CN107931528A - 一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铸造模具的加工技术领域，公开了一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，在模具钢材料中添加质量分数为1.5‑2.0%的陶瓷成分，质量分数为0.5‑1.0%的粘合剂，在与模具钢混炼时，以二硫化二甲基二苯基秋兰姆作为催化剂，碳化硅‑氧化铝复合陶瓷材料作为耐高温材料，结构陶瓷的性能远远超过金属，具有优良的力学、热学和化学稳定性，本发明在金属合金中添加耐高温金属陶瓷成分，在催化剂作用下，经过灌浆、结胶，铸造生产得到的铸件表面光洁度和尺寸精度都很高。
Description
技术领域
本发明属于铸造模具的加工技术领域，具体涉及一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具。
背景技术
中国铸造模具工业发展到今天，经历了一个艰辛的历程，直到1976年仍处在落后状态。自1977年以来，由于我国机械、电子、轻工、仪表、交通等工业部门的蓬勃发展，对铸造模具的需求在数量上越来越多，质量要求越来越高，供货期越来越短。
铸造模具相比锻造模具在使用性能上也很突出，铸造模具没有明显的方向性，不存在锻造模具的各向异性问题，热处理后形变小，容易控制，铸造模具表面存在一层细晶区，其耐磨性较高。由于铸造模具在高温浇筑中，抗热裂性能较差，内部易出现缺陷，如枝晶偏析、晶粒粗大、疏松、缩孔等，这些缺陷会导致铸件产品合格率大幅下降。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，在金属合金中添加耐高温金属陶瓷成分，在催化剂作用下，经过灌浆、结胶，铸造生产得到的铸件表面光洁度和尺寸精度都很高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，在模具钢材料中添加质量分数为1.5-2.0%的陶瓷成分，质量分数为0.5-1.0%的粘合剂，在与模具钢混炼时，以二硫化二甲基二苯基秋兰姆作为催化剂，将陶瓷成分和粘合剂在1100-1300℃下加热3-5小时后投入到金属熔融体中进行灌浆、结胶；
所述陶瓷成分的制备方法为：将碳化硅颗粒置于100℃下的饱和氢氧化钠溶液中浸泡30-40分钟，然后使用丙酮溶液进行超声清洗50-60分钟，超声清洗后再使用清水冲洗3-5遍，然后用70℃的饱和氟锆酸钾溶液浸泡3-4小时，取出烘干，将上述处理后的颗粒与氧化铝粉混合，混合比例为7-8:1-2，经球磨和充分混合后装入碳化硅管式炉中，在氩气保护下，在1200-1300℃下进行固液相反应，得到碳化硅-氧化铝复合陶瓷材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述的粘合剂按照重量份计由以下成分制成：酚醛树脂100-110份、环氧树脂40-50份、氨基醛树脂20-25份、羟甲基尼龙15-20份、氧化铝20-30份、乙醇300-350份。
作为对上述方案的进一步描述，所述模具钢材料中各成分元素含量按照质量百分比计为：铬占4.0-5.0%、锌占2.5-3.0%、锡占2.3-2.4%、镍占1.5-2.0%、锗占0.8-1.0%、锰占0.60-0.70%、钒占0.20-0.30%、硅占0.8-0.9%、碳占0.35-0.40%、硫占0.01-0.02%、磷占0.02-0.03%、剩余为铁和不可避免的杂质。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有的金属铸造模具在耐高温性能上的不足引发的问题，本发明提供了一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，在模具钢材料中添加质量分数为1.5-2.0%的陶瓷成分，质量分数为0.5-1.0%的粘合剂，在与模具钢混炼时，以二硫化二甲基二苯基秋兰姆作为催化剂，碳化硅-氧化铝复合陶瓷材料作为耐高温材料，结构陶瓷的性能远远超过金属，具有优良的力学、热学和化学稳定性，本发明在金属合金中添加耐高温金属陶瓷成分，在催化剂作用下，经过灌浆、结胶，铸造生产得到的铸件表面光洁度和尺寸精度都很高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，在模具钢材料中添加质量分数为1.5%的陶瓷成分，质量分数为0.5%的粘合剂，在与模具钢混炼时，以二硫化二甲基二苯基秋兰姆作为催化剂，将陶瓷成分和粘合剂在1100℃下加热3小时后投入到金属熔融体中进行灌浆、结胶；
所述陶瓷成分的制备方法为：将碳化硅颗粒置于100℃下的饱和氢氧化钠溶液中浸泡30分钟，然后使用丙酮溶液进行超声清洗50分钟，超声清洗后再使用清水冲洗3遍，然后用70℃的饱和氟锆酸钾溶液浸泡3小时，取出烘干，将上述处理后的颗粒与氧化铝粉混合，混合比例为7:1，经球磨和充分混合后装入碳化硅管式炉中，在氩气保护下，在1200℃下进行固液相反应，得到碳化硅-氧化铝复合陶瓷材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述的粘合剂按照重量份计由以下成分制成：酚醛树脂100份、环氧树脂40份、氨基醛树脂20份、羟甲基尼龙15份、氧化铝20份、乙醇300份。
作为对上述方案的进一步描述，所述模具钢材料中各成分元素含量按照质量百分比计为：铬占4.0%、锌占2.5%、锡占2.3%、镍占1.5%、锗占0.8%、锰占0.60%、钒占0.20%、硅占0.8%、碳占0.35%、硫占0.01%、磷占0.02%、剩余为铁和不可避免的杂质。
