CN113290231A - 消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法及铝/镁双金属 - Google Patents

消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法及铝/镁双金属 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法及铝/镁双金属。所述方法包括：将复合泡沫模型中需实现界面接触的任一泡沫模型进行表面导电化处理，使该泡沫模型表面形成一层导电膜；将金属粉末加入电镀液混合均匀得到共沉积液，将阴极和阳极放入共沉积液中，进行共沉积，得到形成于泡沫模型表面的具有多孔结构的金属涂层；将具有金属涂层的泡沫模型与另一泡沫模型在需实现界面接触的位置进行粘接，分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，得到铝/镁双金属。本发明通过共沉积工艺在复杂泡沫表面随形、高效地制备一层高强度、无粘结剂的多孔金属涂层，既能防止混液，又有利于实现冶金结合，实现复杂铝/镁双金属性能的提高。

Description

消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法及铝/镁双金属
技术领域
本发明属于消失模铸造领域，更具体地，涉及消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法及铝/镁双金属。
背景技术
铝/镁双金属兼备铝和镁的性能特点，能够满足综合性能和轻量化的双重需求，在汽车、航空航天、武器装备等领域具有广阔应用前景。消失模铸造液-液复合工艺结合了消失模铸造和液-液复合铸造的优点，能够短流程、低成本、直接成形复杂的铝/镁双金属零件。然而，液-液复合界面控制难度大，易产生混液现象，造成界面区域缺陷多，显著降低双金属结合性能。因此，如何调控消失模铸造铝/镁双金属液-液复合界面是制备高性能复杂铝/镁双金属的关键。
目前，国内外学者主要采用无隔层间隔浇注、有隔层间隔浇注和有隔层同时浇注三种方法控制液液复合界面。对于具有复杂连接界面的铝/镁双金属，采用有隔层同时浇注的液-液复合界面调控方式是唯一的选择，其中，隔层成分、结构和性能是影响双金属液液复合界面组织和性能的关键因素之一。
对于消失模铸造液液复合铝/镁双金属工艺，隔层需要满足以下几点要求：(1)具有一定强度和厚度，防止由于隔层受到两侧金属液的共同冲击而破损或熔穿，不能起到防止混液的作用；(2)既能和镁又能和铝发生冶金反应，形成具有冶金结合的界面层，增强连接强度；(3)易于在复杂泡沫表面成形，这样有利于复杂铝/镁双金属铸件的制备；(4)隔层不能有粘结剂，因为隔层处于两种金属液的中间，如果有粘结剂，则粘结剂的分解产物不能排出，将会残留在界面处造成不利影响。
目前，关于泡沫表面隔层的制备有以下两种方式：(1)直接在泡沫表面粘贴金属板，该方法操作简单，但是只适用于具有平直连接界面的双金属，对于具有复杂连接界面的双金属难以贴合在泡沫表面；(2)通过泡沫表面涂刷合金涂料的方法制备隔层，该方法可以直接将配置好的合金涂料刷在任意形状的泡沫表面，但是由于合金涂料中的粘结剂会在高温作用下分解为杂质残留在界面处，容易产生缺陷，降低了双金属的性能。这两种方式都难以满足消失模铸造液-液复合复杂铝/镁双金属对隔层的要求。因此，急需开发一种能够在复杂泡沫表面随形制备高强度、无粘结剂涂层的新方法，调控消失模铸造液-液复合铝/镁双金属界面组织，进而提高双金属的性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法及铝/镁双金属，其目的在于通过共沉积工艺在复杂泡沫表面随形、高效地制备一层高强度、无粘结剂的多孔金属涂层，既能防止混液，又有利于实现冶金结合，实现复杂铝/镁双金属性能的提高，由此解决铝/镁双金属消失模铸造时界面处容易产生缺陷、需粘结剂的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法，所述方法包括下列步骤：
