现极少部分黑色晶斑，模糊不清。
实施例2
本实施例制备与实施例1相同的纯铝工艺品，具体步骤如下：
1)使用UG软件设计工艺品模型，再用3D打印技术制模具；
2)将纯度为98.8％～99.7％的纯金属铝块，在热处理加热炉中820℃进行熔化，实际过冷度为800℃。
3)做砂型铸造：混砂、造型、烘干、取模、烘干、浇注，浇注时将作品底部的砂模朝上，将熔化的820℃的铝缓慢注入模腔，冷却；砂模处于室温20℃，此时的过冷度为800℃，过冷度较实施例1明显降低，更有利于粗大等轴晶的形成。
4)采用车床和锉刀机加工手段将铸造产品中多余不合格部分去掉，再用180#、240#、400#、600#、800#砂纸从粗到细进行逐次打磨工艺品表面，使其表面粗糙度降低。
5)将质量分数为69.2％的浓硝酸、质量分数为37％的浓盐酸和无水乙醇溶液按1:1:4体积比配合而成的混合溶液对产品进行腐蚀，期间不断观察腐蚀情况，腐蚀5分钟后结束。
结果：腐蚀2分钟左右开始显斑，腐蚀5分钟后，金属铝工艺品不仅底部表面晶斑粗大可见，由底部逐渐向上出现大小不等的等轴晶、树枝晶等不同层次的晶斑(见图3)，闪闪烁烁，外观效果理想。
对比例1
本实施例制备与实施例1相同的纯铝工艺品，具体步骤如下：
1)使用UG软件设计工艺品模型，再用3D打印技术制模具。
2)将纯度为98.8％～99.7％的纯金属铝块，在热处理加热炉中850℃进行熔化。
3)做砂型铸造：混砂、造型、烘干、取模、浇注，浇注时将作品底部的砂模朝上，将熔化的850℃的铝缓慢注入模腔，冷却；砂模处于室温20℃，此时的过冷度为830℃。
4)采用车床和锉刀机加工手段将铸造产品中多余不合格部分去掉，再用180#、240#、400#、600#、800#砂纸从粗到细进行逐次打磨工艺品表面，使其表面粗糙度降低。
5)将质量分数为69.2％的浓硝酸、质量分数为37％的浓盐酸和无水乙醇溶液按1:1:1体积比配合而成的混合溶液对产品进行腐蚀，期间不断观察腐蚀情况。
结果：腐蚀3分钟后，金属铝工艺品表面不但没有出现晶斑(仅作品的底部由于晶粒较粗大，不易腐蚀，可观察到部分晶粒)，而且出现黑化现象(腐蚀过度，见图4)。尤其是作品的上部分，由于过冷度较大，形成了较细小的晶粒，容易受腐蚀，加之浸蚀剂浓度较大。因此，出现了腐蚀过度现象。
对比例2
本实施例制备与实施例1相同的纯铝工艺品，具体步骤如下：
1)使用UG软件设计工艺品模型，再用3D打印技术制模具。
2)将纯度为98.8％～99.7％的纯金属铝块，在热处理加热炉中840℃进行熔化，过冷度为820℃。
3)做砂型铸造：混砂、造型、烘干、取模、浇注，浇注时将作品底部的砂模朝上，将熔化的840℃的铝缓慢注入模腔，冷却；冷却；砂模处于室温20℃，此时的过冷度为820℃。
4)采用车床和锉刀机加工手段将铸造产品中多余不合格部分去掉，再用180#、240#、400#、600#、800#砂纸从粗到细进行逐次打磨工艺品表面，使其表面粗糙度降低。
5)将质量分数为69.2％的浓硝酸、质量分数约为37％的浓盐酸和无水乙醇溶液按1:1:2体积比例配合而成的混合溶液对产品进行腐蚀，期间不断观察腐蚀情况。
结果：腐蚀3分钟后，由于过冷度有所降低，本例与对比例1的腐蚀程度相比较略有改善，但表面晶斑十分细小，不明显。
与对比例1、2相比，实施例1、2之所以能过获得较理想的晶斑，主要有两个方面，一方面降低浇注温度使过冷度降低，有利于粗大等轴晶的形成(但如果浇注温度继续降低，则会导致流动性降低，影响作品的成形)。另一方面，腐蚀剂的酸浓度降低，虽然腐蚀时间需要加长(晶粒粗大，耐蚀性增强)，浸蚀效果容易掌控，回收的废酸危害性明显大大降低。可见，过冷度和腐蚀剂的控制对本发明方法的成功与否都有很密切的关系。
与本发明金属铝工艺品的制作方法相比较，云南斑铜制作工艺复杂，需要多次、甚至几百次以上的锻打退火形成。而本工艺品制作相对简单，并一次性浇注即可形成，同时通过控制凝固时的过冷度，可获得晶斑不但大小不同，由底部往上晶粒逐渐递减，晶粒大小层次分明，银光闪烁，枝晶形貌明显可见(见图2)，凸显了作品的表面立体感。这是云南斑铜所不及之处。
采用本发明所述的方法进行的显斑，是材料人在材料科学领域运用材料科学的方法将微观组织通过表面宏观形貌展现出来的一大进步，使人们对控制材料显微组织的重要性有了更加深刻的认识，这将是推动现代材料科学领域发展的一次伟大飞跃。同时，时代在不断地变迁，但人本身所具有的对“美”和“真”的追求却并没有改变；审美是知觉力、感受力、想像力、判断力、创造力的综合，随着国家经济水平飞速发展，人类生活水平大幅度提高，伴随着审美水平也不断提高，采用本发明制作的工艺品，使工艺品领域多材多样，很大程度上诠释了美的新概念，这是工艺品本质的转型，更是人类审美境界的提升。最关键的是，创新乃是国家发展的源动力，随着社会的发展，自主创新能力成了现代知识分子的一个重要特征，知识分子运用所掌握的专业知识将理论与实践结合起来，解决实际问题，服务社会，造福人类，实现创新创业，缓解就业压力，推动经济发展。
Claims (4)
1.一种金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据所想要做的金属铝工艺品设计出模具；
步骤2：将金属铝块在加热炉中熔化；
步骤3：做砂型铸造：混砂、造型、取模、烘干，将熔化好的铝液浇铸在模型中，自然冷却成型，控制过冷度为800-810℃；
步骤4：采用机加工手段将铸造产品中多余不合格部分去掉，再打磨工艺品表面；
步骤5：采用硝酸、盐酸和无水乙醇溶液的混合溶液对步骤4的工艺品表面进行浸蚀，直至工艺品表面显示出晶斑。
2.根据权利要求1所述的金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法，其特征在于，所述硝酸、盐酸和无水乙醇的体积比为1:1:(3-4)。
3.根据权利要求2所述的金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法，其特征在于，所述硝酸为质量分数为69.2％的浓硝酸，所述盐酸为质量分数为37％的浓盐酸。
4.根据权利要求1所述的金属铝工艺品的制备及表面快速显斑的方法，其特征在于，所述铝液浇铸温度为820-830℃。
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- 2017-05-11 CN CN201710328469.1A patent/CN107214297B/zh not_active Expired - Fee Related
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