CN115386770A - 一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法及设备 - Google Patents

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CN115386770A CN202211055423.4A CN202211055423A CN115386770A CN 115386770 A CN115386770 A CN 115386770A CN 202211055423 A CN202211055423 A CN 202211055423A CN 115386770 A CN115386770 A CN 115386770A
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Abstract

本发明公开了一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法及设备，涉及铝合金金具领域。本发明对超低速压铸工艺进行改进，主要体现在压铸速度的改进，而且通过暗冒口部位要求充分刷保温涂料，形成保温层，使暗冒口延迟凝固，让水道砂芯树脂分解气体往上逸至冒口中，气孔下方尖角变为圆角过度，使气体便于往上逸至暗冒口，减少压铸成型间隙内的空气的残留，使压铸成型间隙能够快速形成似真空状态，在提高铝合金金属液的流动速度，缩短压铸周期的同时，还有效减少空气对铝合金金属液的影响，提高铝合金金属液流动的均匀度，减少压铸中上气孔、缩筋等不良的产生。

Description

一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法及设备
技术领域
本发明涉及铝合金金具制备领域，特别是涉及一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法及设备。
背景技术
铝合金金具，输电线路广泛使用的铝制金属附件，大部分金具在运行中需要承受较大的拉力，有的还要同时保证电气方面接触良好。金具种类繁多，用途各异，例如，安装导线用的各种线夹，组成绝缘子串的各种挂环，连接导线的各种压接管、补修管，分裂导线上的各种类型的间隔棒等，此外还有杆塔用的各类拉线金具，以及用作保护导线的大小有关，须互相配合。
公开号“CN111455208B”公开的“一种纳米改性铝合金材料与其制备方法及其制造的节能环保电力金具”，该方法包括如下步骤：1)制备硅包覆碳纳米管：将硅粉与碳纳米管混合后进行机械球磨，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建核壳结构，得到硅包覆碳纳米管；2)制备纳米改性铝合金材料：将步骤1)所得硅包覆碳纳米管加入铝合金基体中进行半固态搅拌，使添加的硅包覆碳纳米管在铝合金基体中均匀分散，随后升温浇铸，得到纳米改性铝合金材料铸棒。本发明制备的纳米改性铝合金材料较传统的电力金具用可锻铸铁材料具有轻质、高强、免镀锌的优势，且比常规铝合金强度更高。
现在铝合金在进行压铸的过程中，由于超低速压铸的速度较慢，使铝液在充填过程中，呈层流流动，虽能减少普通压铸过程中紊流带来的卷气，但是排气不够完全，容易产生气孔，盖面气孔内部探伤报废减小，产品优良率大幅提高，而且，超低速压铸的速度一成不变，在不同压铸时间上，容易造成气孔、缩筋等不良的产生，抗拉强度、屈服强度、延伸率大大降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法及设备，解决由于超低速压铸的速度较慢，使铝液在充填过程中，呈层流流动，虽能减少普通压铸过程中紊流带来的卷气，但是排气不够完全，容易产生气孔，盖面气孔内部探伤报废减小，产品优良率大幅提高，而且，超低速压铸的速度一成不变，在不同压铸时间上，容易造成气孔、缩筋等不良的产生，抗拉强度、屈服强度、延伸率大大降低：
本发明为一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法，包括以下步骤：
S1、铝合金液制作：