(1)将复合泡沫模型中需实现界面接触的任一泡沫模型进行表面导电化处理，使该泡沫模型表面形成一层导电膜，所述复合泡沫模型包括存在界面接触的镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型；
(2)将金属粉末加入电镀液混合均匀得到共沉积液，将已经过表面导电化处理的泡沫模型作为阴极，将待镀膜金属板作为阳极，将阴极和阳极放入共沉积液中，进行共沉积，得到形成于泡沫模型表面的具有多孔结构的金属涂层；
(3)将具有金属涂层的泡沫模型与另一泡沫模型在需实现界面接触的位置进行粘接，得到复合泡沫模型，向镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型中分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，得到所述铝/镁双金属。
优选地，所述金属粉末和所述待镀膜金属板的熔点高于铝合金的熔点和镁合金的熔点，且所述金属粉末能够与所述铝合金和镁合金形成金属间化合物，该金属间化合物的硬度小于200HV。
优选地，所述金属粉末包括Al粉、Zn粉、Cu粉、Ni粉中的至少一种，所述金属粉末为粒径10-40μm的球形粉末；所述电镀液为Al电镀液、Zn电镀液、Cu电镀液和Ni电镀液中的一种。
优选地，所述将金属粉末加入电镀液得到共沉积液，所述金属粉末与电镀液的质量比为1：5～10。
优选地，所述形成于泡沫模型表面的具有多孔结构的金属涂层的厚度为1-3mm，所述金属涂层的孔隙率为30-60％。
优选地，所述阳极为Pt片、石墨片、纯Al片、纯Zn片、纯Cu片、纯Ni片中的一种；进行共沉积过程中的电流密度为1-3A/dm2。
优选地，所述导电化处理包括依次对泡沫模型表面进行除油、粗化、敏化活化处理；所述除油包括采用无水乙醇超声清洗泡沫模型5-10min，清洗后烘干；所述粗化包括采用碱性溶液粗化5-10min，粗化后放入H2SO4溶液中5-10min，取出后用水清洗并烘干；所述敏化活化处理包括将泡沫模型放入活化液中活化1-2h，活化后置于蒸馏水中解胶，洗干净后烘干，使该泡沫模型表面形成一层Pd膜，所述活化液包括2-3g/L PdCl2、0.05-0.15g/LHCl、100-150g/L SnCl2水溶液、150g/L SnCl2胶体溶液。
优选地，所述步骤(3)中向镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型中分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，具体为：采用间隔浇注法浇注，先通过仅与铝合金部分泡沫模型连接的浇注口浇注铝合金浇注液，间隔8-20s后，通过仅与镁合金部分泡沫模型连接的浇注口浇注镁合金浇注液，铝合金浇注液的浇注温度为710-750℃，镁合金浇注液的浇注温度为700-730℃，浇注过程中真空度为0.03-0.06MPa；所述将具有金属涂层的泡沫模型与另一泡沫模型在需实现界面接触的位置进行粘接，具体为采用周边胶粘的方式进行粘接，并在涂刷涂料后两部分泡沫连接部分扎排气孔。
优选地，在所述进行共沉积的过程中，对共沉积液进行间歇式搅拌，每次搅拌时间1-5min，搅拌停止时间5-10min，共沉积时间为1-3h；搅拌方式为机械搅拌或者电磁搅拌；电镀时间和搅拌停止时间比为1:0.5～3。
按照本发明的另一个方面，提供了一种根据上文所述的消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法铸造得到的铝/镁双金属。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
(1)本发明提供的方法通过泡沫模型导电化处理+共沉积工艺能够在复杂泡沫表面随形制备金属涂层，该涂层无需粘结剂，依靠分子间作用力连接在一起，具有较高的强度，能够防止在消失模铸造液-液复合铝/镁双金属过程中混液现象的发生，减少了界面缺陷，能够显著提高双金属的性能。其中，共沉积时在沉积液中添加金属粉末，使得金属涂层为多孔结构，多孔结构的存在有利于金属液渗入进涂层中，能够促进双金属在消失模铸造过程中结合更为紧密，有利于实现冶金结合。
