CN111347028B - 一种金属空心球复合材料的铸造模具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种金属空心球复合材料的铸造模具及其制备方法，将金属基体放入模具三中，基体外径与模具三内径相等，将金属空心球放置于模具一内部上下两层金属丝网的中间，将装填有金属空心球的模具一放置于模具三之内，金属基体之上，将模具二套在模具一外部，置于模具三之上；将铸造模具放置于加热装置中进行加热至熔点以上，对模具一向下施加压力，使模具一向下运动至底，挤压模具三中的金属熔体向上填充进入模具一中，取出模具降温至室温得到金属空心球复合材料；本发明采用金属熔体在下、反向挤压填充的方法，提供了一种在无真空条件下简易实现的铸造模具和制备方法。易于在无真空条件下实现金属空心球复合材料的铸造成形，获得具有金属空心球在基体内排布均匀、结合良好的复合材料。

Description

一种金属空心球复合材料的铸造模具及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的铸造模具及其制备方法，具体涉及一种金属空心球复合材料的铸造模具及其制备方法。
背景技术
金属空心球复合材料是一种具有低密度、高比强度、良好的隔热、吸能、屏蔽特性的复合金属泡沫，通常通过铸造或粉末冶金方法实现金属空心球与金属基体的结合和复合材料的成形。现有金属空心球复合材料的铸造制备方法中，有重力铸造、压铸等。由于金属空心球作为铸造过程中存在于金属熔体中的异质相，一方面会阻挡金属熔体向堆叠的金属空心球中持续渗入，另一方面也影响金属熔体与金属空心球的充分接触和结合。所以，通常通过施加一定方向的力，实现金属基体熔体与大量金属空心球密切接触与结合，并保持金属空心球的一定排布。而且需要在真空环境下进行，以保证的金属基体与金属空心球的均匀结合和组织均匀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便捷、易于成形的金属空心球复合材料的铸造模具。本发明的目的还在于提供一种在无真空条件下易于获得成品质量好的金属空心球复合材料的制备方法。
本发明是这样实现的：
一种金属空心球复合材料的铸造模具，包括模具一、模具二和模具三，所述模具二设置在模具三的正上方，所述模具一设置在模具二和模具三的内部，所述模具一内部还设置有上下两层金属丝网。
所述模具一、模具二、模具三为圆柱桶形，所述模具三有底，所述模具一和模具二无底，所述模具一的外径与模具三的内径相等，所述模具二的内径、外径与模具三相等；
所述模具的材质为石墨。
一种金属空心球复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将金属基体放入模具三中，基体外径与模具三内径相等，将金属空心球放置于模具一内部上下两层金属丝网的中间，将装填有金属空心球的模具一放置于模具三之内，金属基体之上，将模具二套在模具一外部，置于模具三之上；
步骤二：将铸造模具放置于加热装置中进行加热至熔点以上，对模具一向下施加压力，使模具一向下运动至底，挤压模具三中的金属熔体向上填充进入模具一中，取出模具降温至室温得到金属空心球复合材料。
所述金属空心球直径为毫米级；
所述金属基体的熔点低于金属空心球的熔点；
所述金属丝网的熔点高于金属基体的熔点，丝网内径小于金属空心球外径。
本发明有益效果：
本发明通过反向挤压，下置的金属熔体由下而上进入堆叠的金属空心球中，并在空心球孔隙中充分填充，避免正向挤压中金属熔体从模具边缘溢出，而不能充分进入堆叠的金属空心球孔隙中的问题。通过此发明，熔体通过反向挤压向上运动，充分填充金属空心球的孔隙，达到金属基体与金属空心球充分结合的目的，减少铸件中的空洞和缺陷，提升复合材料的均匀性和多种性能。
本发明通过金属丝网限制金属空心球的位置，减少金属空心球在铸造过程中的金属空心球在熔体中漂浮的问题，避免普通无真空重力铸造过程中大量金属空心球漂浮的问题。减少了金属空心球的损耗，保持金属空心球在基体内的密排。
附图说明
图1为本发明中的铸造模具示意图；其中1是模具一，用于装填金属空心球；2是金属丝网；3是模具二；4是金属空心球；5是金属基体；6是模具三。
图2为本发明实施例1中获得的铝基金属空心球复合材料。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施案例，对本发明进行详细说明。
以金属空心球和金属基体为原材料，通过铸造模具，采取一定制备方法，获得金属空心球复合材料。
上述铸造模具具有如下特征：
1.铸造模具由三部分组成，其中，模具一为装填金属空心球的模具，模具二为保护模具，模具三为装填金属铸锭(基体)的模具。
2.模具三为圆柱形模具(有底)，模具一、二为圆柱筒形模具(无底)。其中模具一的外径与模具三的内径相等，模具二的内径、外径与模具三相等。
3.模具一放置于模具三内部，模具二装配于模具三之上、模具一外部。
4.模具材质为石墨。
将圆柱形金属铸锭放入模具三中，金属铸锭外径与模具三内径相等。将一定数量的金属空心球放置于模具一内部，在其上下放置金属丝网，用于固定金属空心球。将装填有金属空心球的模具一放置于模具三之内，金属铸锭之上。将模具二套在模具一外部，置于模具三之上。
上述制备方法具有如下特征：
将铸造模具放置于加热装置中进行加热至熔点以上，对模具一向下施加压力，使模具一向下运动至底，挤压模具三中的金属熔体向上填充进入模具一中。保温一段时间后降温冷却，或取出模具降温至室温。
金属空心球复合材料制备过程中的原材料还具有如下特征：
1.金属空心球直径为毫米级。
2.金属基体的熔点低于金属空心球的熔点。
3.金属丝网的熔点高于金属基体的熔点，丝网内径小于金属空心球外径。
实施例1
步骤一，装填原材料及组装模具。将316L不锈钢空心球装填进入模具一中，在其下和其上固定不锈钢金属丝网。将A356合金铸锭(基体)放入模具三底部。将模具一(及金属空心球)放置入模具三内、A356合金铸锭(基体)之上。将模具二套在模具一外部、至模具三之上。
步骤二，制备金属空心球复合材料。将组合模具放置入井式炉中进行加热。将模具加热至710℃并对模具一施加压力，使其向下运动至模具三底部。保温45分钟后，取出模具。空气冷却至室温，取出样品。
实施例2
步骤一，装填原材料及组装模具。将316L不锈钢空心球装填进入模具一中，在其下和其上固定不锈钢金属丝网。将1100纯铝铸锭(基体)放入模具三底部。将模具一(及金属空心球)放置入模具三内、1100纯铝铸锭(基体)之上。将模具二套在模具一外部、至模具三之上。
步骤二，制备金属空心球复合材料。将组合模具放置入井式炉中进行加热。将模具加热至690℃并对模具一施加压力，使其向下运动至模具三底部。保温45分钟后，取出模具。空气冷却至室温，取出样品。
实施例3
步骤一，装填原材料及组装模具。将TC4钛合金空心球装填进入模具一中，在其下和其上固定不锈钢金属丝网。将1100纯铝铸锭(基体)放入模具三底部。将模具一(及金属空心球)放置入模具三内、1100纯铝铸锭(基体)之上。将模具二套在模具一外部、至模具三之上。
步骤二，制备金属空心球复合材料。将组合模具放置入井式炉中进行加热。将模具加热至690℃并对模具一施加压力，使其向下运动至模具三底部。保温30分钟后，取出模具。空气冷却至室温，取出样品。
实施例4
步骤一，装填原材料及组装模具。将NiTi合金空心球装填进入模具一中，在其下和其上固定不锈钢金属丝网。将1100纯铝铸锭(基体)放入模具三底部。将模具一(及金属空心球)放置入模具三内、1100纯铝铸锭(基体)之上。将模具二套在模具一外部、至模具三之上。
步骤二，制备金属空心球复合材料。将组合模具放置入井式炉中进行加热。将模具加热至690℃并对模具一施加压力，使其向下运动至模具三底部后取出模具。空气冷却至室温，取出样品。
在本发明中，采用金属熔体在下、反向挤压填充的方法，提供了一种在无真空条件下简易实现的铸造模具和制备方法。通过使用该铸造模具和相应的制备方法，易于在无真空条件下实现金属空心球复合材料的铸造成形，获得具有金属空心球在基体内排布均匀、结合良好的复合材料。金属熔体向堆叠的金属空心球中填充均匀完整，解决正向挤压带来的熔体溢出、填充不足、结合不好等问题。
综上所述：本发明提供的是一种金属空心球复合材料的铸造模具及其制备方法。将金属空心球装填进入模具一中，在其下和其上固定不锈钢金属丝网。将金属铸锭(基体)放入模具三底部。将模具一(及金属空心球)放置入模具三内、金属铸锭(基体)之上。将模具二套在模具一外部、至模具三之上。将组合模具放置入井式炉中进行加热。将模具加热至一定温度后对模具一施加压力，使其向下运动至模具三底部。保温一段时间后，取出模具。空冷至室温，获得金属空心球复合材料。本发明采用金属熔体在下、反向挤压填充的方法，提供了一种在无真空条件下简易实现的铸造模具和制备方法。易于在无真空条件下实现金属空心球复合材料的铸造成形，获得具有金属空心球在基体内排布均匀、结合良好的复合材料。