按下述配比称取各炉料，Si：7.5％、Mg：0.35％为不变含量的元素，Cu： 0.6％～1.5％，Ni：0.7～2.3％，Fe：0.3～0.9％，Mn：0.2～0.8％其余为Al；
将炉料加入熔化炉中，熔化炉温度为800±20℃，当炉料开始融化时加入精炼剂，炉料全部融化后加入精炼剂，去掉渣滓，得铝合金溶液；
其中，在铝硅合金中添加Cu、Ni、Mn、Fe合金元素后能在基体析出 Al-Ni、Al-Ni-Cu、Al-Ni-Fe-Mn、Al-Ni-Fe-Si等高温强化相，提高合金高温性能。在Fe含量较低时合金中含Ni、Cu相为主要的高温强化相，这种高温强化相在基体析出提高合金的高温力学性能。但随着Ni的增加并没有出现预想的在基体中形成网状结构，反而使含Ni相变大。在Ni、Mn作用下Fe形态得到很大改善，产生的含Fe相主要为鱼骨状、花瓣状和块状，一定程度上提高合金的力学性能。这些含Fe相沿α-Al基体分布与在基体中均匀分布的含Ni相有机结合，在基体形成封闭和半封闭的网状结构，更大程度上提高铝硅合金的高温力学性能。
S2、纳米复合材料制作：
将碳包覆铁与碳化铁纳米颗粒混合后进行机械球磨，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建由铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒内核和包覆在所述铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒表面的氮、氧掺杂的石墨化碳层外壳，得到纳米复合材料；
S3、混合：
将S2所得的纳米复合材料与S1所得铝合金溶液混合，进行半固态搅拌，使添加的纳米复合材料在铝合金溶液中均匀分散，得到混合液；
其中，将由铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒内核和包覆在所述铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒表面的氮、氧掺杂的石墨化碳层外壳组成的纳米复合材料与铝合金溶液混合，制作成新的纳米铝合金金具，首先，纳米复合材料结构完整，包覆紧密，在铝本身的良好塑性下，大大提高了铝合金金具的强度，铝合金金具的表面在一定时间内将会发生钝化，大大提高了铝合金金具的耐腐蚀性，纳米铝合金金具也继承了铝合金和碳纳米复合材料的优良的导电性、导热性以及抗蚀性。
S4、超低速压铸：
将得到的混合液转移至保温炉内，在压铸模具上设置一进浇口，将压铸模具进行预热，并在压铸模具的型腔内表面均匀喷上一层脱模剂，将保温炉内的混合液倒入压铸模具的进浇口内，采用压射冲头将混合液形成超低速压铸，最终将混合液压射至压铸模具的型腔内，铸压速度分为三段，初始时，速度为0.02-0.03m/s，时间为4.0-5.0s；中段变化为0.25-0.38m/s，时间为2.5-3.0s；最后速度为0.01-0.02m/s，时间为0.5-1.0s；停止时，速度均匀减小，直至停止；
其中，对超低速压铸工艺进行改进，主要体现在压铸速度的改进，铸压速度分为三段，初始时，速度为0.02-0.03m/s，时间为4.0-5.0s；中段变化为0.25-0.38m/s，时间为2.5-3.0s；最后速度为0.01-0.02m/s，时间为 0.5-1.0s；停止时，速度均匀减小，直至停止，由于超低速压铸使铝液在充填过程中，呈层流流动，在进行压铸的过程中，初始时，型腔内的混合液还是液体，此时，为了防止空气残留，较慢的进行压铸，能够对压铸成型间隙内的空气进行牵引，减少压铸成型间隙内的空气的残留，使压铸成型间隙能够快速形成似真空状态，在提高铝合金金属液的流动速度，缩短压铸周期的同时，还有效减少空气对铝合金金属液的影响，提高铝合金金属液流动的均匀度，减少压铸中上气孔、缩筋等不良的产生，有效提高压铸的成型质量，中段时，此时，速度较快，时间较短，对铸件进行快速压铸，抗拉强度、屈服强度、延伸率得到提高，停止时，速度呈梯度下降，而不是骤降，速度均匀减小，使得成型效果更好，铸件的精密度更高。
S5、成型：
压铸模具进行开模，冷却组件采用点冷模式对模具降温，然后从型腔内取出纳米铝合金压铸件，完成纳米铝合金压铸件的压铸成型。
在成型之后经过打磨等过程，变为铝合金金具。
所述S3中，半固态搅拌的温度为600～680℃，搅拌时间为15～60min。
