CN111886325A - 在压铸中用作润滑剂的组合物，使用其的方法，以及利用其生产的产品 - Google Patents

在压铸中用作润滑剂的组合物，使用其的方法，以及利用其生产的产品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及润滑剂组合物和通过在由注入模的熔融金属铸造产品前将这种润滑剂组合物施加于模工作面来生产压铸产品的方法。所述组合物充当所述模与所得产品之间的润滑剂，并且含有与金属的氧化物反应以去除在压铸过程中熔体的表面上形成的氧化物层的至少一种活性组分。

Description

在压铸中用作润滑剂的组合物，使用其的方法，以及利用其生 产的产品
发明背景
本发明大体上涉及压铸。本发明具体而言涉及在铸造前施加于模工作面的润滑剂。
压铸惯常用于许多具有复杂形状的金属组件的大量生产。通常用于压铸的金属包括锌、镁、铝和它们相应的合金。在这些过程中，使用高压和高温将液态金属(熔体)注入模(通常但不一定是钢模)腔。为了保护金属模免受与熔体反应或因熔体而降解并且延长模的使用寿命，惯常地在铸造周期之前和周期之间将模润滑剂(也被称为脱模液)喷雾于模工作面(例如铸造期间熔体所接触的表面)上。本领域众所周知的可商购获得的模润滑剂通常是油基或水基的。
在压铸过程中模工作面上润滑剂的存在可能造成问题。例如，常规模润滑剂在一个或更多个铸造周期后可能在模表面上留下必须去除的残余物，从而导致可用时间减少且生产率降低。另外，常规模润滑剂通常因润滑剂的蒸发而产生相对大量的气体。这种模内气体增加趋向于在压铸产品中形成不期望的夹杂物和孔隙，这可能导致废料率提高和/或产品过早损坏。此外，夹杂物和孔隙的存在可能导致压铸产品不适合于后续热处理(例如时效硬化)。例如，在加热期间夹杂物和孔隙可能通过形成例如微裂纹和/或起泡而使压铸产品劣化。这类压铸产品的延展性有限，对于某些关键或要求高的结构应用(非限制性实例是客车的前横档和前控制臂)而言延展性过低。
通过利用更高注入温度和更高压力以实现更高注入速率和改进的装模(即，克服熔体的差流动性)来努力克服压铸期间的气体产生。但升高铸造温度和压力导致模磨损增加且模使用寿命减少，从而导致成本提高。特别是针对铝压铸产品尝试的其他方法涉及降低熔体的含铁量。但降低铝合金的含铁量促进了熔体与钢模间的反应，从而导致模使用寿命减少。随着对可热处理的压铸产品的要求提高，压铸中所用的合金对诸如铁的杂质的耐性降低。这连同其他合金元素的添加使得压铸因熔体流动性降低而更加困难。
鉴于上述，可理解对于能够促进装模改进并同时降低夹杂物和孔隙形成的可能性、从而导致压铸产品更可能为可热处理的模润滑剂存在持续的需求。
发明简述
本发明提供能够生产压铸产品的润滑剂组合物和压铸法，其特征在于相对于使用常规模润滑剂生产的压铸产品而言夹杂物和孔隙减少。
根据本发明的一个方面，在压铸过程中提供润滑剂组合物以涂布与含有熔融金属的熔体接触的模工作面。组合物包括载液和与金属的氧化物反应以去除熔体的表面上形成的氧化物层的至少一种活性组分。
根据本发明的另一个方面，生产压铸产品的方法包括：提供用于铸造含有熔融金属的熔体的模，用含有至少一种活性组分的润滑剂组合物涂布模工作面，将一定量的熔体注入模使得熔体接触工作面并且至少一种活性组分与金属的氧化物反应以去除熔体的表面上形成的氧化物层，并且使熔体在模中凝固以产生压铸产品。
本发明的其他方面包括利用上述润滑剂组合物和方法生产的压铸产品。
上述润滑剂组合物和方法的技术效果优选包括生产具有相对于利用常规润滑剂生产的压铸产品而言减少的夹杂物和孔隙的压铸产品的能力，并且因此产品能够经受后续热处理以改进压铸产品的性质、例如延展性。
本发明的其他方面和优点将从以下详细描述中被理解。
附图简述
图1是通过使用商业润滑剂的压铸生产的压铸产品中孔隙的光学图像。
图2是通过使用根据本发明的非限制性方面的润滑剂组合物的压铸生产的压铸产品中孔隙的光学图像。
发明详述
本公开描述了适合用于压铸各种金属和金属合金(本文中简称为金属)、包括但不限于铝和其合金的润滑剂组合物。因而术语“金属”将用来描述熔体和由其生产的压铸产品，并且涵盖其组成可为或至少含有纯金属或金属合金的熔体和产品。润滑剂组合物适于在压铸前被施加于模工作面，并且促进工作面被熔体润湿增多，从而导致装模改进、表面光洁度改进，并且所得压铸产品中孔隙和夹杂物减少。由于夹杂物和孔隙减少，通过使用润滑剂组合物的方法生产的压铸产品优选为可热处理的并因此能够展现适合于诸如结构应用的某些应用的改进的机械性质。各种已知的模和压铸设备都能够使用本文所述的润滑剂组合物，并且因此在此将不作任何详细描述。
在本公开的一个实施方案中，用作润滑剂的组合物包含载液和至少一种活性组分。出于本公开的目的，术语“活性组分”指的是能够与金属的氧化物反应以去除熔体的表面上形成的氧化物层的润滑剂组合物的添加剂。这样做时，活性组分能够促进压铸操作的一种或更多种性质或结果，非限制性实例是改进熔体的装模并且夹杂物和孔隙减少，由此产生可热处理的压铸产品。
