CN1199913C - 镁合金专用泡沫陶瓷过滤器制备方法 - Google Patents

Abstract

一种镁合金专用泡沫陶瓷过滤器制备方法，以软质聚氨酯泡沫塑料为母体，用纯氧化镁为原料，以磷酸铝或硫酸铝为粘结剂，氧化镁与粘结剂的配比为1∶0.05～0.3，两者制成浆液，浸涂在泡沫塑料上，再经干燥，高温烧结而成。对于尺寸比较大的过滤器，在泡沫塑料内安置芯骨，以提高泡沫陶瓷过滤器的强度。本发明制备的泡沫陶瓷过滤器用于镁合金熔体的过滤除渣，可有效清除宏观和显微夹杂物，提高合金液的净化质量，具有明显的经济效益。

Description

镁合金专用泡沫陶瓷过滤器制备方法

技术领域：

本发明涉及一种镁合金专用泡沫陶瓷过滤器制备方法，制备的过滤器用于镁合金熔体的过滤净化处理，属于金属材料与冶金类领域。

背景技术：

长期以来，镁合金铸造生产中夹杂缺陷一直是一个比较突出的问题，夹杂缺陷的存在显著降低铸件的机械性能，表面夹杂缺陷还会降低铸件表面的完整性与光洁度，尤其是表面熔剂夹杂的存在，会大大降低铸件表面的抗蚀性。因此，一些重要的镁铸件对夹杂缺陷的限制极其严格。

泡沫陶瓷是近年来新出现的一种高效合金熔体过滤介质，作为合金熔体的过滤材料，泡沫陶瓷必须有很好的高温性能，不但能够经受住高温金属液的热冲击与机械冲击作用，还必须在高温下对合金液保持化学稳定，不与合金元素起反应。近十多年来，国内外已根椐不同合金的特点，发展了多种不同材质的陶瓷过滤器。当前国内外广泛采用的过滤器均以氧化铝、氧化硅、氧化锆、碳化硅材料和无机粘结剂调制成浆液，再采用适当的方法浸涂在泡沫塑料上经加热烘干、烧结硬化而制成过滤器。这种过滤器可以过滤一般的铝合金、铜合金、铸铁、铸钢等。例如：美国专利第3893917、3962081、4024056、4075303号等专利文献。中国专利85102359A、87101800.4、92102883.0也公开了泡沫陶瓷材料过滤器及其制备工艺和使用方法，但它们使用的陶瓷材料仍是由氧化铝、氧化硅、氧化锆、碳化硅等材料组成。

由于镁元素很活泼，极易氧化，镁合金不但熔炼工艺复杂，而且铸件很难避免氧化夹杂与熔剂夹杂，夹杂缺陷往往导致重要的镁合金铸件报废。但镁合金铸件绝不可采用普通的泡沫陶瓷过滤器。这是因为氧化镁的生成自由能很低，易与生成自由能较高的氧化物如氧化硅、氧化铝发生如下反应：

该反应在镁合金的浇铸温度720～780℃下进行极快，凡是含氧化硅较多的泡沫陶瓷在此温度的镁合金液中都将迅速溶化，其结果是非但不能净化合金，反而给合金液中带来更多的夹杂物。目前国内研制的泡沫陶瓷过滤器大都含有10％以上氧化硅，在高温镁合金熔体中都将迅速溶解，不能用于镁合金熔体过滤。因而一般的氧化铝-氧化硅类泡沫陶瓷过滤器在镁合金熔体净化方面的应用受到一定限制。针对镁合金对泡沫陶瓷过滤器材料有特殊的高温化学稳定性要求这一特点，有必要采用氧化镁制作泡沫陶瓷过滤器，因为氧化镁对镁合金有很好的高温化学稳定性，可在高温镁合金液中长时间浸泡而不与镁合金发生反应，而且由于氧化镁与镁合金液中的液态熔剂润湿角很小，氧化镁泡沫陶瓷过滤器极易吸附镁合金中的熔剂液滴，从而使镁合金铸件免除了熔剂夹杂缺陷。中国专利87102516A公布了一种氧化镁泡沫陶瓷过滤器及其制取工艺，但该专利的不足之处在于采用酚醛清漆为粘结剂，以致陶瓷过滤器的强度不足，且陶瓷颗粒间粘附力差，使用过程中易掉粉而污染镁熔体。且因烧结过程中陶瓷块易开裂以及本身的强度问题而很难制作尺寸大于150mm×150mm氧化镁陶瓷过滤器。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的镁合金专用泡沫陶瓷过滤器制备方法，制得的过滤器具有良好的高温抗压强度、耐高温冲击和抗热震性，具有良好的烧结和综合物理性能，同时降低烧结温度和制造成本。