所述S4中，在进行超低速压铸时，对混合液采用至少两阶段增压的步骤包括：启动第一段增压，释放80-100Mpa的压力作用在混合液上，延时1-2 秒；以及启动第二段增压，释放100-120Mpa的压力作用在混合液上。
所述S3中纳米复合材料与铝合金溶液的质量百分比为0.2％-0.25％。
所述铝合金金具为球头挂环、碗头挂板、中心回转式悬垂线夹、NX楔形线夹、UT线夹中的一种。
一种纳米铝合金金具的超低速压铸设备，包括静模以及动模，所述静模与动模相合形成型腔，所述动模上设置有排气组件；
所述静模与动模之间设置有暗冒口，所述暗冒口与型腔连通，所述暗冒口内壁设置有保温层，所述暗冒口与型腔的交接处设置有圆弧过渡；
所述型腔的各个边角处设置槽道，所述槽道的深度为1.5mm-1.8mm；
所述排气组件包括主排气道以及若干副排气道，所述主排气道为竖直结构，若干所述副排气道为倾斜结构，若干所述副排气道呈圆周阵列等距排布，且与主排气道连通；
其中，通过在各个边角处设置槽道，槽道的深度1.5mm-1.8mm为铸件在各个边角的加工余量，使渣上浮至加工去除层，即槽道所在的地方，以减少铸件中的杂质，减少报废。
所述排气组件还包括排气管、排气阀以及气筒，所述排气管一端与主排气道连通，所述排气管另一端与气筒连通，所述排气管上设置有排气阀；
其中，通过暗冒口部位要求充分刷保温涂料，形成保温层，使暗冒口延迟凝固，让水道砂芯树脂分解气体往上逸至冒口中，气孔下方尖角变为圆角过度，使气体便于往上逸至暗冒口，通过设置主排气道为竖直结构，若干所述副排气道为倾斜结构，若干所述副排气道呈圆周阵列等距排布，且与主排气道连通，盖面气孔内部探伤报废减小，产品优良率大幅提高。
所述静模上设置有压室，所述压室与型腔连通，所述压室内部活动设置有压射冲头，所述压室上设置有进浇口。
所述动模中设置有冷却组件，设置在动模内部的冷却组件可以在充型完成后，辅助模具降温，从而缩短真空压铸的冷却时间，进一步缩短真空压铸的周期。
所述动模中设置有顶出组件，所述顶出组件包括顶出杆以及连接杆，所述动模中设置有与顶出杆适配的若干顶杆通孔，所述顶杆通孔与型腔连通，所述顶出杆活动设置在顶杆通孔中，若干所述顶出杆均连接在连接杆上，通过设置多个顶出杆和对应的多个顶杆通孔，能够在脱模的过程中，将铸件顶出。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过将由铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒内核和包覆在所述铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒表面的氮、氧掺杂的石墨化碳层外壳组成的纳米复合材料与铝合金溶液混合，制作成新的纳米铝合金金具，首先，纳米复合材料结构完整，包覆紧密，在铝本身的良好塑性下，大大提高了铝合金金具的强度，铝合金金具的表面在一定时间内将会发生钝化，大大提高了铝合金金具的耐腐蚀性，纳米铝合金金具也继承了铝合金和碳纳米复合材料的优良的导电性、导热性以及抗蚀性。
2、本发明通过对超低速压铸工艺进行改进，主要体现在压铸速度的改进，铸压速度分为三段，初始时，速度为0.02-0.03m/s，时间为4.0-5.0s；中段变化为0.25-0.38m/s，时间为2.5-3.0s；最后速度为0.01-0.02m/s，时间为0.5-1.0s；停止时，速度均匀减小，直至停止，由于超低速压铸使铝液在充填过程中，呈层流流动，在进行压铸的过程中，初始时，型腔内的混合液还是液体，此时，为了防止空气残留，较慢的进行压铸，能够对压铸成型间隙内的空气进行牵引，减少压铸成型间隙内的空气的残留，使压铸成型间隙能够快速形成似真空状态，在提高铝合金金属液的流动速度，缩短压铸周期的同时，还有效减少空气对铝合金金属液的影响，提高铝合金金属液流动的均匀度，减少压铸中上气孔、缩筋等不良的产生，有效提高压铸的成型质量，中段时，此时，速度较快，时间较短，对铸件进行快速压铸，抗拉强度、屈服强度、延伸率得到提高，停止时，速度呈梯度下降，而不是骤降，速度均匀减小，使得成型效果更好，铸件的精密度更高。
3、本发明通过在各个边角处设置槽道，槽道的深度1.5mm-1.8mm为铸件在各个边角的加工余量，使渣上浮至加工去除层，即槽道所在的地方，以减少铸件中的杂质，减少报废。
