CN1978095A - 用于铝压铸的熔融物供应管及其制造方法 - Google Patents

用于铝压铸的熔融物供应管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种用于铝压铸的熔融物供应管，该管可以抵抗机械撞击并且相对于熔融铝合金来说具有出色的抗熔化损耗能力，而且具有延长的寿命。用于连接熔炉和压铸机的柱塞套筒的熔融物供应管包括内部陶瓷管和安装在内管上的外部钢管，其中Ni合金层形成在外部钢管的内周表面上，并且TiC颗粒粘接到Ni合金层的表面上。

Description

用于铝压铸的熔融物供应管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于在铝压铸过程中将熔融铝合金从熔炉供应到压铸机的柱塞套筒的熔融物供应管。
背景技术
在传统的压铸机中，通常采用钢包方法将熔融铝合金供应到柱塞套筒。按照钢包方法，熔融铝合金通过钢包从熔炉中取出并供应到柱塞套筒。
作为取代钢包方法的技术，近年来熔融物供应管方法吸引了注意力，该方法涉及将熔炉和柱塞套筒与熔融物供应管直接连接，并且经由熔融物供应管将熔融铝合金供应到柱塞套筒。与传统的钢包方法相比，通过熔融物供应管方法，可显著降低氧化铝膜和固体碎片混合到熔融铝合金内的情况。熔融物供应管方法因此具有可以提供较高质量的压铸产品的优点。
迄今为止用来连接熔炉和柱塞套筒的传统熔融物供应管具有其中加热器围绕陶瓷管卷绕的结构。陶瓷材料用于熔融物供应管，这是由于该材料相对于熔融铝合金来说具有高的抗熔化损耗能力。
虽然陶瓷管因此相对于熔融铝合金来说十分牢固，它对于撞击来说十分脆弱，并且在操作过程中由于其振动或者在其维护过程中由于误操作而损坏。另外，只有不足的负载施加在这种容易损坏的陶瓷管的连接部分上，这会造成熔融铝合金从连接部分泄漏。
本申请人已经提出一种相对于熔融铝合金来说具有增加的抗熔化损耗能力的熔融铝合金接触构件，该构件包括钢底部、形成在钢底部上的Ni合金层以及以颗粒状态粘接在Ni合金层的表面上的TiC(日本专利公开文本NO.2005-264306)。
另外，公知的熔融物供应管具有其中陶瓷或石墨管封装在钢管内以便弥补内管的易损性的结构。但是，由于钢管和陶瓷或石墨管之间的热膨胀系数差别大，由于其不同的热膨胀，在内管和外管之间形成大的间隙。熔融铝合金容易进入该间隙，在短时间内造成钢管的熔化损耗以及其中形成孔。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决现有技术中的所述问题，并且提供一种用于铝压铸的熔融物供应管，该供应管相对于机械撞击来说十分牢固，并且相对于熔融铝合金来说具有出色的抗熔化损耗能力，并且本发明还提供一种制造熔融物供应管的方法。
为了实现此目的，本发明提供一种用于连接熔炉和压铸机的柱塞套筒的熔融物供应管，该供应管包括内部陶瓷管和安装在内管上的外部钢管，其中Ni合金层形成在外部钢管的内周表面上，并且TiC颗粒粘接到Ni合金层的表面上。
在本发明的优选实施例中，TiC颗粒具有10-500μm的平均颗粒直径，并且在颗粒没有完全被Ni合金层覆盖而部分从Ni合金层的表面上伸出的状态下粘接到Ni合金层上。
Ni合金最好具有2.6-3.2％的B、18-28％的Mo、3.6-5.2％的Si以及0.05-0.22％的C，其中余量是Ni和不可避免的杂质。
在本发明的优选实施例中，TiC颗粒的间隙内填充粉末，该粉末包括至少一种氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)。
在本发明的优选实施例中，包括具有通过加热而膨胀性能的无机材料的一对纤维板构件在管的两个端部处夹在内部陶瓷管和外部钢管之间。最好是，形成在内部陶瓷管和外部钢管之间并由板构件限定的间隙填充球形或颗粒陶瓷填充剂。
