CN112170818A - 一种铜铸件的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜铸件的生产方法，属于冶金领域，包括以下步骤：步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，成型得到铜铸件。本发明的一种铜铸件的生产方法，通过利用铜铸件浇注时的热量，给予涂覆在模具内壁的混合膏剂热能，混合膏剂反应得到一层混合有片状石墨烯的复合镀层，大大提高了铜铸件的散热性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种铜铸件的生产方法。
背景技术
随着工业的发展，各种行业飞速发展，其中，铜铸件的应用领域也更加广泛，铜铸件的生产工艺中现有的方法是采用铜熔液进行浇铸制得，但是铜铸件在使用过程中由于散热性能不好，耐磨性能较差，大大限制了其应用范围。现有的改进方法，大多是从铜熔液的成分里添加金属元素进行改进。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种铜铸件的生产方法。
本发明的技术解决方案如下：
一种铜铸件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，成型得到铜铸件。
优选地，所述步骤一中，氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100:3-8:1-5。
优选地，所述步骤二中，所述石墨为在双氧水和/或氨水中浸渍1-3h后的改性石墨。
优选地，所述步骤二中，所述石墨占粘结剂溶液的质量百分比为1-10%。
优选地，所述步骤二中，所述混合溶液中还添加有占混合溶液质量百分比为1-5%的分散剂。
优选地，所述分散剂为聚乙二醇、丙三醇、盐酸、醋酸、甲酸和柠檬酸的一种或多种。
优选地，所述混合粉料的粒径为25-60nm。
优选地，所述步骤三中，在浇注之前还包括附加步骤，其具体为：对模具在50-110℃下预热1-3min。
优选地，所述步骤三中，脱模剂为防粘砂。
优选地，所述步骤三中，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1100-1150℃。
本发明至少具有以下有益效果之一：
（1）本发明的一种铜铸件的生产方法，通过利用铜铸件浇注时的热量，给予涂覆在模具内壁的混合膏剂热能，混合膏剂反应得到一层混合有片状石墨烯的复合镀层，大大提高了铜铸件的散热性和耐磨性能。
（2）本发明的一种铜铸件的生产方法，通过利用改性剂与石墨中的环氧基和羟基反应，通过降低环氧基和羟基密度，使改性氧化石墨膜在后续操作中发生自蔓延剥离反应而非燃烧反应。
（3）本发明的一种铜铸件的生产方法，利用铜熔液的高温引发改性氧化石墨的自蔓延反应和混合粉料的受热反应，生产含有片状的氧化石墨烯的氧化铝复合相，其机理在于：改性后的氧化石墨存在环氧基、羟基、羧基和羰基；环氧基为活泼含氧官能团，受热易分解，产生的一氧化碳、二氧化碳和水分子等气体，一方面该气体使得铜熔液浇注在无氧条件下进行，保证了铜铸件基体的无氧条件，减少其被氧化的可能性，更利于提高其性能。环氧基受热发生自发的分解反应，该反应为放热反应，一个环氧基分解释放的热量可继续催化其他环氧基的分解，引发氧化石墨中环氧基的爆炸式分解。另一方面当气体的生成速率较大时，产生的压力使得氧化石墨膜更易剥离成少层片状石墨烯，然后随着温度的继续升高，氧化铝相开始熔融，聚集在石墨烯上，最后在铜的表面形成一层高耐磨性能和热导率优异的铜铸件。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。
一种铜铸件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；具体地氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100:3-8:1-5。所述混合粉料的粒径为25-60nm。
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；优选地，所述石墨占粘结剂溶液的质量百分比为1-10%。
还有一些实施例中中，所述石墨为在双氧水和/或氨水中浸渍1-3h后的改性石墨，通过利用改性剂与石墨中的环氧基和羟基反应，通过降低环氧基和羟基密度，使改性氧化石墨膜在后续操作中发生自蔓延剥离反应而非燃烧反应。
还有一些实施例中，所述混合溶液中还添加有占混合溶液质量百分比为1-5%的分散剂；分散剂为聚乙二醇、丙三醇、盐酸、醋酸、甲酸和柠檬酸的一种或多种。
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，成型得到铜铸件。 利用铜熔液的高温引发改性氧化石墨的自蔓延反应和混合粉料的受热反应，生产含有片状的氧化石墨烯的氧化铝复合相，最后在铜的表面形成一层高耐磨性能和热导率优异的铜铸件，其中，改性后的氧化石墨存在环氧基、羟基、羧基和羰基；环氧基为活泼含氧官能团，受热易分解，产生的一氧化碳、二氧化碳和水分子等气体，该气体还能使得铜熔液浇注在无氧条件下进行，保证了铜铸件基体的无氧条件，减少其被氧化的可能性，更利于提高其性能。
具体地，所述步骤三中，在浇注之前还包括附加步骤，其具体为：对模具在50-110℃下预热1-3min，该设置能够在浇注前，提前给予石墨的自蔓延反应的基能。