4、本发明通过暗冒口部位要求充分刷保温涂料，形成保温层，使暗冒口延迟凝固，让水道砂芯树脂分解气体往上逸至冒口中，气孔下方尖角变为圆角过度，使气体便于往上逸至暗冒口，通过设置主排气道为竖直结构，若干所述副排气道为倾斜结构，若干所述副排气道呈圆周阵列等距排布，且与主排气道连通，盖面气孔内部探伤报废减小，产品优良率大幅提高。
5、本发明通过添加Cu、Ni、Fe、Mn合金元素，经过变质和热处理后，在Ni、Mn作用下Fe形态得到很大改善，产生的含Fe相主要为鱼骨状、花瓣状和块状，一定程度上提高合金的力学性能，这些含Fe相沿α-Al基体分布与在基体中均匀分布的含Ni相有机结合，在基体形成封闭和半封闭的网状结构，更大程度上提高铝硅合金的高温力学性能。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法的流程图；
图2为一种纳米铝合金金具的超低速压铸设备的整体结构示意图；
图3为本发明图2的俯视结构示意图；
图4为本发明图3中A-A处剖视图；
图5为本发明图4处B处局部放大图；
图6为本发明图4处C处局部放大图；
图7为本发明图4处D处局部放大图；
图8为本发明图4处E处局部放大图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
110、静模；120、动模；130、型腔；140、暗冒口；150、槽道；210、保温层；220、主排气道；230、副排气道；240、排气管；250、排气阀；260、气筒；310、压室；320、压射冲头；330、进浇口；340、冷却组件；410、顶出杆；420、连接杆；430、顶杆通孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
请参阅图1-8所示，本实施列一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法，包括以下步骤：
S1、铝合金液制作：
按下述配比称取各炉料，Si：7.5％、Mg：0.35％为不变含量的元素，Cu：0.6％，Ni：0.7％，Fe：0.3％，Mn：0.2％，其余为Al；
将炉料加入熔化炉中，熔化炉温度为800±20℃，当炉料开始融化时加入精炼剂，炉料全部融化后加入精炼剂，去掉渣滓，得铝合金溶液；
本实施例中，在铝硅合金中添加Cu、Ni、Mn、Fe合金元素后能在基体析出Al-Ni、Al-Ni-Cu、Al-Ni-Fe-Mn、Al-Ni-Fe-Si等高温强化相，提高合金高温性能。在Fe含量较低时合金中含Ni、Cu相为主要的高温强化相，这种高温强化相在基体析出提高合金的高温力学性能。但随着Ni的增加并没有出现预想的在基体中形成网状结构，反而使含Ni相变大。在Ni、Mn作用下Fe形态得到很大改善，产生的含Fe相主要为鱼骨状、花瓣状和块状，一定程度上提高合金的力学性能。这些含Fe相沿α-Al基体分布与在基体中均匀分布的含Ni相有机结合，在基体形成封闭和半封闭的网状结构，更大程度上提高铝硅合金的高温力学性能。
S2、纳米复合材料制作：
将碳包覆铁与碳化铁纳米颗粒混合后进行机械球磨，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建由铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒内核和包覆在铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒表面的氮、氧掺杂的石墨化碳层外壳，得到纳米复合材料；
S3、混合：
将S2所得的纳米复合材料与S1所得铝合金溶液混合，进行半固态搅拌，使添加的纳米复合材料在铝合金溶液中均匀分散，得到混合液；
本实施例中，将由铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒内核和包覆在铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒表面的氮、氧掺杂的石墨化碳层外壳组成的纳米复合材料与铝合金溶液混合，制作成新的纳米铝合金金具，首先，纳米复合材料结构完整，包覆紧密，在铝本身的良好塑性下，大大提高了铝合金金具的强度，铝合金金具的表面在一定时间内将会发生钝化，大大提高了铝合金金具的耐腐蚀性，纳米铝合金金具也继承了铝合金和碳纳米复合材料的优良的导电性、导热性以及抗蚀性。