本发明还提供一种用于制造熔融物供应管的方法，该供应管包括内部陶瓷管和安装在内管上的外部钢管以便连接熔炉和压铸机的柱塞套筒，该方法包括如下步骤：在外部钢管的内周表面上形成Ni合金层；将具有Ni合金层的外管埋置在TiC粉末中，并且在真空加热炉中在真空下将管和粉末加热到从Ni合金中产生液相的温度，由此将TiC颗粒粘接到Ni合金层的表面上；以及将内部陶瓷管安装在具有粘接到内周表面上的TiC颗粒的外管上，由此组装熔融物供应管。
按照本发明，外部钢管可保护内部陶瓷管不受到机械撞击，并且另外可以将足够的夹紧负载施加到熔融物供应管的终端连接部分上，由此防止熔融铝合金泄漏。另外，由于TiC颗粒致密地分布在外管的内周表面上，本发明的熔融物供应管相对于熔融铝合金来说具有显著提高的抗熔化损耗能力。因此，具有很高的抗撞击能力和很高的抗熔化损耗能力的本发明的熔融物供应管可具有显著延长的寿命。
附图说明
图1是表示按照本发明的第一实施例的用于铝压铸的熔融物供应管的截面图；
图2是图1的部分A的放大视图；
图3是与图2相对应的视图，表示在TiC颗粒中的间隙内填充细小陶瓷颗粒的情况；
图4是表示按照本发明的第二实施例的用于铝压铸的熔融物供应管的截面图；
图5是沿着图4的线V-V截取的截面图；
图6是表示按照本发明制造用于铝压铸的熔融物供应管的方法的视图；以及
图7是表示在按照本发明制造用于铝压铸的熔融物供应管的方法中将内管安装在外管内的步骤的视图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图1是表示按照本发明的第一实施例的用于铝压铸的熔融物供应管的截面图。在图1中，参考标号10表示内部陶瓷管，并且参考标号12表示外部钢管。通过将外管12安装在内管10上来获得熔融物供应管的内管10/外管12整体结构。
如作为图1的部分A的放大视图的图2所示，外部钢管12的整个内周表面涂覆Ni合金层13，并且Ni合金层13的表面覆盖无数的碳化钛(TiC)颗粒。TiC颗粒14在颗粒状态下粘接到Ni合金层13上，使其从Ni合金层13的表面上部分伸出。最好是，TiC颗粒中的间隙填充细小陶瓷颗粒15，该颗粒包括至少一种氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)，如图3所示。细小陶瓷颗粒15可改善粘接有TiC颗粒14的底部Ni合金层13的抗熔化损耗能力。
按照此实施例的采用内部陶瓷管10和外部钢管12组合的熔融物供应管，外部钢管12可保护内部陶瓷管10不受到外部机械撞击，并且另外可以将足够的夹紧负载施加在熔融物供应管的终端连接部分上，由此防止熔融铝合金的泄漏。
另外，TiC颗粒14粘接到形成在外部钢管12的内周表面上的Ni合金层13上。TiC颗粒14具有排斥熔融铝合金的性能。通过采用这种性能，可以防止熔融铝合金与构成外管12的主体的钢材料的直接接触，并且因此提高外管的抗熔化损耗能力。另外，使得TiC颗粒14从Ni合金层13的表面部分伸出。这可以增加与熔融铝合金的接触角度，由此提高排斥熔融铝合金的性能。
在TiC在颗粒状态下粘接在Ni合金层13上并在该层上致密地分布的结构中，即使外管12热膨胀或收缩，大的热应力也将不作用在TiC颗粒14上。因此，TiC颗粒14难以剥落，并因此可以长时间保持抗熔化损耗能力。虽然图2示意表示并排排列的TiC颗粒14，实际上是TiC颗粒14多层堆积的情况。
粘接有TiC颗粒14的底部Ni合金层13其本身相对于熔融铝合金来说具有不良的抗熔化损耗能力。抗熔化损耗能力可通过将细小陶瓷颗粒15依附到粘合剂层13上来改善，如图3所示。由于依附的细小陶瓷颗粒15的存在，使其填充在TiC颗粒14中的间隙内，细小陶瓷颗粒15在与熔融铝合金接触时难以掉落。可能的是细小陶瓷颗粒15还可依附在TiC颗粒14的伸出部分的表面上。
