一種高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆的製備方法
2023-09-13 07:21:35 1
專利名稱：一種高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆的製備方法
技術領域：
本發明屬於壓鑄鋁材料技術領域，具體涉及一種高溫熔鍊金屬用炭/炭螺 杆的製備方法。
背景技術：
壓鑄工業作為一個新興產業，取得了巨大發展。隨著技術水平和產品 開發能力的提高，壓鑄產品種類和應用領域不斷擴寬，其壓鑄設備、壓鑄 模和壓鑄工藝都發生了巨大的變化。目前，鋁合金壓鑄工藝已成為汽車用 銷合金成形工藝中應用最廣泛的工藝之一，在各種汽車成型工藝方法中佔
49%。壓鑄銷合金力學性能的提高往往伴隨著鑄造工藝性能的降低，雖然 充氧壓鑄、真空壓鑄等是提高合金力學性能的有效途徑，但廣泛釆用仍有 一定難度，所以新型壓鑄鋁合金的開發研製一直在進行。其中半固態壓鑄 技術和擠壓壓鑄技術是應用前景較為廣泛的兩項壓鑄技術。
半固態壓鑄是在液態金屬凝固時進行攪拌，在一定的冷卻速度下獲得 約50%甚至更高固相組分的漿料，然後用漿料進行壓鑄的技術。半固態壓 鑄技術目前有兩種成形工藝流變成形工藝和觸變成形工藝。半固態壓鑄 成形工藝的關鍵是有效製取半固態合金漿料、精確控制固液組分的比例及 半固態成形過程自動化控制的研究開發。擠壓壓鑄又稱"液態金屬模壓"。 其鑄件緻密性好，力學性能高，且無澆冒口。我國的一些企業已將其應用 於實際生產中。擠壓壓鑄技術具有極好的工藝優勢，它能替代傳統壓鑄、 擠壓鑄造、低壓鑄造、真空壓鑄工藝，以及對差壓鑄造、連鑄連鍛、半固 態加工的流變鑄造工藝進行兼容。無論是半固態壓鑄或擠壓壓鑄，螺杆均 是壓鑄設備中的重要部件，並決定著最終成品的質量。
炭/炭複合材料具有重量輕，損傷容限高，耐腐蝕性好，使用壽命長，抗熱衝擊性能好，是目前唯一能耐200(TC以上的工程材料。利用炭/炭復 合材料製備壓鑄設備用螺杆，可以有效提高螺杆的強度和耐腐蝕能力，延 長螺杆的使用壽命並降低螺杆的更換率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一 種工藝簡單、緻密效果良好、材料使用性能優異的的高溫熔鍊金屬用炭/ 炭螺杆的製備方法。該方法可以有效提高螺杆的強度和耐腐蝕能力，延長 螺杆的使用壽命並降低螺杆的更換率。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是 一種高溫熔鍊金屬用炭/ 炭螺杆的製備方法，其特徵在於，製備過程為
(1 )釆用預氧氈整體結構預製體或6K炭纖維針刺無緯布準三向結構 預製體或6K炭纖維穿刺立體織物三向結構預製體，所述預製體體積密度 為0.2~0.7g/cm3,其中，K代表絲東千根數；
(2) 化學氣相沉積緻密工藝在化學氣相沉積爐中通入丙烯或天然 氣，對步驟(l)中的預製體進行氣相沉積緻密處理，所述化學氣相沉積 的溫度為940-1060°C,丙烯或天然氣的流量為1.0~5.0m3/h;
(3) 糠酮樹脂浸漬炭化緻密工藝在壓力為1.5 3.0Mpa條件下，在 浸漬罐中對步驟(2)中經化學氣相沉積緻密處理後的預製體進行糠酮樹 脂浸漬，出罐後進行固化處理，然後轉炭化爐進行炭化處理，所述固化處 理溫度為150-220°C，炭化處理溫度為800-1000°C;
(4) 熱等靜壓瀝青浸漬炭化緻密工藝在壓力為50 100MPa條件下， 對步驟(3)中經糠酮樹脂浸漬炭化緻密處理後的預製體進行熱等靜壓瀝 青浸漬炭化處理，所述炭化處理溫度為650-750°C;
(5) 高溫處理工藝在真空或者保護氣氛下，在中頻感應石墨化爐 中對步驟(4)中經熱等靜壓浸漬炭化處理後的預製體進行高溫處理，所 述高溫處理溫度為1800 °C-2200 °C;(6)重複步驟(4)和(5)，當預製體體積密度2l.80g/cn^時緻密工 藝結東；
(7 )機械加工後即製得高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆。 上述步驟(1)中所述6K炭纖維針刺無緯布準三向結構預製體或預氧 氈整體結構預製體，釆用針刺技術在無緯布或預氧氈垂直方向引入增強纖 維，防止製造過程中的分層和開裂，所述預製體體積密度為0.2~0.5g/cm3; 上述步驟(l)中所述6K炭纖維穿刺立體織物三向結構預製體，釆用穿刺 技術在炭纖維縱向方向引入增強纖維，防止製造過程中的分層和開裂，所 述預製體體積密度為0.2~0.7g/cm3。