S4、超低速压铸：
将得到的混合液转移至保温炉内，在压铸模具上设置一进浇口，将压铸模具进行预热，并在压铸模具的型腔内表面均匀喷上一层脱模剂，将保温炉内的混合液倒入压铸模具的进浇口内，采用压射冲头将混合液形成超低速压铸，最终将混合液压射至压铸模具的型腔内，铸压速度分为三段，初始时，速度为0.025m/s，时间为4.0-5.0s；中段变化为0.300m/s，时间为2.5-3.0s；最后速度为0.015m/s，时间为0.5-1.0s；停止时，速度均匀减小，直至停止；
本实施例中，对超低速压铸工艺进行改进，主要体现在压铸速度的改进，铸压速度分为三段，初始时，速度为0.02-0.03m/s，时间为4.0-5.0s；中段变化为0.25-0.38m/s，时间为2.5-3.0s；最后速度为0.01-0.02m/s，时间为0.5-1.0s；停止时，速度均匀减小，直至停止，由于超低速压铸使铝液在充填过程中，呈层流流动，在进行压铸的过程中，初始时，型腔内的混合液还是液体，此时，为了防止空气残留，较慢的进行压铸，能够对压铸成型间隙内的空气进行牵引，减少压铸成型间隙内的空气的残留，使压铸成型间隙能够快速形成似真空状态，在提高铝合金金属液的流动速度，缩短压铸周期的同时，还有效减少空气对铝合金金属液的影响，提高铝合金金属液流动的均匀度，减少压铸中上气孔、缩筋等不良的产生，有效提高压铸的成型质量，中段时，此时，速度较快，时间较短，对铸件进行快速压铸，抗拉强度、屈服强度、延伸率得到提高，停止时，速度呈梯度下降，而不是骤降，速度均匀减小，使得成型效果更好，铸件的精密度更高。
S5、成型：
压铸模具进行开模，冷却组件采用点冷模式对模具降温，然后从型腔内取出纳米铝合金压铸件，完成纳米铝合金压铸件的压铸成型。
S3中，半固态搅拌的温度为600～680℃，搅拌时间为15～60min。
S4中，在进行超低速压铸时，对混合液采用至少两阶段增压的步骤包括：启动第一段增压，释放80-100Mpa的压力作用在混合液上，延时1-2秒；以及启动第二段增压，释放100-120Mpa的压力作用在混合液上。
S3中纳米复合材料与铝合金溶液的质量百分比为0.2％-0.25％。
铝合金金具为球头挂环、碗头挂板、中心回转式悬垂线夹、NX楔形线夹、 UT线夹中的一种。
一种纳米铝合金金具的超低速压铸设备，包括静模110以及动模120，静模110与动模120相合形成型腔130，动模120上设置有排气组件；
静模110与动模120之间设置有暗冒口140，暗冒口140与型腔130连通，暗冒口140内壁设置有保温层210，暗冒口140与型腔130的交接处设置有圆弧过渡；
型腔130的各个边角处设置槽道150，槽道150的深度为1.5mm-1.8mm；
排气组件包括主排气道220以及若干副排气道230，主排气道220为竖直结构，若干副排气道230为倾斜结构，若干副排气道230呈圆周阵列等距排布，且与主排气道220连通；
本实施例中，通过在各个边角处设置槽道150，槽道150的深度 1.5mm-1.8mm为铸件在各个边角的加工余量，即各个边角的加工余量增加 1.5mm-1.8mm，使渣上浮至加工去除层，即槽道150所在的地方，以减少铸件中的杂质，减少报废。
排气组件还包括排气管240、排气阀250以及气筒260，排气管240一端与主排气道220连通，排气管240另一端与气筒260连通，排气管240上设置有排气阀250；
本实施例中，通过暗冒口140部位要求充分刷保温涂料，形成保温层210，使暗冒口140延迟凝固，让水道砂芯树脂分解气体往上逸至冒口中，气孔下方尖角变为圆角过度，使气体便于往上逸至暗冒口140，通过设置主排气道220为竖直结构，若干副排气道230为倾斜结构，若干副排气道230呈圆周阵列等距排布，且与主排气道220连通，盖面气孔内部探伤报废减小，产品优良率大幅提高。
静模110上设置有压室310，压室310与型腔130连通，压室310内部活动设置有压射冲头320，压室310上设置有进浇口330。