润滑剂组合物的载液可为一种或更多种不同的润滑剂，包括商业压铸操作中通常使用的已知油基和水基模润滑剂(脱模液)。这种载液可为液体和一种或更多种其他成分的混合物，例如含有水的乳液。非限制性实例包括可以名称Cast-Rite® AMZ III商购自Cross Chemical公司的合成水溶性脱模液，其被报告适合于压铸铝、镁和锌。
润滑剂组合物的活性组分包括当与熔体接触时与在压铸操作中例如因熔体暴露于氧气(空气)而形成的熔体中一种或更多种金属的一种或更多种氧化物反应或互作的卤盐化合物的混合物。非限制性实例是在压铸中含铝熔体上形成的氧化铝(铝土，Al2O3)。活性组分特别地与氧化物反应以去除熔体的表面上形成的氧化物层，和/或降低熔体的表面上形成氧化物层的可能性。除减少所得压铸产品中氧化物的夹杂物以外，去除氧化物层降低了熔体的表面张力以改进流动性并且促进模表面被熔体润湿，由此促进装模。因此，润滑剂组合物能够因熔体的湍流减少而减少压铸产品中的孔隙和氧化物夹杂物。压铸产品中的孔隙和夹杂物可减少至产品可被热处理以实现机械性质改进的程度。例如，通过使用上述润滑剂组合物的方法生产的压铸产品可在热处理后具有改进的延展性，并因此具有适合于诸如汽车的发动机架和转向臂(通常由铝合金制成)的结构应用的性质。
润滑剂组合物的优选活性组分是能够在压铸过程中熔融的那些。具有这些特性的活性组分的显著实例包括各种氟盐的混合物，包括但不限于以下氟化合物中的一种或更多种的化合物：LiF、NaF、AlF3、KF、TiF4、BF3、ZrF4和CaF2。这种化合物的具体但非限制性的实例是络合盐，诸如KAlF4 (KF和AlF3的化合物)、K2TiF6 (KF和TiF4的化合物)和KBF4 (KB和BF3的化合物)。替代地或另外，润滑剂组合物可含有含其他卤盐(例如溴化合物和氯化合物)的一种或更多种混合物作为润滑剂组合物的活性组分。活性组分可作为固体加入载液并且通过搅拌形成悬浮液或溶液而掺入载液。如果悬浮于载液中，为了降低可用来将润滑剂组合物施加于模工作面的喷雾嘴阻塞的风险，活性组分的适合粒度一般大约为小于三十微米。
与载液掺合的活性组分的量可视载液的组成而变化。足够量的活性组分是可实验测定对应于预定模大小和熔体体积有效(即使不完全)去除熔体的暴露表面上氧化物层的量。在实践中，认为上述卤盐化合物的一种或更多种可与载液以多达约1克每加仑(约0.26克每升)、例如约0.5至1克每加仑(约0.13至0.26克每升)的量组合。
除活性组分以外，本发明的润滑剂组合物可包括促进组合物或所得压铸产品的各种性质的其他添加剂。例如，还可将诸如TiB2的惰性纳米颗粒的模保护物加入润滑剂组合物，以通过抑制压铸产品粘附于模工作面而保护并延长模的寿命。模保护物和/或其他添加剂可在其加入载液前与活性组分混合，或可分别地掺合入载液。与活性组分一样，模保护物和任何其他添加剂的粒度应足够小，使得颗粒将不阻塞用来将润滑剂组合物喷雾于模工作面上的喷雾嘴。诸如TiB2的模保护物颗粒的优选粒度小于100纳米，更优选几纳米。
图1和2是表示利用类似的压铸法以及预涂布有商业润滑剂或含有卤盐混合物作为活性组分的润滑剂组合物的模生产的压铸产品中孔隙的分布和形状的光学图像。如所显示的，在使用含有活性组分的润滑剂组合物生产的压铸产品中孔隙大小明显减小。
鉴于前文，使用如本文所述的润滑剂组合物生产压铸产品的方法一般要求：提供适合于铸造具有目标特定金属组成的产品的模，用润滑剂组合物涂布模的内模腔表面，将熔融量的金属组合物(熔体)注入模腔使得熔体接触模工作面并且活性组分与金属组合物中金属的氧化物反应以去除熔体的表面上形成的氧化物层，并且使熔体在模中凝固以产生压铸产品。各种金属组合物都可使用这种方法来铸造，其具体但非限制性的实例是铝和其合金。
如先前描述的，由本文所述的方法生产的压铸产品优选能够展现足够低水平的夹杂物和/或孔隙，以使产品适合于热处理而实现期望的机械性质，诸如但不限于延展性提高。合适的热处理包括但不限于时效硬化处理。
鉴于前文，在压铸过程中使用如上文所描述类型的润滑剂组合物的优点可包括以下中的一者或更多者：因注入温度降低使模使用寿命延长，装模所需的力/压力降低，所得压铸产品中孔隙和夹杂物减少，产品为可热处理的，并且压铸产品、诸如但不限于适合于结构应用的压铸铝部件展现相对高的延展性。
尽管已根据特定实施方案描述了本发明，但显而易见的是本领域技术人员可采用其他形式。例如，润滑剂组合物中的成分和它们的量可视例如成分和预期应用而变化，并且可使用除所指那些以外的材料和过程/方法。另外，本发明涵盖其中可除去或组合不同所公开实施方案的一个或更多个特征或方面的另外的实施方案。因此，本发明的范围应仅由以下权利要求书限制。