(2)本发明中采用共沉积工艺制备金属涂层，相比于单纯的电镀或者化学镀的方式，该涂层制备方式可以使金属颗粒和电镀液中的阳离子同时沉积在阴极表面，可以在较短时间内制备较大厚度的涂层，制备效率高。例如本发明中金属涂层的厚度为1-3mm，共沉积时间为1-3小时，而单纯的电镀或者化学镀得到相应厚度的涂层则需要至少24小时以上，并且单纯的电镀或者化学镀得到的涂层致密，不能形成多孔结构，不能在镁、铝与金属涂层之间形成较强的结合力。
(3)本发明中采用粒径10-40μm的金属粉末，且金属粉末与电镀液的质量比为1：5～10，从而实现了本发明中金属涂层的厚度能够短时间达到1-3mm，在这样的厚度下，才能防止涂层两侧金属混液的发生，避免涂层受到两侧金属液的共同冲击而破损或熔穿。
(4)本发明中优选的金属粉末包括Al粉、Zn粉、Cu粉、Ni粉中的至少一种。这是由于金属粉末的熔点需要高于铝合金的熔点和镁合金的熔点，在两侧金属浇注时，涂层不被熔。Al粉、Zn粉、Cu粉、Ni粉中的至少一种能够同时与铝和镁发生反应，且所述金属粉末能够与所述铝合金和镁合金在浇注过程中生成硬度小于200HV的相，这样能够保证界面结合处存在较强结合力。
(5)本发明所采用的共沉积多孔合金涂层有利于实现复杂铝/镁双金属铸件的制备，并且由于涂层无需粘结剂，减少了铸造缺陷，有利于提高复杂铝/镁双金属的性能。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法的框图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法中金属涂层的制备流程图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法的流程图；
图4中(a)是按照本发明的优选实施例所构建的共沉积多孔金属涂层纵截面显微组织图，图4中(b)是按照本发明的优选实施例所构建的共沉积多孔金属涂层横截面显微组织，图4中(c)是图4中(a)图的局部放大图，图4中(d)是图4中(b)图的局部放大图；
图5中(a)是按照本发明的优选实施例所构建的消失模铸造液液复合铝/镁双金属界面处低倍显微组织图，图5中(b)是按照本发明的优选实施例所构建的消失模铸造液液复合铝/镁双金属界面处高倍显微组织图；
图6是本发明对比例1提供的液液复合铝/镁双金属的界面图；
图7是本发明对比例2提供的液液复合铝/镁双金属的界面图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-复合模样内层泡沫模型；2-复合模样外层泡沫模型；3-第一浇注系统；4-第二浇注系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法，所述方法包括下列步骤：
步骤(1)将复合泡沫模型中需实现界面接触的任一泡沫模型进行表面导电化处理，使该泡沫模型表面形成一层导电膜，所述复合泡沫模型包括存在界面接触的镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型。
其中，泡沫模型可以是EPS、EPMMA、StMMA。
在该步骤中，所述导电化处理包括依次对泡沫模型表面进行除油、粗化、敏化活化处理；所述除油包括采用无水乙醇超声清洗泡沫模型5-10min，清洗后烘干；所述粗化包括采用碱性溶液粗化5-10min，该碱性溶液为为NaOH(2.5g/L)+Na2CO3(2.5g/L)+去离子水。粗化后放入10mL/L的H2SO4溶液中5-10min，取出后用水清洗并烘干；所述敏化活化处理包括将泡沫模型放入活化液中活化1-2h，活化后置于蒸馏水中解胶，洗干净后烘干，使该泡沫模型表面形成一层Pd膜，所述活化液包括2-3g/L PdCl2、0.05-0.15g/LHCl、100-150g/L SnCl2水溶液、150g/L SnCl2胶体溶液。
(2)将金属粉末加入电镀液混合均匀得到共沉积液，将已经过表面导电化处理的泡沫模型作为阴极，将待镀膜金属板作为阳极，将阴极和阳极放入共沉积液中，进行共沉积，得到形成于泡沫模型表面的具有多孔结构的金属涂层。
