CN108543931A - 一种MgAl复合铸件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MgAl复合铸件制造方法，包括如下步骤：(1)在铝基材料的结合表面采用选区激光熔化技术制备Al基点阵材料；(2)采用脱脂—热浸镀锌的方法对点阵材料表面进行处理；(3)将铝基材料固定在铸型中，将镁合金熔体浇注到铸型内，铸造过程采用低压铸造工艺，以实现MgAl之间的牢固结合。不同于传统的平面之间的结合方式，界面呈现三维立体形态，界面呈现以冶金结合和机械结合的方式且二者结合强度高，不易脱落，实现了MgAl之间的牢固结合。

Description

一种MgAl复合铸件制造方法
技术领域
本发明涉及界面结合技术，尤其涉及一种MgAl复合铸件制造方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高阻尼性及易回收利用等优点。然而，镁合金存在耐蚀性差、高温强度和抗蠕变性差等缺点，影响了其更广泛的应用。铝作为地壳中含量极其丰富的金属，因其较小的密度、良好的耐蚀性和成形性等优点，被广泛应用在航空航天、交通运输和建筑机械等领域，其应用量在现代工业生产中仅次于钢铁，对国民经济的发展起着尤为重要的作用。
镁合金和铝合金二者性能互补性很强，在某些环境中二者的复合结构能够在保留各自性能特点的同时克服单一材料性能上的不足，实现节能、环保，且有助于进一步拓宽镁合金的应用领域。对于MgAl的液固复合铸造，其可靠连接受制于Mg、Al表面的氧化膜和在界面处形成的硬脆的金属间化合物。
专利CN105964919A公开了一种消失模铸造液-液复合铝-镁双金属铸件的方法，包括以下步骤：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。专利CN103691909A公开了一种铝/镁固液复合铸造成型方法，步骤如下：将厚度为3～10mm的铝合金管材机加到指定规格,经机械处理和化学清洗去除其内外表面的油污及氧化物后,置于空气炉中预热到150～450℃,采取CO2+0.5％SF6气氛保护熔炼,浇铸温度660～760℃；将熔铸模具在井式电阻炉中预热到450～650℃,保持20min；待模具预热完成后将其取出,将熔融的镁合金浇入其中,并将达到预热温度的铝包套置入镁合金液中；迅速将整个熔铸模具淬入室温水中,待界面凝固后放于空气中完成冷却。专利CN101497123公开了镁铝复合板材及其制造方法，由至少一层镁或镁合金板和至少一层铝或铝合金板真空压铸在一起构成,至少有一个两层结合面具有相互咬合的锯齿结构。这些方法或需要特殊工艺，或适应于特定结构，其应用受到限制。
发明内容
针对现有技术中存在的MgAl结合强度不足的缺陷，本发明提供了一种MgAl复合铸件制造方法，该方法在铝基材料结合表面利用选区激光熔化技术制备Al基点阵材料，然后利用液固复合铸造工艺实现铝基材料与镁合金的结合。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种MgAl复合铸件制造方法，包括如下步骤：
(1)在铝基材料的结合表面采用选区激光熔化技术制备Al基点阵材料；
(2)采用脱脂—热浸镀锌的方法对点阵材料表面进行处理；
(3)将铝基材料固定在铸型中，将镁合金熔体浇注到铸型内，铸造过程采用低压铸造工艺。
作为本发明的一种优选方案，采用碱性脱脂—热浸镀锌的方法对点阵材料表面进行处理。
作为本发明的一种改进方案，低压铸造工艺参数范围为：充型时间1～20s，保压时间5～15s，模具温度280～350℃，浇注温度680～750℃。
作为本发明的另一种改进方案，铝合金点阵结构类型为金字塔型或四面体型。
作为本发明的进一步改进方案，点阵材料结构参数范围：杆长0.8～3mm，杆径0.4～1.5mm，杆间夹角30～60°。
