CN110405181A - 一种金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法 - Google Patents
一种金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，步骤包括：1)制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒；2)将陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌20～80分钟直至均匀，再胶磨2～5次，制得陶瓷粉末涂料；3)将陶瓷粉末涂料均匀地涂敷在泡沫塑料异型棒表面，将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层；4)将泡沫塑料异型棒植入铸型中，设定好位置并浇注液态金属，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。本发明的方法，简便易行，制造成本低。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，涉及一种金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法。
背景技术
铸造作为人类掌握时间较早的一种金属热加工工艺，是一门古老又崭新的技术；同时铸造作为现代机械制造工业的基础工艺之一，其发展也标志着一个国家的工业实力，在国家建设的各个领域里扮演着不可或缺的角色。铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。
铸造技术广泛应用于各行各业中，实际应用中的铸件大多需要铸造加工孔以适用于各种工作场合，因功能性的差异，金属内孔的形状也往往不同。随着现代机械制造工业的飞速发展和国外先进技术的引进，业内对金属件内孔的形状多样性需求愈来愈高。由于在实际生产中，对于异型孔(如方形、三角形、不规则形状等)和弯曲孔及不规则走向的孔，钻孔等机加工方法目前很难加工，激光加工、电子束加工和电火花等特种加工方法虽能加工异型孔，但对弯曲孔及不规则走向的孔，如阀体内的油路、气路等通道无法加工。这类内孔需要采用铸造方法用型芯(砂芯)来制备成型。对较大的、不太复杂的孔，铸造出来比较容易，但对较小内径、走向复杂的内孔，浇铸凝固以后，型芯(砂芯)极难清理出来，型芯(砂芯)留在金属件内部而得不到通孔。因此研究开发出操作高效简单、可解决加工异型弯曲孔困难及无法加工不规则走向孔问题的孔加工方法已经迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，解决传统孔加工技术在金属内孔加工中效率低、可加工形状单一以及加工异型孔、弯曲孔困难、无法加工不规则走向孔的问题。
本发明采用的技术方案是，一种金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒，
步骤2，制备陶瓷粉末涂料，
将陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌20～80分钟直至均匀，再胶磨2～5次，制得陶瓷粉末涂料；
步骤3，涂敷陶瓷粉末涂料，
将步骤2中制得的陶瓷粉末涂料均匀地涂敷在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，涂敷工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层；
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中，设定好位置并浇注液态金属，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
本发明的有益效果是，包括以下方面：
1)本发明的制备方法，与传统孔加工工艺相比，可通过对泡沫塑料棒进行预处理加工成任意形状的泡沫塑料异型棒，因此可制备任意截面形状如三角形四方形五角形六方形及不规则形状和任意走向的金属内异型弯曲孔，且弯曲孔及不规则走向的孔如阀体内的油路、气路等通道，只有这种方法可以加工出，具有效率高、制备方法简单、操作性灵活的优点。
2)本发明的制备方法，使用泡沫塑料异型棒制备金属件内异型孔，在泡沫塑料异型棒表面涂敷陶瓷粉末涂料，制备完成后金属件内异型孔表面陶瓷化，具有改善金属件内异型孔表面强度，提高其耐腐蚀耐磨性能的作用。
3)本发明的制备方法，根据零件的性能要求选取陶瓷粉末，采用的原材料来源广泛，极大降低了生产及使用成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒，
根据待加工金属件内异型弯曲孔形状及尺寸要求对泡沫塑料棒材进行切割处理，在泡沫塑料棒材切口处均匀的涂抹一层PVB松香复合粘结剂，粘结拼接处理，得到与所需内孔截面尺寸、形状相同、走向一致的泡沫塑料异型棒；
步骤2，制备陶瓷粉末涂料，