Claims (20)

1.一种润滑剂组合物，其用于在压铸过程中涂布与含有熔融金属的熔体接触的模工作面，所述润滑剂组合物包含：
载液，和
至少一种活性组分，其与所述金属的氧化物反应以去除所述熔体的表面上形成的氧化物层。
2.权利要求1的润滑剂组合物，其中所述载液是模润滑剂。
3.权利要求1或2的润滑剂组合物，其中所述至少一种活性组分是悬浮于所述载液中的固体。
4.权利要求3的润滑剂组合物，其中所述至少一种活性组分具有小于三十微米的粒度。
5.权利要求1至4中任一项的润滑剂组合物，其中所述至少一种活性组分是卤盐化合物的混合物。
6.权利要求5的润滑剂组合物，其中所述卤盐化合物包含LiF、NaF、AlF3、KF、TiF4、BF3、ZrF4和CaF2中的一种或更多种。
7.权利要求6的润滑剂组合物，其中所述卤盐化合物的混合物是KAlF4、K2TiF6或KBF4。
8.权利要求1至7中任一项的润滑剂组合物，其还包含抑制压铸产品粘附于所述模工作面的模保护物。
9.权利要求8的润滑剂组合物，其中所述模保护物包含TiB2的纳米颗粒。
10.一种生产压铸产品的方法，所述方法包括：
提供用于铸造含有熔融金属的熔体的模；
用含有至少一种活性组分的润滑剂组合物涂布模工作面；
将一定量的所述熔体注入所述模，使得所述熔体接触所述工作面并且所述至少一种活性组分与所述金属的氧化物反应以去除所述熔体的表面上形成的氧化物层；并且
使所述熔体在所述模中凝固以产生所述压铸产品。
11.权利要求10的方法，其进一步包括生产所述润滑剂组合物以使所述至少一种活性组分包括在载液中。
12.权利要求11的方法，其中所述载液是模润滑剂。
13.权利要求11或12的方法，其中所述至少一种活性组分是悬浮于所述载液中的固体。
14.权利要求13的方法，其中所述至少一种活性组分具有小于三十微米的粒度。
15.权利要求10至14中任一项的方法，其中所述至少一种活性组分是卤盐化合物的混合物。
16.权利要求15的方法，其中所述卤盐化合物包含LiF、NaF、AlF3、KF、TiF4、BF3、ZrF4和CaF2中的一种或更多种。
17.权利要求10至16中任一项的方法，其中所述润滑剂组合物包含抑制所述压铸产品粘附于所述模工作面的模保护物。
18.权利要求10至17中任一项的方法，其进一步包括对所述压铸产品进行热处理以提高所述产品的延展性。
19.权利要求10至18中任一项的方法，其中所述金属是铝或铝合金，并且所述压铸产品由铝或铝合金形成。
20.一种通过权利要求10至19中任一项的方法生产的压铸产品。
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