动模120中设置有冷却组件340，设置在动模120内部的冷却组件340 可以在充型完成后，辅助模具降温，从而缩短真空压铸的冷却时间，进一步缩短真空压铸的周期。
动模120中设置有顶出组件，顶出组件包括顶出杆410以及连接杆420，动模120中设置有与顶出杆410适配的若干顶杆通孔430，顶杆通孔430与型腔130连通，顶出杆410活动设置在顶杆通孔430中，若干顶出杆410均连接在连接杆420上，通过设置多个顶出杆410和对应的多个顶杆通孔430，能够在脱模的过程中，将铸件顶出。
实施例二
实施例二与实施例一相似，不同的是，实施例二中的Cu：0.6％，Ni： 1.5％，Fe：0.5％，Mn：0.2％。
实施例三
实施例三与实施例一相似，不同的是，实施例三中的Cu：0.6％，Ni： 2.3％，Fe：0.9％，Mn：0.8％。
实施例四
实施例四与实施例一相似，不同的是，实施例四中的Cu：1.0％，Ni： 0.7％，Fe：0.9％，Mn：0.8％。
实施例五
实施例五与实施例一相似，不同的是，实施例五中的Cu：1.0％，Ni： 0.5％，Fe：0.3％，Mn：0.2％。
实施例六
实施例六与实施例一相似，不同的是，实施例六中的Cu：1.0％，Ni： 0.7％，Fe：0.6％，Mn：0.8％。
实施例七
实施例七与实施例一相似，不同的是，实施例七中的Cu：1.5％，Ni： 0.7％，Fe：0.6％，Mn：0.2％。
实施例八
实施例八与实施例一相似，不同的是，实施例八中的Cu：1.5％，Ni： 1.5％，Fe：0.9％，Mn：1.2％。
实施例九
实施例九与实施例一相似，不同的是，实施例九中的Cu：1.5％，Ni： 2.3％，Fe：0.3％，Mn：0.5％。
实施例十
实施例十与实施例一相似，不同的是，实施例十中的铸压速度，初始时，速度为0.020m/s，时间为4.0-5.0s；中段变化为0.300m/s，时间为2.5-3.0s；最后速度为0.015m/s，时间为0.5-1.0s；停止时，速度均匀减小，直至停止。
实施例十一
实施例十一与实施例一相似，不同的是，实施例十一中的铸压速度，初始时，速度为0.020m/s，时间为4.0-5.0s；中段变化为0.300m/s，时间为2.5-3.0s；最后速度为0.015m/s，时间为0.5-1.0s；停止时，速度均匀减小，直至停止。
对上述实施例一到实施例十一中得到的铸件进行常温抗拉强度和高温
(300℃)抗拉强度的正交试验以及延伸率实验，实验结果如下表：
Figure BDA0003824741690000151
表1
从上表中得出，在常温下抗拉强度都高于普通铝合金以及铸铁合金，但是在高温的情况下，抗拉强度会受到高温的影响降低一部分，在含Fe铝合金中添加Mn元素可以改善Fe相形态并且能提高合金的耐热性和致密性。 Mn与Fe结合后能形成呈汉字状或鱼骨状的铁相，大大减弱针片状β铁相的脆性。但随着锰加入量的增加，合金中会出现Fe-Mn-A1相，使合金的力学性能降低，使得合金高温抗拉强度随着Mn元素的增加先升高后降低，延伸率也大大增加。
对上述实施例一到实施例十一中得到的铸件进行酸洗实验，可以得出如下表2的实验结果：
Figure BDA0003824741690000161
表2
从上表中得出，纳米复合材料能够钝化，钝化后的纳米铝合金酸洗损失率小于1％，远远强于普通的铝合金金具与铸铁金具，大大提高了耐腐蚀性。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、铝合金液制作：
按下述配比称取各炉料，Si：7.5％、Mg：0.35％为不变含量的元素，Cu：0.6％～1.5％，Ni：0.7～2.3％，Fe：0.3～0.9％，Mn：0.2～0.8％其余为Al；
将炉料加入熔化炉中，熔化炉温度为800±20℃，当炉料开始融化时加入精炼剂，炉料全部融化后加入精炼剂，去掉渣滓，得铝合金溶液；
S2、纳米复合材料制作：
将碳包覆铁与碳化铁纳米颗粒混合后进行机械球磨，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建由铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒内核和包覆在所述铁纳米颗粒和碳化铁纳米颗粒表面的氮、氧掺杂的石墨化碳层外壳，得到纳米复合材料；
