一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料及其製備方法與流程

2023-07-22 19:56:41 2

本發明屬於新材料製備領域，尤其涉及一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料及其製備方法。
背景技術：
：氮化矽配件新材料是用於有色金屬鑄造領域的低壓鑄造設備中的關鍵部件，實現將有色金屬熔融液在一定氣壓的推動下推升至模具型腔而鑄造成型，要求高的氣密性、耐高溫、優異的抗熱震性能以及耐熔融有色金屬溶蝕性能。目前低壓鑄造中的有色金屬熔池主要採用矽碳棒及電熱絲從外圍加熱，這種加熱方式一方面熱效率低，另外在有色金屬合金熔體表面易形成氧化膜，而內加熱的方式可節能50％。目前國內低壓鑄造機配件大多採用耐熱鋼及鑄鐵合金、鈦酸鋁陶瓷及氮化矽結合碳化矽陶瓷。耐熱鋼及鑄鐵合金是第一代配件材料，其壽命只有2～3天，且被有色金屬熔液侵蝕後，鐵雜質會汙染熔液；而鈦酸鋁陶瓷及氮化矽結合碳化矽陶瓷是第二代配件材料，壽命約2～4周。技術實現要素：有鑑於此，本發明的目的在於提供一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料及其製備方法，具有高氣密性、抗高溫氧化性、抗熱震性、耐熔融有色金屬溶蝕性、抗有色金屬熔液粘著結垢等優點，使得最終產品使用壽命長。本發明的技術方案為：一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料，由以下質量百分數的原料組分製備而成，矽粉80.0％～96.7％，燒結助劑3.3～20.0％。優選地，所述燒結助劑包括氧化鈰、氧化鎂、氧化釔、碳化鎢、鈷和氧化鋁，其中各自質量百分比為，氧化鈰0.5～2.5％，氧化鎂0.5～4.5％，氧化釔1.3～4.5％，碳化鎢0.5～3.0％，鈷0～2.5％，氧化鋁0.5～3.0％。作為一個總的技術方案，本發明還提供了一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料製備方法，包括以下步驟，(1)原料：按質量百分比準確稱量矽粉和燒結助劑，經過調配、粉碎、混合後形成原料，各原料組分質量要求符合工藝標準；(2)混磨：將上述原料進行幹磨或溼磨得到混合均質的漿料；(3)成型：將上述混合均質的漿料採用冷等靜壓方法成型胚體；(4)車加工：將上述成型坯體按工藝要求尺寸加工到位；(5)脫膠：成型坯體加工到位後，置於脫膠爐內將坯體中成型劑脫出，其中溫度按工藝要求溫度曲線升降溫；(6)高溫燒結：脫膠後，將坯體置於高溫燒結爐進行燒結，其中溫度按工藝要求溫度曲線升降溫，燒結處於氮氣氣氛下，燒結過程中矽粉與氮氣反應生成氮化矽；(7)磨加工：高溫燒結後進行表面磨加工；(8)產品：磨加工後，最後經檢查後製成鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料產品。優選地，如選擇幹磨，則將原料中添加研磨介質、成型劑、潤滑劑進行幹磨得到混合均質的漿料，研磨時間為72～200小時，其中研磨介質採用氮化矽棒/球，成型劑採用聚乙烯醇或聚乙二醇水溶性高分子材料，潤滑劑採用硬脂酸鋅材料。優選地，所述氮化矽棒/球的棒/球料比為2～11∶1，所述成型劑的加量符合工藝標準要求，所述潤滑劑的加量符合工藝標準要求。優選地，所述步驟(2)中，如選擇溼磨，則將原料中添加研磨介質、分散劑、成型劑、潤滑劑進行溼磨、再進行噴霧乾燥得到混合均質的漿料，研磨時間為72～200小時，其中研磨介質採用氮化矽棒/球，分散劑採用去離子水，成型劑採用聚乙烯醇或聚乙二醇水溶性高分子材料，潤滑劑採用硬脂酸鋅材料。優選地，所述氮化矽棒/球的棒/球料比為2～11∶1，所述分散劑的加量符合工藝標準要求，成型劑的加量符合工藝標準要求，所述潤滑劑的加量符合工藝標準要求。