在该步骤中，所述金属粉末的熔点高于铝合金的熔点和镁合金的熔点，且所述金属粉末能够与所述铝合金和镁合金在浇注过程中生成硬度小于200HV的相。具体地，所述金属粉末包括Al粉、Zn粉、Cu粉、Ni粉中的至少一种，所述金属粉末为粒径10-40μm的球形粉末。所述将金属粉末加入电镀液得到共沉积液，所述金属粉末与电镀液的质量比为1：5～10。所述形成于泡沫模型表面的具有多孔结构的金属涂层的厚度为1-3mm，所述金属涂层的孔隙率为30-60％。
将金属粉末加入电镀液混合均匀时，采用机械搅拌或磁力搅拌。在所述进行共沉积的过程中，对共沉积液进行间歇式搅拌，每次搅拌时间1-5min，搅拌停止时间5-10min，共沉积时间为1-2h，电镀时间和搅拌停止时间比为1:0.5～3。所述阳极为Pt片、石墨片、纯Al片、纯Zn片、纯Cu片、纯Ni片中的一种；进行共沉积过程中的电流密度为1-3A/dm2。
(3)将具有金属涂层的泡沫模型与另一泡沫模型在需实现界面接触的位置进行粘接，得到复合泡沫模型，向镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型中分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，得到所述铝/镁双金属。
其中，将具有金属涂层的泡沫模型与另一不具有金属涂层的泡沫模型在需实现界面接触的位置采用周边胶粘的方式连接起来，并且在涂刷涂料后在两部分泡沫连接部分扎大量的排气孔。由于界面接触周边是用胶水粘接起来的，不像其他位置是涂刷的消失模铸造涂料，因此这个位置透气性比较差，如果不扎排气孔，则此处的气体不容易排出去，无法排出的气体会聚集在界面处，造成界面处缺陷较多，降低了双金属的性能。因此，该步骤的目的是为了使界面处的气体更有效的排出铸件，减少界面处的缺陷，提高双金属的性能。该具有金属涂层的泡沫模型可以为镁合金部分泡沫模型，该另一不具有金属涂层的泡沫模型可以为铝合金部分泡沫模型，也可以互换。将浇注系统与复合泡沫模型组合起来得到复合模样，表面涂刷消失模铸造专用涂料并烘干，浇注系统包括与分别连接铸件的镁合金部分泡沫模型及铸件的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。
将复合模样放入消失模铸造专用砂箱中，加入无粘结剂散砂，振动紧实，然后，在砂箱顶部放上一层塑料薄膜，抽真空。熔炼镁合金和铝合金，待达到一定温度后，从两侧浇口杯浇注铝合金液和镁合金液，待金属凝固后，取出砂箱，切除浇注系统后获得铝/镁双金属铸件。
其中，向镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型中分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，具体为：采用间隔浇注法浇注，先通过仅与铝合金部分泡沫模型连接的浇注口浇注铝合金浇注液，间隔8-20s后，通过仅与镁合金部分泡沫模型连接的浇注口浇注镁合金浇注液，铝合金浇注液的浇注温度为710-750℃，镁合金浇注液的浇注温度为700-730℃，浇注过程中真空度为0.03-0.06MPa。
下面将结合具体的实施例进一步说明本发明。
实施例1
请参阅图1的共沉积多孔合金涂层调控消失模铸造铝/镁双金属液液复合界面的流程图，本发明实施例提供了一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法，该方法包括以下步骤：
(a)复杂泡沫模型制备
使用机加工的方式将EPS泡沫板加工成所需复合模样的不同部分，包括复合模样内层泡沫模型1，复合模样外层泡沫模型2，第一浇注系统3和第二浇注系统4，如图3所示。
(b)复杂泡沫表面导电化处理
如图2(a)-(d)所示，复杂泡沫表面导电化处理的具体步骤如下：
1)除油：如图2(a)所示，将内层泡沫模型1放入无水乙醇中，使用超声清洗机中清洗10min除油，取出后烘干；
2)粗化：如图2(b)所示，配制粗化液，其配方为NaOH(2.5g/L)+Na2CO3(2.5g/L)+去离子水，将除油后的泡沫浸入粗化液中10min，取出后用水清洗干净并烘干。
