CN87100957A - 适用于铝合金铸件的水溶性烧结型芯技术 - Google Patents

Abstract

本发明是关于铝合金中空铸件——特别是内腔尺寸精度和表面光洁度要求较高的铸件——铸造工艺所需的水溶性烧结型芯技术。本发明的水溶性烧结性芯是由电熔刚玉(α—Al₂O₃)85～98％，铝酸钠(NaAlO₂)0.5～9％、磷酸钠(Na₃PO₄·12H₂O)1.5～6％，外加水4～15％混匀后在模具内加压成型，再经高温烧结后获得。型芯可用热水清除。用此型芯铸造的铝合金微波波导元件可保证其内腔截面几何尺寸精度达±0.05mm，内腔表面粗糙度R_a小于2.5μm。

Description

本发明是关于铝合金中空铸件所需的水溶性烧结型芯，此型芯尤其适用于铝合金微波波导元件铸造工艺。

铝合金微波波导元件可采用各种金属加工方法来制造。每一种方法都有其独特的效果：机械加工方法比较精密，但对形状复杂的波导元件则需分割成许多部件进行加工，然后组合，这样不仅生产周期长，而且积累公差也增大;电铸法也比较精密，但工艺难以控制，成本高，不适于大量生产。用铸造法制造铝合金波导元件，具有尺寸精度高，表面光洁度好，生产周期短，成本低，不受形状限制等优点，但在采用这种方法时，能否获得满意的波导元件，尤其是内腔一致性高的波导元件，主要取决于型芯技术。

众所周知，陶瓷型芯具有化学性能稳定和其它各种性能优良的特点，然而这类型芯难以从铸件中清除。《特种铸造及有色合金》杂志一九八三年第四期第五页上介绍的脱芯技术，提出了有效的脱芯方法。但这些方法是针对超合金提出的，在用于铅合金时，将对铸件产生严重腐蚀。

可溶型芯比较适用于铝合金铸件。日本专利（昭52-30452）提供的型芯，在普通条件下铸造尺寸精度和表面光洁度都要求很高的铝合金铸件（如波导元件）时，由于有气体产生使液态铝合金与型芯不能良好接触，影响铸件内腔尺寸精度和表面光洁度。日本另一发明（昭50-9522）是用Al₂O₃加Na₃PO₄制成的水溶性型芯，这种型芯是由水溶性盐融解后粘结Al₂O₃颗粒并不断脱水（低温烘烤）来获得型芯。由于这种型芯中所含水溶性粘结剂较多，因此吸潮性强，当型芯暴露在大气中时会引起吸潮变形。另外，粘结剂在铸件浇注时高温反应产生的气体也影响液态铝合金与型芯的良好接触，使铸件尺寸精度和表面光洁度受到破坏。

本发明的目的是提供一种适用于铝合金铸件-特别是适用于内腔表面光洁度要求高，尺寸精度好，形状复杂的铝合金微波波导元件-铸造工艺的水溶性烧结型芯技术。

本发明的水溶性烧结型芯是将粉状电熔刚玉（α-Al₂O₃）基料和较低含量的铝酸钠（NaAlO₂），磷酸钠（Na₃PO₄·12H₂O）粘结剂加水混匀并成型后，在500～1200℃温度范围内烧结1～4小时，获得水溶性烧结型芯，其结构为烧结的网络骨架，骨架间具有孔隙和水溶物。

本发明采用粉状电熔刚玉作为型芯材料的基料，化学性能稳定，高温下仅在表面与粘结剂发生轻微的反应，而粉状电熔刚玉的表面活性较大，粘结剂的水溶液能被强烈地吸附在颗粒表面，使型芯具有一定的湿强度，同时增加高温时固相反应和固相烧结能力。另外电熔刚玉作为型芯材料的基料可以提高型芯的冷却速度，使铝合金组织细化。

NaAlO₂常温（30℃）下溶解度约为18.6g/100g水，升温后溶解度增加，60℃时约为69.6g/100g水，加入NaAlO₂的目的是使Na₃PO₄·12H₂O在水中不形成水合物，有助于Na₃PO₄·12H₂O的溶解，提高型芯的湿强度，促进烧结的进行。另外，也提高型芯烧结后的水溶性。