按照质量百分比称量以下组分：25％-65％的陶瓷粉末，陶瓷粉末具有耐磨耐腐蚀作用，可以根据零件的性能要求选取；1.5％-16％的铝溶胶，铝溶胶具有胶粘性、吸附性、稳定性；0.15％-1.5％的聚乙烯醇，聚乙烯醇具有保湿性、黏合性；0.15％-0.8％的羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠具有黏合、增稠、乳化、保水性能；0.15％-1.8％的钛酸酯，钛酸酯作为偶联剂具有偶联效果、提高耐磨性、耐候性；25％-55％的去离子水，作为溶剂使用，合计100％；
将上述的陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌20～80分钟直至均匀，再胶磨2～5次，制得陶瓷粉末涂料；
步骤3，涂敷陶瓷粉末涂料，
将步骤2中制得的陶瓷粉末涂料均匀地涂敷(视情况刷涂、淋涂、浸涂或者喷涂)在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，涂敷工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，在35～60℃温度条件下烘烤10～40小时，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层。
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中，设定好位置并浇注液态金属，
将涂覆有陶瓷粉末涂层的泡沫塑料异型棒植入铸型中的设定位置并固定牢靠，将液态金属匀速浇注入铸型中，泡沫塑料异型棒在高温下分解挥发气化，其表面的陶瓷粉末涂层通过扩散、毛细和烧结作用铸渗在金属件内异型弯曲孔内壁，冷却凝固后金属件异型弯曲孔内壁陶瓷化，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
实施例1
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒
根据待加工金属件内异型弯曲孔形状及尺寸要求对泡沫塑料棒材进行切割处理，在泡沫塑料棒材切口处均匀的涂抹一层PVB胶粘剂后，粘结拼接处理成所要求的尺寸形状，得到泡沫塑料异型棒。
步骤2，制备碳化硅陶瓷粉末涂料
按照质量百分比称量以下组分：30％的碳化硅陶瓷粉末，15％的铝溶胶，1.5％的聚乙烯醇，0.8％的羧甲基纤维素钠，1.8％的钛酸酯偶联剂，50.9％的去离子水，合计100％；
将上述的碳化硅陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌20分钟直至均匀、并胶磨2次可制得碳化硅陶瓷粉末涂料。
步骤3，涂敷碳化硅陶瓷粉末涂料
将步骤2中制备的碳化硅陶瓷粉末涂料均匀地刷涂在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，刷涂工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，在35℃温度条件下烘烤10小时，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层。
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置并浇注液态金属
将步骤3中最终制备完成的泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置，将液态金属匀速浇注入铸型中，泡沫塑料异型棒在高温下分解挥发气化，其表面的碳化硅陶瓷粉末涂层通过扩散、毛细和烧结作用铸渗在金属件内异型弯曲孔内壁，冷却凝固后金属件异型弯曲孔内壁陶瓷化，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
实施例2
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒
根据待加工金属件内异型弯曲孔形状及尺寸要求对泡沫塑料棒材进行切割处理，在泡沫塑料棒材切口处均匀的涂抹一层PVB胶粘剂后，粘结拼接处理成所要求的尺寸形状，得到泡沫塑料异型棒。
步骤2，制备碳化硅陶瓷粉末涂料
按照质量百分比称量以下组分：64.55％的碳化硅陶瓷粉末，10％的铝溶胶，0.15％的聚乙烯醇，0.15％的羧甲基纤维素钠，0.15％的钛酸酯偶联剂，25％的去离子水，合计100％；
将上述的碳化硅陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌80分钟直至均匀、并胶磨5次可制得碳化硅陶瓷粉末涂料。
步骤3，涂敷碳化硅陶瓷粉末涂料
将步骤2中制备的碳化硅陶瓷粉末涂料均匀地淋涂在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，淋涂工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，在60℃温度条件下烘烤40小时，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层。
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置并浇注液态金属