实施例2
一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，在模具钢材料中添加质量分数为1.8%的陶瓷成分，质量分数为0.8%的粘合剂，在与模具钢混炼时，以二硫化二甲基二苯基秋兰姆作为催化剂，将陶瓷成分和粘合剂在1200℃下加热4小时后投入到金属熔融体中进行灌浆、结胶；
所述陶瓷成分的制备方法为：将碳化硅颗粒置于100℃下的饱和氢氧化钠溶液中浸泡35分钟，然后使用丙酮溶液进行超声清洗55分钟，超声清洗后再使用清水冲洗4遍，然后用70℃的饱和氟锆酸钾溶液浸泡3.5小时，取出烘干，将上述处理后的颗粒与氧化铝粉混合，混合比例为7.5:1.5，经球磨和充分混合后装入碳化硅管式炉中，在氩气保护下，在1250℃下进行固液相反应，得到碳化硅-氧化铝复合陶瓷材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述的粘合剂按照重量份计由以下成分制成：酚醛树脂105份、环氧树脂45份、氨基醛树脂22份、羟甲基尼龙18份、氧化铝25份、乙醇330份。
作为对上述方案的进一步描述，所述模具钢材料中各成分元素含量按照质量百分比计为：铬占4.5%、锌占2.8%、锡占2.35%、镍占1.8%、锗占0.9%、锰占0.65%、钒占0.25%、硅占0.85%、碳占0.38%、硫占0.015%、磷占0.025%、剩余为铁和不可避免的杂质。
实施例3
一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，在模具钢材料中添加质量分数为2.0%的陶瓷成分，质量分数为1.0%的粘合剂，在与模具钢混炼时，以二硫化二甲基二苯基秋兰姆作为催化剂，将陶瓷成分和粘合剂在1300℃下加热5小时后投入到金属熔融体中进行灌浆、结胶；
所述陶瓷成分的制备方法为：将碳化硅颗粒置于100℃下的饱和氢氧化钠溶液中浸泡40分钟，然后使用丙酮溶液进行超声清洗60分钟，超声清洗后再使用清水冲洗5遍，然后用70℃的饱和氟锆酸钾溶液浸泡4小时，取出烘干，将上述处理后的颗粒与氧化铝粉混合，混合比例为8:2，经球磨和充分混合后装入碳化硅管式炉中，在氩气保护下，在1300℃下进行固液相反应，得到碳化硅-氧化铝复合陶瓷材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述的粘合剂按照重量份计由以下成分制成：酚醛树脂110份、环氧树脂50份、氨基醛树脂25份、羟甲基尼龙20份、氧化铝30份、乙醇350份。
作为对上述方案的进一步描述，所述模具钢材料中各成分元素含量按照质量百分比计为：铬占5.0%、锌占3.0%、锡占2.4%、镍占2.0%、锗占1.0%、锰占0.70%、钒占0.30%、硅占0.9%、碳占0.40%、硫占0.02%、磷占0.03%、剩余为铁和不可避免的杂质。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，不添加陶瓷成分，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，不添加催化剂，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，使用碳化硅作为陶瓷成分，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法加工制作金属铸造模具，进行铸件加工，将各组结果进行比较，发现使用本发明的模具加工得到的铸件表面光洁度和尺寸精度都高于对比例。
Claims (3)
1.一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，其特征在于，在模具钢材料中添加质量分数为1.5-2.0%的陶瓷成分，质量分数为0.5-1.0%的粘合剂，在与模具钢混炼时，以二硫化二甲基二苯基秋兰姆作为催化剂，将陶瓷成分和粘合剂在1100-1300℃下加热3-5小时后投入到金属熔融体中进行灌浆、结胶；
所述陶瓷成分的制备方法为：将碳化硅颗粒置于100℃下的饱和氢氧化钠溶液中浸泡30-40分钟，然后使用丙酮溶液进行超声清洗50-60分钟，超声清洗后再使用清水冲洗3-5遍，然后用70℃的饱和氟锆酸钾溶液浸泡3-4小时，取出烘干，将上述处理后的颗粒与氧化铝粉混合，混合比例为7-8:1-2，经球磨和充分混合后装入碳化硅管式炉中，在氩气保护下，在1200-1300℃下进行固液相反应，得到碳化硅-氧化铝复合陶瓷材料。
2.如权利要求1所述一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，其特征在于，所述的粘合剂按照重量份计由以下成分制成：酚醛树脂100-110份、环氧树脂40-50份、氨基醛树脂20-25份、羟甲基尼龙15-20份、氧化铝20-30份、乙醇300-350份。
3.如权利要求1所述一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具，其特征在于，所述模具钢材料中各成分元素含量按照质量百分比计为：铬占4.0-5.0%、锌占2.5-3.0%、锡占2.3-2.4%、镍占1.5-2.0%、锗占0.8-1.0%、锰占0.60-0.70%、钒占0.20-0.30%、硅占0.8-0.9%、碳占0.35-0.40%、硫占0.01-0.02%、磷占0.02-0.03%、剩余为铁和不可避免的杂质。
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