3)活化：如图2(c)，所示将粗化后的泡沫模样放入活化液中，活化液的配方为：PdCl2(2g/L)+HCl(0.1g/L)和SnCl2(120g/L)水溶液+SnCl2(150g/L)胶体溶液+去离子水，活化时间为1.5h，活化后置于蒸馏水中解胶，洗干净后烘干。
通过上述步骤，可以在泡沫表面产生一层Pd薄膜(图2(d))，该层金属薄膜的存在使泡沫表面具有导电性，为后续的共沉积过程提供了前提条件。
(c)复杂泡沫表面共沉积多孔合金涂层
如图2(e)-(g)所示，复杂泡沫表面共沉积多孔合金涂层的具体步骤如下：
1)共沉积液配制：如图2(e)-(f)，将20g粒径为40μm的球形Cu粉末加入到100g通用Ni电镀液中，施加磁力搅拌，使Cu粉和Ni电镀液均匀混合；
2)组装共沉积设备：如图2(g)，将导电化处理后的泡沫模样作为阴极连接直流稳压电源的负极，在连接的过程中要保证金属夹夹在泡沫表面含有Pd膜的部位，Pt片作为阳极连接直流稳压电源的正极，共沉积液中放入磁力转子，将装有上述共沉积液和阴阳极的烧杯放在磁力搅拌仪上。
3)进行共沉积：先打开磁力搅拌仪的开关，然后打开直流稳压电源，设定电流密度为1.5A/dm2，电镀时间为5min后，关闭磁力搅拌仪，待磁力搅拌仪停止10min后再次打开磁力搅拌仪开关，如此间歇式开关磁力搅拌仪，当共沉积时间为1.5h后，关闭电源和磁力搅拌仪，取出泡沫模型，清洗并烘干后获得具有一定厚度合金涂层的泡沫模型，泡沫表面共沉积多孔合金涂层的原理如图2(h)所示。该涂层的纵截面和横截面如图4所示，可以看到，该合金涂层呈现多孔结构，由Cu颗粒和包裹着Cu颗粒的Ni镀层组成，Ni镀层作为Cu颗粒的连接桥依靠分子间作用力紧密的连接在一起，具有较高的强度。
(d)复合模样制备
如图3(a)-(b)所示，将步骤(c)中制备的含有多孔合金涂层的泡沫模样、另一部分不含有多孔合金涂层的模样2和浇注系统部分泡沫模样(3和4)使用消失模铸造专用冷凝胶粘接起来，其中，含有多孔合金涂层的泡沫模样和另一部分泡沫模样采用周边胶粘的方式连接起来。组合后泡沫模样表面涂刷消失模铸造专用涂料，待涂料烘干后在两部分泡沫连接部分扎大量的排气孔。
(e)消失模铸造液液复合复杂铝/镁双金属铸件
将步骤(d)中制备好的复合模样放入消失模铸造专用砂箱中，加入无粘结剂散砂，振动紧实，然后，在砂箱顶部放上一层塑料薄膜，抽真空，使其真空度达到0.03MPa。熔炼镁合金和铝合金，待镁合金液达到710℃和铝合金液达到730℃后，从直浇道3浇注铝合金液，15s后从直浇道4浇注镁合金液，浇注完成后，关闭真空泵，待铸件冷却完毕取出铸件，切除浇注系统后获得铝/镁双金属铸件，如图3(c)-(d)所示。
实施例2
本发明实施例提供一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法，该方法包括以下步骤：
(a)复杂泡沫模型制备
使用发泡成型的方式将EPMMA泡沫板加工成所需复合模样的不同部分，如图3所示。
(b)复杂泡沫表面导电化处理
如图2(a)-(d)所示，复杂泡沫表面导电化处理的具体步骤如下：
1)除油：如图2(a)所示，将内层泡沫模型1放入无水乙醇中，使用超声清洗机中清洗8min除油，取出后烘干；
2)粗化：如图2(b)所示，配制粗化液，其配方为NaOH(2.5g/L)+Na2CO3(2.5g/L)+去离子水，将除油后的泡沫浸入粗化液中8min，取出后用水清洗干净并烘干。
3)活化：如图2(c)，所示将粗化后的泡沫模样放入活化液中，活化液的配方为：PdCl2(2g/L)+HCl(0.1g/L)和SnCl2(120g/L)水溶液+SnCl2(150g/L)胶体溶液+去离子水，活化时间为1h，活化后置于蒸馏水中解胶，洗干净后烘干。
通过上述步骤，可以在泡沫表面产生一层Pd薄膜(图2(d))，该层金属薄膜的存在使泡沫表面具有导电性，为后续的共沉积过程提供了前提条件。
(c)复杂泡沫表面共沉积多孔合金涂层
如图2(e)-(g)所示，复杂泡沫表面共沉积多孔合金涂层的具体步骤如下：
1)共沉积液配制：如图2(e)-(f)，将20g粒径为30μm的球形Ni粉末加入到120g通用Zn电镀液中，施加磁力搅拌，使Ni粉和Zn电镀液均匀混合；