将步骤3中最终制备完成的泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置，将液态金属匀速浇注入铸型中，泡沫塑料异型棒在高温下分解挥发气化，其表面的碳化硅陶瓷粉末涂层通过扩散、毛细和烧结作用铸渗在金属件内异型弯曲孔内壁，冷却凝固后金属件异型弯曲孔内壁陶瓷化，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
实施例3
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒
根据待加工金属件内异型弯曲孔形状及尺寸要求对泡沫塑料棒材进行切割处理，在泡沫塑料棒材切口处均匀的涂抹一层PVB胶粘剂后，粘结拼接处理成所要求的尺寸形状，得到泡沫塑料异型棒。
步骤2，制备二氧化锆陶瓷粉末涂料
按照质量百分比称量以下组分：32％的二氧化锆陶瓷粉末，10％的铝溶胶，1％的聚乙烯醇，0.5％的羧甲基纤维素钠，1.5％的钛酸酯偶联剂，55％的去离子水，合计100％；
将上述的二氧化锆陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌40分钟直至均匀、并胶磨3次可制得二氧化锆陶瓷粉末涂料。
步骤3，涂敷二氧化锆陶瓷粉末涂料
将步骤2中制备的二氧化锆陶瓷粉末涂料均匀地喷涂在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，喷涂工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，在40℃温度条件下烘烤20小时，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层。
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置并浇注液态金属
将步骤3中最终制备完成的泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置，将液态金属匀速浇注入铸型中，泡沫塑料异型棒在高温下分解挥发气化，其表面的二氧化锆陶瓷粉末涂层通过扩散、毛细和烧结作用铸渗金属件内异型弯曲孔内壁，冷却凝固后金属件异型弯曲孔内壁陶瓷化，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
实施例4
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒
根据待加工金属件内异型弯曲孔形状及尺寸要求对泡沫塑料棒材进行切割处理，在泡沫塑料棒材切口处均匀的涂抹一层PVB胶粘剂后，粘结拼接处理成所要求的尺寸形状，得到泡沫塑料异型棒。
步骤2，制备二氧化锆陶瓷粉末涂料
按照质量百分比称量以下组分：40％的二氧化锆陶瓷粉末，15％的铝溶胶，1％的聚乙烯醇，0.5％的羧甲基纤维素钠，0.5％的钛酸酯偶联剂，43％的去离子水，合计100％；
将上述的二氧化锆陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌50分钟直至均匀、并胶磨3次可制得二氧化锆陶瓷粉末涂料。
步骤3，涂敷二氧化锆陶瓷粉末涂料
将步骤2中制备的二氧化锆陶瓷粉末涂料均匀地淋涂在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，淋涂工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，在40℃温度条件下烘烤25小时，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层。
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置并浇注液态金属
将步骤3中最终制备完成的泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置，将液态金属匀速浇注入铸型中，泡沫塑料异型棒在高温下分解挥发气化，其表面的二氧化锆陶瓷粉末涂层通过扩散、毛细和烧结作用铸渗金属件内异型弯曲孔内壁，冷却凝固后金属件异型弯曲孔内壁陶瓷化，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
实施例5
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒
根据待加工金属件内异型弯曲孔形状及尺寸要求对泡沫塑料棒材进行切割处理，在泡沫塑料棒材切口处均匀的涂抹一层PVB胶粘剂后，粘结拼接处理成所要求的尺寸形状，得到泡沫塑料异型棒。
步骤2，制备立方氮化硼陶瓷粉末涂料
按照质量百分比称量以下组分：65％的立方氮化硼陶瓷粉末，5％的铝溶胶，1.5％的聚乙烯醇，0.5％的羧甲基纤维素钠，1％的钛酸酯偶联剂，27％的去离子水，合计100％；
将上述的立方氮化硼陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌80分钟直至均匀、并胶磨4次可制得立方氮化硼陶瓷粉末涂料。
步骤3，涂敷立方氮化硼陶瓷粉末涂料
使步骤2中制备的立方氮化硼陶瓷粉末涂料均匀地浸涂在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，浸涂工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，在60℃温度条件下烘烤30小时，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层；