优选地，所述步骤三中，脱模剂为防粘砂，便于后续工艺的脱模。
优选地，所述步骤三中，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1100-1150℃。
本发明的一种铜铸件的生产方法，通过利用铜铸件浇注时的热量，给予涂覆在模具内壁的混合膏剂热能，混合膏剂反应得到一层混合有片状石墨烯的复合镀层，大大提高了铜铸件的散热性和耐磨性能。
下面以具体实施例进一步说明。其中D50是指累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。
实施例1
一种铜铸件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100:3:1。所述混合粉料的D50粒径为30nm。
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；所述石墨占粘结剂溶液的质量百分比为1%。
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，脱模剂为涂蜡处理的莫来砂；将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1100℃；成型得到铜铸件。
实施例2
一种铜铸件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100:4:3。所述混合粉料的D50粒径为57nm。
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；所述石墨占粘结剂溶液的质量百分比为3%。
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，脱模剂为涂蜡处理的莫来砂；将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1150℃；成型得到铜铸件。
实施例3
一种铜铸件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100: 8:5。
所述混合粉料的D50粒径为60nm。
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；所述石墨占粘结剂溶液的质量百分比为10%。
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，脱模剂为涂蜡处理的莫来砂；将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1120℃；成型得到铜铸件。
实施例4
一种铜铸件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100:3:5。
所述混合粉料的D50粒径为28nm。
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；所述石墨为在双氧水和氨水中浸渍1h后的改性石墨。所述改性石墨占粘结剂溶液的质量百分比为3%。
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，脱模剂为涂蜡处理的莫来砂；将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1150℃；成型得到铜铸件。
实施例5
本实施例是在实施例4的基础上进行的改变，具体是所述石墨为在双氧水和氨水中浸渍2h后的改性石墨。所述改性石墨占粘结剂溶液的质量百分比为3%。
实施例6
本实施例是在实施例4的基础上进行的改变，具体是所述石墨为在双氧水中浸渍2h后的改性石墨。所述改性石墨占粘结剂溶液的质量百分比为3%。
实施例7
本实施例是在实施例4的基础上进行的改变，具体是所述石墨为在氨水中浸渍2h后的改性石墨。所述改性石墨占粘结剂溶液的质量百分比为3%。
实施例8
一种铜铸件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100:3:5。
所述混合粉料的D50粒径为35nm。
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；所述石墨为在双氧水和氨水中浸渍1-3h后的改性石墨。所述石墨占粘结剂溶液的质量百分比为3%。
所述混合溶液中还添加有占混合溶液质量百分比为2%的分散剂；所述分散剂为聚乙二醇。
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，脱模剂为涂蜡处理的莫来砂；将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1150℃；成型得到铜铸件。
实施例9
本实施例是在实施例8的基础上进行的改变，具体是步骤三中，在浇注之前还包括附加步骤，其具体为：对模具在50℃下预热1min。
对比例1
一种铜铸件的生产方法，在模具内壁涂覆一层脱模剂，脱模剂为涂蜡处理的莫来砂，然后将铜熔液浇注在模具内，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1150℃；成型得到铜铸件。
对比例2