为实现这个目的，本发明的技术方案中，以软质聚氨脂泡沫塑料为母体，选用纯氧化镁为原料，代替氧化铝、氧化硅类材料，以磷酸铝或硫酸铝为粘结剂，氧化镁与粘结剂的配比为1∶0.05～0.3，两者制成浆液，采用浸涂工艺将浆液浸涂在泡沫塑料上，经烘干硬化，烧结而获得泡沫陶瓷过滤器。

对于大的泡沫陶瓷过滤器，可在泡沫塑料涂挂了浆料之后，但在烧结之前，将低碳钢、不锈钢或耐热钢丝作为芯骨置于涂挂了浆料的泡沫塑料内，以提高烧结后的泡沫陶瓷过滤器的强度。

本发明制备氧化镁陶瓷过滤器的具体方法按如下步骤进行：

1、选取孔隙率为70-85％的聚氨脂泡沫塑料，加工成所需要的尺寸和形状，放在PH为7.5-8.5的50-60℃的碱溶液中浸泡20-30分钟，以去除泡沫塑料孔眼内的薄膜，然后用清水漂洗去除碱溶液，之后自然干燥去除其水。

2、再将干燥的聚氨脂泡沫塑料浸渍在搅拌均匀的氧化镁与粘结剂配成的混合物浆料中揉搓，使陶瓷浆比较均匀地分布在整个泡沫塑料内，随后挤出多余的浆料，使泡沫塑料上留下一层很薄的浆液。粘结剂采用磷酸铝或硫酸铝，氧化镁与粘结剂的配比为1∶0.05～0.3。对于大的泡沫陶瓷过滤器，可在泡沫塑料涂挂了浆料之后，但在烧结之前，将低碳钢、不锈钢或耐热钢丝作为芯骨置于涂挂了浆料的泡沫塑料内。

3、待粘附有混合物浆料的坯料自然干燥后，将其加热到200-300℃进行烘干，再在1300-1650℃温度下进行高温焙烧，得到氧化镁泡沫陶瓷过滤器。

本发明提供的工艺方法简单，采用的原料价格便宜，制备的新型氧化镁泡沫陶瓷过滤器，比常用的氧化铝-氧化硅类泡沫塑料过滤器有更好的化学稳定性，既可以避免在镁合金中溶解，也不会污染高温镁液，具有良好的高温抗压强度、耐高温冲击和抗热震性。采用本发明的过滤器可有效清除宏观和显微夹杂物，提高合金液的净化质量。同时由于在泡沫塑料内安置了芯骨而大大提高了泡沫陶瓷的强度，从而可以用于制备镁合金连铸用的大型氧化镁泡沫陶瓷过滤器。

具体实施方式：

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1：

选取孔隙率为70％的聚氨脂泡沫塑料，加工成100mm×100mm×25mm大小，放在PH为7.5的60℃的碱溶液中浸泡20分钟，以去除泡沫塑料孔眼内的薄膜，然后用清水漂洗去除碱溶液，之后自然干燥去除其水。采用纯氧化镁与磷酸铝配制陶瓷浆料，氧化镁与磷酸铝的比例为1∶0.1，再将干燥的聚氨脂泡沫塑料浸渍在搅拌均匀的纯氧化镁与磷酸铝的混合物浆料中揉搓，使陶瓷浆比较均匀地分布在整个泡沫塑料内，之后用予先调定的辊子压榨该泡沫塑料，以挤出多余的浆料。使泡沫塑料上留下一层很薄的浆液。待粘附有混合物浆料的坯料自然干燥24小时后，在100℃下烘烤3小时，再将炉温慢慢升温至300℃保温2小时，之后炉温升至1300℃焙烧1小时，再随炉冷却到约100℃取出。即可获得纯氧化镁泡沫陶瓷过滤器。