上述步驟(7)中所述炭/炭螺杆的直徑為30 70mm,長度為 400 700mm。
本發明與現有技術相比具有以下優點
(1) 釆用6K炭纖維針刺準三向結構預製體或6K炭纖維穿刺三向結 構預製體，可增強螺杆的的強度和承受壓鑄鋁熔煉爐內反覆高溫熱震考驗。
(2) 釆用化學氣相沉積和糠酮樹脂浸漬炭化與熱等靜壓瀝青浸漬炭 化相結合緻密工藝，緻密效果良好，製品密度高，可有效提高高溫熔鍊金 屬用炭/炭螺杆的強度、工藝一致性好，可實施性強，成本低。
(3) 用該工藝技術製得的高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆具有重量輕，體 積小，使用壽命高，將本發明製備的螺杆用於壓鑄鋁熔煉爐，可以大幅度延 長產品使用壽命，減少更換部件的次數，從而提高設備的利用率，減少維修成 本。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明製備的高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆的結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1
(1) 釆用6K炭纖維穿刺三向結構預製體，預製體體積密度在0.7g/cm3, 其中，K代表絲束千根數；
(2) 化學氣相沉積緻密工藝在化學氣相沉積爐中通入丙烯，對步驟 (1)中的預製體進行氣相沉積緻密處理，化學氣相沉積溫度為1060°C,
丙烯流量為5.0m3/h;
(3) 糠酮樹脂浸漬炭化緻密工藝，在壓力為1.5MPa下在浸漬罐中對 步驟(2)中經化學氣相沉積緻密處理後的預製體進行糠酮樹脂浸漬，出 罐後進行固化處理，然後轉炭化爐進行炭化處理，炭化處理溫度為900°C, 所述固化處理溫度為150°C;
(4) 熱等靜壓瀝青浸漬炭化緻密工藝在高溫75(TC、壓力為100Mpa 條件下，對步驟(3)中經糠酮樹脂浸漬炭化緻密處理後的預製體進行熱 等靜壓瀝青浸漬炭化處理；
(5) 高溫處理工藝在Ar氣保護氣氛下，在中頻感應石墨化爐中對 步驟(4)中經熱等靜壓浸漬炭化處理後的預製體進行220(TC高溫處理；
(6) 重複步驟(4)和(5),當預製體體積密度2l.80g/cn^時緻密工 藝結東；
(7)機械加工後即可製得長700mm,直徑為70mm的高溫熔鍊金屬用 炭/炭螺杆。 實施例2
(1) 釆用6K炭纖維針刺準三向結構預製體，預製體體積密度在 0.5g/cm3，其中，K代表絲東千根數；
(2) 化學氣相沉積緻密工藝，在化學氣相沉積爐中通入丙烯氣，對步 驟(l)中的預製體進行氣相沉積緻密處理，化學氣相沉積溫度為IOO(TC， 丙烯流量為3.5m3/h;
(3) 糠酮樹脂浸漬炭化緻密工藝，在壓力為2.5MPa下在浸漬罐中對步驟(2)中經化學氣相沉積緻密處理後的預製體進行糠酮樹脂浸漬，出
罐後進行固化處理，然後轉炭化爐進行炭化處理，炭化處理溫度為900°C; 所述固化處理溫度為20(TC;
(4)熱等靜壓瀝青浸漬炭化緻密工藝在高溫700'C、壓力為85MPa 條件下，對步驟(3)中經糠酮樹脂浸漬炭化緻密處理後的預製體進行熱 等靜壓瀝青浸漬炭化處理；
(5) 高溫處理工藝在Ar氣保護氣氛下，在中頻感應石墨化爐中對 步驟(4)中經熱等靜壓浸漬炭化處理後的預製體進行200(TC高溫處理；
(6) 重複步驟(4)和(5)，當預製體體積密度21.80g/cn^時緻密工 藝結束；
(7)機械加工後即可製得長600mm，直徑為60mm的高溫熔鍊金屬用
炭/炭螺杆。 實施例3
(1) 釆用預氧氈整體結構預製體，預製體體積密度在0.20g/cm3,其中， K代表絲東千根數；
(2) 化學氣相沉積緻密工藝，在化學氣相沉積爐中通入天然氣，對步 驟(l)中的預製體進行氣相沉積緻密處理，化學氣相沉積溫度為940°C, 天然氣流量為5.0m3/h;
(3) 糠酮樹脂浸漬炭化緻密工藝，在壓力為3.0MPa下在浸漬罐中對 步驟(2)中經化學氣相沉積緻密處理後的預製體進行糠酮樹脂浸漬，出 罐後進行固化處理，然後轉炭化爐進行炭化處理，炭化處理溫度為800°C; 所述固化處理溫度為220°C;