一种铜铸件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝和活性炭，混合均匀，得到混合粉料；氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100:1。所述混合粉料的D50粒径为57nm。
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；所述石墨占粘结剂溶液的质量百分比为3%。
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，脱模剂为涂蜡处理的莫来砂；将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1150℃；成型得到铜铸件。
对上述实施例和对比例进行性能测试，测试方法如下：
耐磨性能测试：采用洛氏硬度（HRa）标准测量。
热导率测试：采用热导率测试仪其进行测试。
测试值见表1；
表1 实施例和对比例的耐磨性能和热导率性能
从表1中可以看出，实施例的耐磨性能和热导率优于对比例，可能的原因如下，通过对比例1的对比分析可知，实施例中在铜熔液浇注之前现在模具内涂覆一层膏剂，通过利用铜熔液浇注时的热量，给予涂覆在模具内壁的混合膏剂热能，混合膏剂中含有石墨，使其自蔓延反应得到一层混合有片状石墨烯的复合镀层，大大提高了铜铸件的散热性和耐磨性能，通过对比例2的对比分析，可知实施例中混合粉料中添加了铜粉，使其在复合镀层中掺有与铜熔液相同相的原料，能够有效提高复合镀层与基体铜铸件的附着力；同时，从实施1-9中可以看出，实施例4-9的性能优于实施1-3，其中，实施例9的性能最优，主要可能是由于实施例4中通过利用改性剂与石墨中的环氧基和羟基反应，通过降低环氧基和羟基密度，使改性氧化石墨膜在后续操作中发生自蔓延剥离反应而非燃烧反应，改性后的氧化石墨存在环氧基、羟基、羧基和羰基；环氧基为活泼含氧官能团，受热易分解，产生的一氧化碳、二氧化碳和水分子等气体，一方面该气体使得铜熔液浇注在无氧条件下进行，保证了铜铸件基体的无氧条件，减少其被氧化的可能性，更利于提高其性能。环氧基受热发生自发的分解反应，该反应为放热反应，一个环氧基分解释放的热量可继续催化其他环氧基的分解，引发氧化石墨中环氧基的爆炸式分解。另一方面当气体的生成速率较大时，产生的压力使得氧化石墨膜更易剥离成少层片状石墨烯，然后随着温度的继续升高，氧化铝相开始熔融，聚集在石墨烯上，得到复合镀层，从而使其性能得到提高；实施例9中提前对模具进行预热，能够使得混合膏剂中提前获取热量，由于前者描述的是放热反应，提供的热量促使其向正反应进行，片状石墨烯转化率提高，片状石墨烯本身具有良好的导热性和耐磨性，从而使其耐磨性能和导热性能得到提高，另还有实施例8中添加的分散剂，是的石墨烯分散在氧化铝相中更加均匀。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如：“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铜铸件的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：称取氧化铝、活性炭以及铜粉，混合均匀，得到混合粉料；
步骤二：将混合粉料加入混合液中，混合均匀，制得混合膏剂；其中所述混合液为含有石墨的粘结剂溶液；
步骤三：在模具内壁涂覆一层脱模剂，将步骤二中的混合膏剂涂覆在脱模剂表面，然后将铜熔液浇注在模具内，成型得到铜铸件。
2.根据权利要求1所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述步骤一中，氧化铝、活性炭以及铜粉添加的质量比为100:3-8:1-5。
3.根据权利要求1所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述步骤二中，所述石墨为在双氧水和/或氨水中浸渍1-3h后的改性石墨。
4.根据权利要求1所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述步骤二中，所述石墨占粘结剂溶液的质量百分比为1-10%。
5.根据权利要求1所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述步骤二中，所述混合溶液中还添加有占混合溶液质量百分比为1-5%的分散剂。
6.根据权利要求5所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙二醇、丙三醇、盐酸、醋酸、甲酸和柠檬酸的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述混合粉料的粒径为25-60nm。
8.根据权利要求1所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述步骤三中，在浇注之前还包括附加步骤，其具体为：对模具在50-110℃下预热1-3min。
9.根据权利要求1所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述步骤三中，脱模剂为防粘砂。
10.根据权利要求1所述的一种铜铸件的生产方法，其特征在于：所述步骤三中，浇注在惰性气体氛围下进行，浇注温度为1100-1150℃。
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