Claims (4)

1.一种金属空心球复合材料的制备方法，其特征是，利用金属空心球复合材料的铸造模具，所述模具包括模具一、模具二和模具三，所述模具二设置在模具三的正上方，所述模具一设置在模具二和模具三的内部，所述模具一、模具二、模具三为圆柱桶形，所述模具三有底，所述模具一和模具二无底，所述模具一的外径与模具三的内径相等，所述模具二的内径、外径与模具三相等；所述模具一内部还设置有上下两层金属丝网，所述金属丝网用来限制金属空心球的位置；包括如下步骤：
步骤一：将金属基体放入模具三中，基体外径与模具三内径相等，将金属空心球放置于模具一内部上下两层金属丝网的中间，将装填有金属空心球的模具一放置于模具三之内，金属基体之上，将模具二套在模具一外部，置于模具三之上；
步骤二：将铸造模具放置于加热装置中进行加热至熔点以上，对模具一向下施加压力，使模具一向下运动至底，挤压模具三中的金属熔体向上填充进入模具一中，取出模具降温至室温得到金属空心球复合材料，所述丝网内径小于金属空心球外径，所述模具的材质为石墨。
2.根据权利要求1所述的金属空心球复合材料的制备方法，其特征是，所述金属空心球直径为毫米级。
3.根据权利要求1所述的金属空心球复合材料的制备方法，其特征是，所述金属基体的熔点低于金属空心球的熔点。
4.根据权利要求1所述的金属空心球复合材料的制备方法，其特征是，所述金属丝网的熔点高于金属基体的熔点。
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