S3、混合：
将S2所得的纳米复合材料与S1所得铝合金溶液混合，进行半固态搅拌，使添加的纳米复合材料在铝合金溶液中均匀分散，得到混合液；
S4、超低速压铸：
将得到的混合液转移至保温炉内，在压铸模具上设置一进浇口，将压铸模具进行预热，并在压铸模具的型腔内表面均匀喷上一层脱模剂，将保温炉内的混合液倒入压铸模具的进浇口内，采用压射冲头将混合液形成超低速压铸，最终将混合液压射至压铸模具的型腔内，铸压速度分为三段，初始时，速度为0.02-0.03m/s，时间为4.0-5.0s；中段变化为0.25-0.38m/s，时间为2.5-3.0s；最后速度为0.01-0.02m/s，时间为0.5-1.0s；停止时，速度均匀减小，直至停止；
S5、成型：
压铸模具进行开模，冷却组件采用点冷模式对模具降温，然后从型腔内取出纳米铝合金压铸件，完成纳米铝合金压铸件的压铸成型。
2.根据权利要求1所述的一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法，其特征在于：所述S3中，半固态搅拌的温度为600～680℃，搅拌时间为15～60min。
3.根据权利要求1所述的一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法，其特征在于：所述S4中，在进行超低速压铸时，对混合液采用至少两阶段增压的步骤包括：启动第一段增压，释放80-100Mpa的压力作用在混合液上，延时1-2秒；以及启动第二段增压，释放100-120Mpa的压力作用在混合液上。
4.根据权利要求3所述的一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法，其特征在于：所述S3中纳米复合材料与铝合金溶液的质量百分比为0.2％-0.25％。
5.根据权利要求1所述的一种纳米铝合金金具的超低速压铸方法，其特征在于：所述铝合金金具为球头挂环、碗头挂板、中心回转式悬垂线夹、NX楔形线夹、UT线夹中的一种。
6.一种纳米铝合金金具的超低速压铸设备，包括静模(110)以及动模(120)，所述静模(110)与动模(120)相合形成型腔(130)，其特征在于：所述动模(120)上设置有排气组件；
所述静模(110)与动模(120)之间设置有暗冒口(140)，所述暗冒口(140)与型腔(130)连通，所述暗冒口(140)内壁设置有保温层(210)，所述暗冒口(140)与型腔(130)的交接处设置有圆弧过渡；
所述型腔(130)的各个边角处设置槽道(150)，所述槽道(150)的深度为1.5-1.8mm；
所述排气组件包括主排气道(220)以及若干副排气道(230)，所述主排气道(220)为竖直结构，若干所述副排气道(230)为倾斜结构，若干所述副排气道(230)呈圆周阵列等距排布，且与主排气道(220)连通。
7.根据权利要求6所述的一种纳米铝合金金具的超低速压铸设备，其特征在于：所述排气组件还包括排气管(240)、排气阀(250)以及气筒(260)，所述排气管(240)一端与主排气道(220)连通，所述排气管(240)另一端与气筒(260)连通，所述排气管(240)上设置有排气阀(250)。
8.根据权利要求7所述的一种纳米铝合金金具的超低速压铸设备，其特征在于：所述静模(110)上设置有压室(310)，所述压室(310)与型腔(130)连通，所述压室(310)内部活动设置有压射冲头(320)，所述压室(310)上设置有进浇口(330)。
9.根据权利要求7所述的一种纳米铝合金金具的超低速压铸设备，其特征在于：所述动模(120)中设置有冷却组件(340)。
10.根据权利要求7所述的一种纳米铝合金金具的超低速压铸设备，其特征在于：所述动模(120)中设置有顶出组件，所述顶出组件包括顶出杆(410)以及连接杆(420)，所述动模(120)中设置有与顶出杆(410)适配的若干顶杆通孔(430)，所述顶杆通孔(430)与型腔(130)连通，所述顶出杆(410)活动设置在顶杆通孔(430)中，若干所述顶出杆(410)均连接在连接杆(420)上。
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