实施例2：

选取孔隙率为75％的聚氨脂泡沫塑料，加工成200mm×200mm×30mm大小，放在PH为8.5的50℃的碱溶液中浸泡30分钟，以去除泡沫塑料孔眼内的薄膜，然后用清水漂洗去除碱溶液，之后自然干燥去除其水。采用纯氧化镁与硫酸铝配制陶瓷浆料，氧化镁与硫酸铝的比例为1∶0.2，再将干燥的聚氨脂泡沫塑料浸渍在搅拌均匀的纯氧化镁与硫酸铝的混合物浆料中揉搓，使陶瓷浆比较均匀地分布在整个泡沫塑料内，之后用予先调定的辊子压榨该泡沫塑料，以挤出多余的浆料。使泡沫塑料上留下一层很薄的浆液。待粘附有混合物浆料的坯料自然干燥24小时后，在150℃下烘烤3小时，再将炉温慢慢升温至300℃保温5小时，之后炉温升至1400℃焙烧2小时，再随炉冷却到约100℃取出。即可获得纯氧化镁泡沫陶瓷过滤器。

实施例3：

选取孔隙率为80％的聚氨脂泡沫塑料，加工成400mm×400mm×30mm大小，放在PH为8.5的60℃的碱溶液中浸泡30分钟，以去除泡沫塑料孔眼内的薄膜，然后用清水漂洗去除碱溶液，之后自然干燥去除其水。采用纯氧化镁与磷酸铝配制陶瓷浆料，氧化镁与磷酸铝的比例为1∶0.3，再将干燥的聚氨脂泡沫塑料浸渍在均匀搅拌的纯氧化镁与磷酸铝的混合物浆料中揉搓，使陶瓷浆比较均匀地分布在整个泡沫塑料内，之后用予先调定的辊子压榨该泡沫塑料，以挤出多余的浆料。使泡沫塑料上留下一层很薄的浆液。待粘附有混合物浆料的坯料自然干燥48小时后，将低碳钢或不锈钢或耐热钢丝等作为芯骨置于涂挂了浆料的泡沫塑料内，在150℃下烘烤3小时，再将炉温慢慢升温至300℃保温6小时，之后炉温升至1450℃焙烧5小时，再随炉冷却到约100℃取出。即可获得镁合金连铸用的大型氧化镁泡沫陶瓷过滤器。

Claims (2)

1.一种镁合金专用泡沫陶瓷过滤器制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：

1)选取孔隙率为70-85％的聚氨脂泡沫塑料加工成所需尺寸和形状，放在PH为7.5-8.5的50-60℃的碱溶液中浸泡20-30分钟，用清水漂洗去除碱溶液后自然干燥；

2)将干燥的聚氨脂泡沫塑料浸渍在搅拌均匀的氧化镁与粘结剂配成的混合物浆料中揉搓，使泡沫塑料上留下一层浆液，粘结剂采用磷酸铝或硫酸铝，氧化镁与粘结剂的配比为1∶0.05～0.3；

3)待粘附有混合物浆料的坯料自然干燥后，将其加热到200-300℃进行烘干，再在1300-1650℃温度下进行高温焙烧，得到氧化镁泡沫陶瓷过滤器。

2、如权利要求1所说的镁合金专用泡沫陶瓷过滤器制备方法，其特征在于在烧结之前，将低碳钢、不锈钢或耐热钢丝作为芯骨置于涂挂了浆料的泡沫塑料内。