2)组装共沉积设备：如图2(g)，将导电化处理后的泡沫模样作为阴极连接直流稳压电源的负极，在连接的过程中要保证金属夹夹在泡沫表面含有Pd膜的部位，纯Zn片作为阳极连接直流稳压电源的正极，共沉积液中放入磁力转子，将装有上述共沉积液和阴阳极的烧杯放在磁力搅拌仪上。
3)进行共沉积：先打开磁力搅拌仪的开关，然后打开直流稳压电源，设定电流密度为2A/dm2，电镀时间为4min后，关闭磁力搅拌仪，待磁力搅拌仪停止10min后再次打开磁力搅拌仪开关，如此间歇式开关磁力搅拌仪，当共沉积时间为2h后，关闭电源和磁力搅拌仪，取出泡沫模型，清洗并烘干后获得具有一定厚度合金涂层的泡沫模型。
(d)复合模样制备
如图3(a)-(b)所示，将步骤(c)中制备的含有多孔合金涂层的泡沫模样、另一部分不含有多孔合金涂层的模样2和浇注系统部分泡沫模样(3和4)使用消失模铸造专用冷凝胶粘接起来，其中，含有多孔合金涂层的泡沫模样和另一部分泡沫模样采用周边胶粘的方式连接起来。组合后泡沫模样表面涂刷消失模铸造专用涂料，待涂料烘干后在两部分泡沫连接部分扎大量的排气孔。
(e)消失模铸造液液复合复杂铝/镁双金属铸件
将步骤(d)中制备好的复合模样放入消失模铸造专用砂箱中，加入无粘结剂散砂，振动紧实，然后，在砂箱顶部放上一层塑料薄膜，抽真空，使其真空度达到0.04MPa。熔炼镁合金和铝合金，待镁合金液达到700℃和铝合金液达到720℃后，从直浇道3浇注铝合金液，10s后从直浇道4浇注镁合金液，浇注完成后，关闭真空泵，待铸件冷却完毕取出铸件，切除浇注系统后获得铝/镁双金属铸件，如图3(c)-(d)所示。
实施例3
本发明实施例提供了一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法，该方法采用与实施例1相同的方法铸造铝/镁双金属，不同之处在于，金属粉末采用粒径为40μm的Al粉。
实施例4
本发明实施例提供了一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法，该方法采用与实施例1相同的方法铸造铝/镁双金属，不同之处在于，金属粉末采用粒径为10μm的Ni粉。
实施例5
本实施例5采用与实施例1相同的方法铸造铝/镁双金属，不同之处在于，在共沉积过程中，粉末粒径为10μm的Cu粉，电镀液为Ni电镀液，粉液比为1:10，电流密度1A，共沉积的时间为1h。
实施例6
本实施例6采用与实施例1相同的方法铸造铝/镁双金属，不同之处在于，在共沉积过程中，粉末粒径为40μm的Ni粉，电镀液为Ni电镀液，粉液比为1:5，电流密度3A，共沉积的时间为3h。
对比例1
本实施例1采用与实施例1相同的方法铸造铝/镁双金属，不同之处在于，在共沉积过程中，粉末粒径为1μm的Ni粉，电镀液为Cu电镀液，粉液比为1:20，电流密度1A，共沉积的时间为0.5h。该涂层的厚度为0.6mm，孔隙率为10％，浇注后得到的双金属铸件如图6所示，可以发现，由于涂层强度不够，涂层倍金属液冲破，双金属发生了混液，表明该涂层不能够起到防止混液的目的。
对比例2
本实施例2采用与实施例1相同的方法铸造铝/镁双金属，不同之处在于，在共沉积过程中，粉末粒径为100μm的Cu粉，电镀液为Cu电镀液，粉液比为1:4，电流密度3A，共沉积的时间为4h。该涂层的厚度为4mm，孔隙率为70％，浇注后得到的双金属铸件如图7所示，可以发现，虽然涂层没有被冲破，起到了防止混液的目的，但是金属液和涂层无冶金结合，降低了连接强度。
结果与分析
通过上述实施例铸造得到的铝/镁双金属的具体参数如下表所示：
表1铝/镁双金属的具体参数表
金属涂层厚度 金属涂层孔隙率
实施例1 2 60％
实施例2 2 40％
实施例5 1 30％
实施例6 3 60％
对比例1 0.6 10％
对比例2 5 70％