另一方面，通过选择相对于熔融铝合金具有出色抗熔化损耗能力的陶瓷材料，可使得内管12长时间抵抗熔化损耗。优选的陶瓷材料可包括至少一种Al2O3、SiC、Si3N4、MgO、Al2TiO5、ZrO2和硅铝氧氮聚合材料。
现在将参考图4和5描述按照本发明第二实施例的用于铝压铸的熔融物供应管。
在第二实施例的熔融物供应管中，一对耐火板16在管的两端处夹在内部陶瓷管10和外部钢管12之间，并且内管和外管之间形成并且通过耐火板16限定的间隙填充陶瓷球17。
耐火板16是包括具有通过加热而膨胀的性能的无机纤维的板构件。最好是，每个耐火板16在整个周边延伸，并且板的外端与内管10和外管12的端表面对准。球17是由陶瓷材料形成的球形填充剂，陶瓷材料包括至少一种Al2O3、SiC、Si3N4、MgO、Al2TiO5、ZrO2和硅铝氧氮聚合材料。还可以使用颗粒填充剂来代替球17。
按照第二实施例，由于耐火板16的存在，在管的两端处，在内部陶瓷管10和外部钢管12之间没有间隙。即使在熔融铝合金加热时，由于管之间的热膨胀系数差别，间隙形成在内管10和外管12之间的情况下，耐火板16也可防止熔融铝合金进入间隙。
由于由耐火板16以及内管和外管10、12限定的内部间隙填充球17，在内部陶瓷管内流动的熔融铝合金的重量通过球17支承，可以防止熔融铝合金的重量施加在内管10上。
现在将描述按照本发明制造用于铝压铸的熔融物供应管的方法。
预先制备内部陶瓷管10和外管钢管12，并且通过以下步骤制造
熔融物供应管：
首先，通过在外管12的内周表面上热喷射来形成Ni合金层13。随后，制备含有TiC粉末20的容器，并且外管12整个埋置TiC粉末20内，如图6所示。
含有TiC粉末20以及埋置其中的外管12的容器放置在真空加热炉中，并且在真空中加热到从Ni合金产生液相的温度，由此将TiC颗粒14粘接到Ni合金层13的表面上。
通过在此步骤中加热，TiC颗粒14在其从Ni合金层13的表面伸出的状态下粘接到Ni合金层上，如图2所示。在这种情况下，不希望的是TiC颗粒14在加热过程中完全被熔化的Ni合金覆盖。为了不用Ni合金完全覆盖TiC颗粒14，而是将TiC颗粒14牢固粘接到Ni合金层13上，其中颗粒部分暴露在Ni合金层13的表面上，TiC颗粒14的平均颗粒直径最好在10-500μm的范围内。
在TiC颗粒14的平均颗粒直径小于10μm时，难以控制真空加热过程中的温度，使得TiC颗粒14不能完全被Ni合金的液相覆盖。如果TiC颗粒14完全被Ni合金的液相覆盖，将不能获得所需的抗熔化损耗能力。
另一方面，在TiC颗粒14的平均颗粒直径大于500μm时，Ni合金的液相将只以小的接触面积覆盖颗粒的下部分，造成Ni合金层13和TiC颗粒14之间强度薄弱。因此，TiC颗粒14将容易剥落。
在将TiC颗粒14粘接到Ni合金层13之后，外管12进行如下的过程，该过程包括在外管12的内周表面上施加粘合剂和细小陶瓷粉末的混合物的浆体，陶瓷粉末包括至少一种氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)，以及将陶瓷粉束焙烧在该内周表面上。
如图3所示，TiC颗粒14可通过由Ni合金产生的液相以高强度粘接到Ni合金层13上。另外，由于液相和TiC颗粒14之间进行良好的湿润，大量TiC颗粒14可致密地粘接到Ni合金层13上。
接着，如图7所示，内管10插入外管12中。在插入之前，耐火板16在其两端处放置在外管12的内周表面上，使得每个板16在整个周边上延伸。在插入内管10的一端之后并且在将另一端插入外管12之前，陶瓷球17填充到内管10和外管12之间的间隙内。随后，内管10完全插入外管12，直到内管10的另一端达到耐火板16为止。