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置并浇注液态金属
将步骤3中最终制备完成的泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置，将液态金属匀速浇注入铸型中，泡沫塑料异型棒在高温下分解挥发气化，其表面的立方氮化硼陶瓷粉末涂层通过扩散、毛细和烧结作用铸渗金属件内异型弯曲孔内壁，冷却凝固后金属件异型弯曲孔内壁陶瓷化，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
实施例6
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒
根据待加工金属件内异型弯曲孔形状及尺寸要求对泡沫塑料棒材进行切割处理，在泡沫塑料棒材切口处均匀的涂抹一层PVB胶粘剂后，粘结拼接处理成所要求的尺寸形状，得到泡沫塑料异型棒。
步骤2，制备立方氮化硼陶瓷粉末涂料
按照质量百分比称量以下组分：55％的立方氮化硼陶瓷粉末，12％的铝溶胶，1％的聚乙烯醇，0.3％的羧甲基纤维素钠，1.7％的钛酸酯偶联剂，30％的去离子水，合计100％；
将上述的立方氮化硼陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌50分钟直至均匀、并胶磨5次可制得立方氮化硼陶瓷粉末涂料。
步骤3，涂敷立方氮化硼陶瓷粉末涂料
将步骤2中制备的立方氮化硼陶瓷粉末涂料均匀地喷涂在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，喷涂工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，在55℃温度条件下烘烤35小时，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层；
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置并浇注液态金属
将步骤3中最终制备完成的泡沫塑料异型棒植入铸型中设定位置，将液态金属匀速浇注入铸型中，泡沫塑料异型棒在高温下分解挥发气化，其表面的立方氮化硼陶瓷粉末涂层通过扩散、毛细和烧结作用铸渗金属件内异型弯曲孔内壁，冷却凝固后金属件异型弯曲孔内壁陶瓷化，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
Claims (5)
1.一种金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1，制备与所需孔型形状一致的泡沫塑料异型棒；
步骤2，制备陶瓷粉末涂料，
将陶瓷粉末、铝溶胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、偶联剂钛酸酯分别匀速加入去离子水中，搅拌20～80分钟直至均匀，再胶磨2～5次，制得陶瓷粉末涂料；
步骤3，涂敷陶瓷粉末涂料，
将步骤2中制得的陶瓷粉末涂料均匀地涂敷在步骤1中制得的泡沫塑料异型棒表面，涂敷工艺完成后将泡沫塑料异型棒置于恒温箱中烘烤，使得陶瓷粉末涂料变成陶瓷粉末涂层；
步骤4，将泡沫塑料异型棒植入铸型中，设定好位置并浇注液态金属，即获得含有耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的金属件。
2.根据权利要求1所述的金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中，具体过程是，
根据待加工金属件内异型弯曲孔形状及尺寸要求对泡沫塑料棒材进行切割处理，在泡沫塑料棒材切口处均匀的涂抹一层PVB松香复合粘结剂，粘结拼接处理，得到与所需内孔截面尺寸、形状相同、走向一致的泡沫塑料异型棒。
3.根据权利要求1所述的金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中，陶瓷粉末涂料按照质量百分比，包括以下组分：25％-65％的陶瓷粉末，1.5％-16％的铝溶胶，0.15％-1.5％的聚乙烯醇，0.15％-0.8％的羧甲基纤维素钠，0.15％-1.8％的钛酸酯，25％-55％的去离子水，合计100％。
4.根据权利要求1所述的金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中，
烘烤工艺参数是，在35～60℃温度条件下烘烤10～40小时。
5.根据权利要求1所述的金属件耐磨耐腐蚀陶瓷内壁异型弯曲孔的制备方法，其特征在于：所述的步骤4中，具体过程是，
将涂覆有陶瓷粉末涂层的泡沫塑料异型棒植入铸型中的设定位置并固定牢靠，将液态金属匀速浇注入铸型中，泡沫塑料异型棒在高温下分解挥发气化，其表面的陶瓷粉末涂层通过扩散、毛细和烧结作用铸渗在金属件内异型弯曲孔内壁，冷却凝固后金属件异型弯曲孔内壁陶瓷化，即成。
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