双金属的性能主要和涂层的性能以及浇注工艺参数有关。其中，涂层性能主要由粉末和电镀液成分、粉末粒径、粉液比、电镀时间和磁力搅拌时间之比、总沉积时间这几个参数共同决定的，涂层的厚度和孔隙率是对铸件性能影响最大的因素。因为，如果厚度太薄，则会造成涂层强度不够，涂层在金属液冲刷下很容易就破碎，起不到防止混液的目的；如果涂层太厚，一方面金属液的压力很难填充满整个涂层的孔隙，则会造成界面处存在较多孔隙缺陷，降低了双金属的性能。另一方面，过厚的涂层需要的金属粉末、电镀时间等也要增加，这样就会增加成本，造成资源浪费。涂层的孔隙率主要影响金属液的渗透深度和涂层的强度，本专利中涂层设计为多孔结构的目的是增加金属液和涂层的润湿性，同时使金属液能够渗入涂层中，更有利于实现冶金结合，从而提高双金属的性能。涂层的孔隙率太小，则金属液不容易渗入进涂层，如果涂层孔隙率太大，则涂层强度会降低。因此，需要通过控制共沉积过程中的诸多参数，得到一个合适厚度和孔隙率的多孔涂层，通过多次的实验探索和理论研究，较合适的涂层厚度和孔隙率为涂层厚度为1-3mm，孔隙率为30％-60％，并且要求涂层较薄时孔隙率较低，涂层较厚时，孔隙率较大。另一方面，浇注参数对双金属的性能也有很大影响，包括真空度、浇注温度、浇注间隔时间，这几个浇注参数主要影响铝和镁与涂层的结合强度以及界面处缺陷的比例。例如，真空度太小时，泡沫分解的气体很难排出型腔，则会造成界面处存在较多的孔隙缺陷，如果真空度太大，金属液前沿的冲击过大，可能会冲破涂层。浇注温度和浇注间隔时间主要影响铝和镁与涂层的结合性能，进而影响整个双金属铸件的性能，因此，需要选择合适的参数。
图4(a)为实施例1所制备的涂层的纵截面的SEM图像，可以看出该涂层呈现多孔结构的特征；图4(b)为实施例1所制备的涂层的横截面的SEM图像，从图中可以看出，涂层厚度约为2mm，该涂层由Cu颗粒和Ni镀层组成，Cu颗粒通过Ni镀层连接成为整体，Ni镀层之间的间隙即是孔隙。
图5为实施例1中所制备的双金属铸件界面处的SEM图像，从图5(a)中可以看出，该涂层的存在成功的防止了镁和铝的直接接触，镁和铝通过中间的界面层连接在一起；如图5(b)所示，该界面层主要由Al-Ni和Mg-Ni金属间化合物组成，Al-Ni和Mg-Ni金属间化合物的硬度显著低于Al-Mg金属间化合物，为低脆硬相，因此，该涂层的存在能够增强双金属的连接强度。
本发明中，使用消失模铸造液-液复合技术制备铝/镁双金属最大的难点在于如何控制液液复合界面，因为，如果液-液复合界面直接接触，则会发生混液现象，造成界面处缺陷较多，降低了双金属的性能。为了防止混液，在液-液复合界面处添加一个固态隔层是一种很好的解决办法，但是对于复杂铝/镁双金属零件，由于连接表面形状复杂，而且需要涂层无粘结剂并具有较优的强度，现有的泡沫表面涂层制备方法不能满足上述的要求。
无粘结剂涂层的制备方法有电镀、化学镀、冷喷涂和热喷涂等。冷喷涂和热喷涂一般适用于质地坚硬的金属零件，泡沫在外力作用下变形较大，并且在120℃左右就会发生软化现象，因此喷涂的方式不适用于泡沫表面涂层的制备。电镀和化学镀可以在任意形状的表面获得均匀厚度的涂层，且涂层和被镀件无需粘结剂就可实现连接，因此可能是一个好的选择。但是电镀和化学镀要求被镀件具有导电性，而泡沫不具有导电性，因此首先需要对泡沫进行导电化处理。导电化处理后的泡沫如果直接使用电镀和化学镀技术是可以获得厚度均匀的涂层的，但是由于电镀和化学镀制备涂层的效率较低，往往需要很长时间才能获得一定厚度的涂层，而涂层的厚度决定了涂层的强度，若涂层强度不够，则涂层很容易在液液复合过程中被冲破，起不到防止混液的目的。因此，需要开发出一种能够高效地泡沫表面涂层制备技术。本发明的共沉积工艺是一种很好的解决方案，因为在电流作用下共沉积液中金属颗粒和金属阳离子会同时沉积在导电化后的泡沫表面，涂层制备效率是电镀的5-8倍。因此，使用共沉积工艺可以高效地在复杂泡沫表面获得高强度、无粘结剂的合金涂层，并且该涂层呈现多孔结构，方便金属液渗入涂层中，从而有利于实现冶金结合。
当使用本发明中的复杂泡沫表面涂层制备技术后，后续的消失模铸造液-液复合铝/镁双金属的参数也要随之变化(例如间隔浇注法浇注中的时间、浇注温度等参数)，这样才能获得具有良好冶金结合的复合界面，从而改善双金属的性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
(1)将复合泡沫模型中需实现界面接触的任一泡沫模型进行表面导电化处理，使该泡沫模型表面形成一层导电膜，所述复合泡沫模型包括存在界面接触的镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型；