由此制成的熔融物供应管固定在实际压铸机上，以便通过重复将熔融铝合金经由熔融物供应管从熔炉供应到压铸机柱塞套筒来进行耐用性试验。试验条件如下：熔融铝合金的类型，JISAC4CH；熔融温度，72℃；以及熔融物供应管加热器的温度，720℃。同样，除了使用作为比较的陶瓷熔融物供应管1(组分：70％SiC/30％Si3N4)(比较试验1)或包括外部钢管(JIS S45C)以及热插入外管内的内部石墨管的作为比较的熔融物供应管2(比较试验2)来代替本发明的熔融物供应管之外，在相同条件下进行作为比较的耐用性试验。
因此，在比较试验1中，在大约400000次之后，作为比较的熔融物供应管1的连接部分损坏，并且熔融物开始泄漏。在比较试验2中，在大约8000次之后，作为比较的熔融物供应管2的连接部分由于熔化损耗而损坏，并且熔融物开始泄漏。比较试验2中的过早熔化损耗认为是由于其热膨胀系数的很大差别而造成石墨管和钢管之间而过早形成间隙所引起的。因此，熔融物引入该间隙可造成钢管的熔化损耗。相比之下，即使在120000次之后，在本发明的熔融物供应管子中也没有发现熔化损耗的缺陷，并且操作可以继续进行。

Claims (10)

1.一种连接熔炉和压铸机的柱塞套筒的熔融物供应管，包括内部陶瓷管和安装在内管上的外部钢管，其中Ni合金层形成在外部钢管的内周表面上，并且TiC颗粒粘接到Ni合金层的表面上。
2.如权利要求1所述的熔融物供应管，其特征在于，TiC颗粒具有10-500μm的平均颗粒直径，并且在颗粒不被Ni合金层完全覆盖而是从Ni合金层的表面部分伸出的状态下粘接到Ni合金层上。
3.如权利要求1所述的熔融物供应管，其特征在于，Ni合金最好具有2.6-3.2％的B、18-28％的Mo、3.6-5.2％的Si以及0.05-0.22％的C，其中余量是Ni和不可避免的杂质。
4.如权利要求2所述的熔融物供应管，其特征在于，TiC颗粒的间隙内填充粉末，该粉末包括至少一种氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)。
5.如权利要求1所述的熔融物供应管，其特征在于，包括具有通过加热而膨胀性能的无机材料的一对纤维板构件在管的两个端部处夹在内部陶瓷管和外部钢管之间。
6.如权利要求5所述的熔融物供应管，其特征在于，形成在内部陶瓷管和外部钢管之间并由板构件限定的间隙填充球形或颗粒陶瓷填充剂。
7.如权利要求6所述的熔融物供应管，其特征在于，内部陶瓷管或球形或颗粒陶瓷填充剂包括陶瓷材料，陶瓷材料包括至少一种Al2O3、SiC、Si3N4、MgO、Al2TiO5、ZrO2和硅铝氧氮聚合材料。
8.一种用于制造熔融物供应管的方法，该供应管包括内部陶瓷管和安装在内管上的外部钢管以便连接熔炉和压铸机的柱塞套筒，该方法包括如下步骤：
在外部钢管的内周表面上形成Ni合金层；
将具有Ni合金层的外管埋置在TiC粉末中，并且在真空加热炉中在真空下将管和粉末加热到从Ni合金中产生液相的温度，由此将TiC颗粒粘接到Ni合金层的表面上；以及
将内部陶瓷管安装在具有粘接到内周表面上的TiC颗粒的外管上，由此组装熔融物供应管。
9.如权利要求8所述的用于制造熔融物供应管的方法，其特征在于，在将TiC颗粒粘接到外管的内周表面上之后，粘合剂和包括至少一种氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)的粉末的混合物浆体施加在外管的内周表面上，随后将粉末焙烧到该内周表面内。
10.如权利要求8所述的用于制造熔融物供应管的方法，其特征在于，内部陶瓷管的一端经由一对纤维板构件插入外部钢管内，纤维板构件包括具有通过加热而膨胀的性能的无机材料，纤维板构件在其两端处放置在外管的内周表面上，使得每个板构件在整个周边延伸，并且在将内管的另一端插入外管之前，球形或颗粒陶瓷填充剂填充到形成在内管和外管之间并通过一个板构件限定的间隙内。
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