Na₃PO₄·12H₂O在55℃以下为固态，随着温度的增加发生下述反应：

加水后在约400℃时还要分解：

将电熔刚玉，NaAlO₂，Na₃PO₄·12H₂O加水混制成型后，在高温下烧结时，不仅Na₃PO₄·12H₂O本身发生反应而且熔融的Na₃PO₄·12H₂O能与α-Al₂O₃固体颗粒反应生成NaAlO₂·AlPO₄等化合物;α-Al₂O₃颗粒自身之间发生固相烧结;α-Al₂O₃与部分NaAlO₂之间发生反应生成NaAl₁₁O₇等，使型芯形成烧结初期的网络骨架，从而获得足够的室温机械性能和高温强度。存在于这种网络骨架之间的是NaAlO₂它具有良好的水溶性。显然，由于粘结剂反应后生成的不可溶物使型芯中总的可溶物大大减少，为此额外加入适量的NaAlO₂将增加型芯中可溶物的相对含量，从而改善型芯的水溶性。另外型芯在烧结过程中产生一种孔隙结构，这样可以吸收铝合金液中的气体和浇注时带入的部分气体，防止缺陷的发生。同时这种孔隙结构还可以大大减少铸件型芯的脱芯时间。

本发明制造的型芯可用来铸造不同内腔形状，而尺寸精度和表面光洁度都要求很高的铝合金铸件。由于这种型芯可长时间存放在大气中基本不吸潮，所以不必对型芯的存放提出额外的环境要求。本发明的水溶性烧结型芯的优点如下：

（1）型芯表面光洁度高，如需进一步提高表面光洁度，只要对型芯略作打磨即可;型芯不与铝合金发生反应，在正常使用时，型芯不起化学变化或分解;发气量小而迟，不需考虑专门的通气工艺，最终铸出的铝合金铸件内腔表面粗糙度R_α可小于25μm。

（2）型芯成形容易，能精确复制芯盒内腔形状，即使复杂的型芯也能同样复制，工艺简单便于操作;型芯收缩量小，尺寸稳定性好，铸件尺寸精度高。对于波导元件来说，其截面内腔几何尺寸精度可达±005mm。

（3）型芯在空气中不易吸潮，便于保管;在大于70℃的热水中可迅速溃散，铸件清理方便。

（4）型芯材料来源广，价格低廉，回收方便，无毒、无害。

本发明的具体工艺是：

在占混合料总量85～98%的电熔刚玉（α-Al₂O₃）中加入由1.5～6%的Na₃PO₄·12H₂O和0.5～9.0%的NaAlO₂组成的粘结剂组成混合料，外加4～15%的水混合后在模具内加压成型，对成型后的型芯在500～1200℃范围内烧结1～4小时，烧结后的型芯如有必要可以进行少量打磨，然后预热至250～500℃即可浇注铝合金。

下面根据实例进一步说明本发明：

按照本发明制造波导铸件的型芯，各种成分配比为：

电熔刚玉（α-Al₂O₃） 91.0%

铝酸钠（NaAlO₂） 7.0%

磷酸钠（Na₃PO₄·12H₂O） 2.0%

水（外加）    4.0%

用上述比例的混合料在高温下浇结成具有一定孔隙的波导铸件型芯后再用730℃铝合金液浇注。铸造性能良好，无气体产生。浇注后铸件放入75℃的流动热水中，约15分钟后型芯可以从铸件中脱净。得到的波导内腔截面几何尺寸精度达±0.05mm，内腔表面粗糙度R_a小于2.5μm，电气性能也满足设计要求。

Claims (2)

1、一种适用于铝合金铸件的水溶性烧结型芯技术，型芯用电熔刚玉(α-Al₂O₃)、粘结剂(Na₃PO₄·12H₂O)、铝酸钠(NaAlO₂)加水混合后形成，其特征在于，型芯成型后，在500～1200℃的温度范围内烧结1～4小时，获得水溶性烧结型芯，其结构为烧结的网络骨架，骨架间具有孔隙和水溶物。

2、根据权利要求1的烧结型芯技术，其特征在于，型芯混合料由85～98%的电熔刚玉粉（α-Al₂O₃）、0.5～9%的铝酸钠（NaAlO₂）和1.5～6%的磷酸钠（Na₃PO₄·12H₂O）组成，另加4～15%的水混合后制成型芯。