(4) 熱等靜壓瀝青浸漬炭化緻密工藝在高溫75(TC、壓力為lOOMPa 條件下，對步驟(3)中經糠酮樹脂浸漬炭化緻密處理後的預製體進行熱 等靜壓瀝青浸漬炭化處理；
(5) 高溫處理工藝在真空條件下，在中頻感應石墨化爐中對步驟 (4 )中經熱等靜壓浸漬炭化處理後的預製體進行2200°C高溫處理；(6)重複步驟(4)和(5)，當預製體體積密度2l.80g/cr^時緻密工
藝結東；
(7)機械加工後即製得長度為700mm，直徑為70mm的高溫熔鍊金屬
用炭/炭螺杆。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是 根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化, 均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆的製備方法，其特徵在於，製備過程為(1)採用預氧氈整體結構預製體或6K炭纖維針刺無緯布準三向結構預製體或6K炭纖維穿刺立體織物三向結構預製體，所述預製體體積密度為0.2～0.7g/cm3，其中，K代表絲束千根數；(2)化學氣相沉積緻密工藝在化學氣相沉積爐中通入丙烯或天然氣，對步驟(1)中的預製體進行氣相沉積緻密處理，所述化學氣相沉積的溫度為940-1060℃，丙烯或天然氣的流量為1.0～5.0m3/h；(3)糠酮樹脂浸漬炭化緻密工藝在壓力為1.5～3.0Mpa條件下，在浸漬罐中對步驟(2)中經化學氣相沉積緻密處理後的預製體進行糠酮樹脂浸漬，出罐後進行固化處理，然後轉炭化爐進行炭化處理，所述固化處理溫度為150-220℃，炭化處理溫度為800-1000℃；(4)熱等靜壓瀝青浸漬炭化緻密工藝在壓力為50～100MPa條件下，對步驟(3)中經糠酮樹脂浸漬炭化緻密處理後的預製體進行熱等靜壓瀝青浸漬炭化處理，所述炭化處理溫度為650-750℃；(5)高溫處理工藝在真空或者保護氣氛下，在中頻感應石墨化爐中對步驟(4)中經熱等靜壓浸漬炭化處理後的預製體進行高溫處理，所述高溫處理溫度為1800℃-2200℃；(6)重複步驟(4)和(5)，當預製體體積密度≥1.80g/cm3時緻密工藝結束；(7)機械加工後即製得高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆。
2. 按照權利要求1所述的一種高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆的製備方法， 其特徵在於，步驟(l)中所述6K炭纖維針刺無緯布準三向結構預製體或 預氧氈整體結構預製體，釆用針刺技術在無緯布或預氧氈垂直方向引入增 強纖維，防止製造過程中的分層和開裂，所述預製體體積密度為 0.2 0.5g/cm3;步驟(1 )中所述6K炭纖維穿刺立體織物三向結構預製體，釆用穿刺技術在炭纖維縱向方向引入增強纖維，防止製造過程中的分層和開裂，所述預製體體積密度為0.2 0.7g/cm3。
3.按照權利要求1所述的一種高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆的製備方法， 其特徵在於，步驟(7)中所述炭/炭螺杆的直徑為30~70mm,長度為 400~700mm。
全文摘要
本發明公開了一種高溫熔鍊金屬用炭/炭螺杆的製備方法，該方法採用預氧氈整體結構預製體或針刺無緯布準三向結構預製體或穿刺立體織物結構預製體；通過化學氣相滲透工藝、樹脂浸漬炭化工藝和熱等靜壓瀝青浸漬炭化工藝相結合緻密預製體；預製體體積密度≥1.80g/cm3時，緻密工藝結束，然後對預製體進行機械加工，即可製得炭/炭螺杆。本發明採用化學氣相滲透、樹脂浸漬炭化和熱等靜壓瀝青浸漬炭化工藝相結合的方法製成炭/炭螺杆材料，在用於壓鑄鋁熔煉爐螺杆方面，可有效提高螺杆的強度和耐腐蝕能力，延長螺杆的使用壽命並降低螺杆的更換率。
文檔編號B22D17/20GK101637815SQ200910022539
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者侯衛權, 張永輝, 彭志剛, 肖志超, 蘇君明, 趙大明 申請人:西安超碼科技有限公司