(2)将金属粉末加入电镀液混合均匀得到共沉积液，将已经过表面导电化处理的泡沫模型作为阴极，将待镀膜金属板作为阳极，将阴极和阳极放入共沉积液中，进行共沉积，得到形成于泡沫模型表面的具有多孔结构的金属涂层；
(3)将具有金属涂层的泡沫模型与另一泡沫模型在需实现界面接触的位置进行粘接，得到复合泡沫模型，向镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型中分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，得到所述铝/镁双金属。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属粉末和所述待镀膜金属板的熔点高于铝合金的熔点和镁合金的熔点，且所述金属粉末能够与所述铝合金和镁合金形成金属间化合物，该金属间化合物的硬度小于200HV。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属粉末包括Al粉、Zn粉、Cu粉、Ni粉中的至少一种，所述金属粉末为粒径10-40μm的球形粉末；所述电镀液为Al电镀液、Zn电镀液、Cu电镀液和Ni电镀液中的一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述将金属粉末加入电镀液得到共沉积液，所述金属粉末与电镀液的质量比为1：5～10。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成于泡沫模型表面的具有多孔结构的金属涂层的厚度为1-3mm，所述金属涂层的孔隙率为30-60％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极为Pt片、石墨片、Al片、Zn片、Cu片、Ni片中的一种；进行共沉积过程中的电流密度为1-3A/dm2。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电化处理包括依次对泡沫模型表面进行除油、粗化、敏化活化处理；所述除油包括采用无水乙醇超声清洗泡沫模型5-10min，清洗后烘干；所述粗化包括采用碱性溶液粗化5-10min，粗化后放入H2SO4溶液中5-10min，取出后用水清洗并烘干；所述敏化活化处理包括将泡沫模型放入活化液中活化1-2h，活化后置于蒸馏水中解胶，洗干净后烘干，使该泡沫模型表面形成一层Pd膜，所述活化液包括2-3g/LPdCl2、0.05-0.15g/L HCl、100-150g/L SnCl2水溶液、150g/L SnCl2胶体溶液。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中向镁合金部分泡沫模型和铝合金部分泡沫模型中分别浇注镁合金浇注液及铝合金浇注液，具体为：采用间隔浇注法浇注，先通过仅与铝合金部分泡沫模型连接的浇注口浇注铝合金浇注液，间隔8-20s后，通过仅与镁合金部分泡沫模型连接的浇注口浇注镁合金浇注液，铝合金浇注液的浇注温度为710-750℃，镁合金浇注液的浇注温度为700-730℃，浇注过程中真空度为0.03-0.06MPa；所述将具有金属涂层的泡沫模型与另一泡沫模型在需实现界面接触的位置进行粘接，具体为采用周边胶粘的方式进行粘接，并在涂刷涂料后两部分泡沫连接部分扎排气孔。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述进行共沉积的过程中，对共沉积液进行间歇式搅拌，每次搅拌时间1-5min，搅拌停止时间5-10min，共沉积时间为1-3h，搅拌方式为机械搅拌或者电磁搅拌；电镀时间和搅拌停止时间比为1:0.5～3。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的消失模铸造液液复合铝/镁双金属的方法铸造得到的铝/镁双金属。
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