本发明的技术效果是：本发明将选区激光熔化增材制造及点阵材料应用于MgAl液固复合铸造，点阵材料由在空间周期排列的结点和连接结点的杆单元组成，具有高比表面、高孔隙率，结构及功能可设计，具有比金属泡沫和蜂窝材料更高的比强度、比刚度。选区激光熔融可以制造复杂的点阵结构，致密度高，技术成熟。本发明充分利用铝基点阵材料的高比表面积及与镁合金形成的三维互嵌结构，可以大幅度强化结合界面的冶金结合与机械结合作用，实现MgAl液固复合铸造结合界面的可靠连接。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
一种MgAl复合铸件制造方法，包括如下步骤：
(1)在铝基材料的结合表面采用选区激光熔化技术制备Al基点阵材料；
(2)采用脱脂—热浸镀锌的方法对点阵材料表面进行处理；
(3)将铝基材料固定在铸型中，将镁合金熔体浇注到铸型内，铸造过程采用低压铸造工艺。
其中，采用碱性脱脂—热浸镀锌的方法对点阵材料表面进行处理。低压铸造工艺参数范围为：充型时间1～20s，保压时间5～15s，模具温度280～350℃，浇注温度680～750℃。铝合金点阵结构类型为金字塔型或四面体型。点阵材料结构参数范围：杆长0.8～3mm，杆径0.4～1.5mm，杆间夹角30～60°。
实施例1
铝基点阵材料为ZL107，结构为金字塔型，杆长1mm，杆径0.4mm，杆间夹角45°。选区激光熔化成型工艺参数：激光功率160W，扫描速率700mm/s，光斑直径70μm，粉层厚度40μm，扫描间距150μm，制备铝基点阵材料。
表面处理：碳酸钠20g/L；硅酸钠19g/L；三聚磷酸钠15g/L；一种含十二烷基二乙醇酰胺乳化剂3g/L；余为水；温度80℃。将铝基点阵材料浸没在镀锌液中30s，同时进行搅拌。
复合铸造工艺参数：AZ91D镁合金充型时间2s，保压时间6s，模具温度350℃，浇注温度720℃。
实施例2
铝基点阵材料为ZL111，结构为四面体型，杆长2mm，杆径0.6mm，杆间夹角45°。选区激光熔化成型工艺参数：激光功率320W，扫描速率1455mm/s，光斑直径80μm，粉层厚度50μm，扫描间距110μm，制备铝基点阵材料。
表面处理：碳酸钠18g/L；硅酸钠15g/L；三聚磷酸钠12g/L；硝酸钠2g/L；一种含十二烷基二乙醇酰胺乳化剂2g/L；余为水；温度70℃。将铝基点阵材料浸没在镀锌液中40s，同时进行搅拌。
复合工艺参数：AM60B镁合金充型时间2s，保压时间6s，模具温度300℃，浇注温度690℃。
检测知，实施例1和实施例2中MgAl界面剪切强度分别可达176MPa和182MPa。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种MgAl复合铸件制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在铝基材料的结合表面采用选区激光熔化技术制备Al基点阵材料；
(2)采用脱脂—热浸镀锌的方法对点阵材料表面进行处理；
(3)将铝基材料固定在铸型中，将镁合金熔体浇注到铸型内，铸造过程采用低压铸造工艺。
2.根据权利要求1所述的一种MgAl复合铸件制造方法，其特征在于，采用碱性脱脂—热浸镀锌的方法对点阵材料表面进行处理。
3.根据权利要求1所述的一种MgAl复合铸件制造方法，其特征在于,低压铸造工艺参数范围为：充型时间1～20s，保压时间5～15s，模具温度280～350℃，浇注温度680～750℃。
4.根据权利要求1所述的一种MgAl复合铸件制造方法，其特征在于,铝合金点阵结构类型为金字塔型或四面体型。
5.根据权利要求1所述的一种MgAl复合铸件制造方法，其特征在于,点阵材料结构参数范围：杆长0.8～3mm，杆径0.4～1.5mm，杆间夹角30～60°。
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