優選地，所述噴霧乾燥採用噴霧制粒乾燥，其中噴霧制粒的粉體含水率為0.1～0.3％，粒度為20～200um。優選地，所述步驟(3)中冷等靜壓的壓力為100～300mpa，保壓時間為5～30min。優選地，所述步驟(6)中氮氣的壓力保持在1～10mpa。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：本發明的提供的一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料及其製備方法，其配方簡單，原料易得，工藝步驟合理且易於實現，使得最終製得的氮化矽配件新材料產品(包括升液管新材料、鵝頸新材料、內加熱管新材料、熱電偶套管新材料、坩堝新材料、排氣管和轉子新材料等)不僅耐鋁液腐蝕性顯著增強，而且還具有高氣密性、抗高溫氧化性、抗熱震性、耐熔融有色金屬溶蝕性、抗有色金屬熔液粘著結垢等優點，最終使用壽命長，達到1.5年以上，為國際領先水平。附圖說明圖1為本發明實施例中的氮化矽配件新材料產品和市場上的鑄鐵配件新材料、舊陶瓷配件新材料產品的高溫機械強度測試圖。圖2為本發明實施例中的氮化矽配件新材料產品和市場上的鑄鐵配件新材料、舊陶瓷配件新材料產品的耐熱衝擊性測試圖。圖3為本發明實施例中的氮化矽配件新材料產品和市場上的鑄鐵配件新材料、舊陶瓷配件新材料產品的耐藥特性測試圖。具體實施方式下面結合附圖以及具體實施方式，對本發明做進一步說明。實施例1一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料，以質量百分數計，由如下組分的原料製備而成，如表1：表1矽粉80.0％氧化鈰2.5％氧化鎂4.5％氧化釔4.5％碳化鎢3.0％鈷2.5％氧化鋁3.0％上述氧化鈰、氧化鎂、氧化釔、碳化鎢、鈷和氧化鋁構成燒結助劑。一種採用實施例1所述配方的鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料製備方法，包括如下步驟：(1)原料：按質量百分比準確稱量矽粉和燒結助劑，經過調配、粉碎、混合後形成原料，各原料組分質量要求符合工藝標準。(2)混磨：將上述原料進行幹磨或溼磨得到混合均質的漿料。此步驟中，如選擇幹磨：幹磨則將原料中添加研磨介質、成型劑、潤滑劑進行幹磨得到混合均質的漿料，研磨時間為72～200小時。其中研磨介質採用氮化矽棒/球，氮化矽棒/球的棒/球料比為2～11∶1；成型劑採用聚乙烯醇或聚乙二醇水溶性高分子材料，成型劑的加量符合工藝標準要求；潤滑劑採用硬脂酸鋅材料，所述潤滑劑的加量符合工藝標準要求。此步驟中，如選擇溼磨：溼磨則將原料中添加研磨介質、分散劑、成型劑、潤滑劑進行溼磨、再進行噴霧乾燥得到混合均質的漿料，研磨時間為72～200小時。其中研磨介質採用氮化矽棒/球，氮化矽棒/球的棒/球料比為2～11∶1；分散劑採用去離子水，分散劑的加量符合工藝標準要求；成型劑採用聚乙烯醇或聚乙二醇水溶性高分子材料，成型劑的加量符合工藝標準要求；潤滑劑採用硬脂酸鋅材料，潤滑劑的加量符合工藝標準要求。噴霧乾燥採用噴霧制粒乾燥，其中噴霧制粒的粉體含水率為0.1～0.3％，粒度為20～200um。(3)成型：將上述混合均質的漿料採用冷等靜壓方法成型胚體。此步驟中，冷等靜壓的壓力為100～300mpa，保壓時間為5～30min。(4)車加工：將上述成型坯體按工藝要求尺寸加工到位。(5)脫膠：成型坯體加工到位後，置於脫膠爐內將坯體中成型劑脫出，其中溫度按工藝要求溫度曲線升降溫。(6)高溫燒結：脫膠後，將坯體置於高溫燒結爐進行燒結，其中溫度按工藝要求溫度曲線升降溫，燒結處於氮氣氣氛下，燒結過程中矽粉與氮氣反應生成氮化矽。此步驟中，氮氣的壓力保持在1～10mpa。(7)磨加工：高溫燒結後進行表面磨加工。(8)產品：磨加工後，最後經檢查後製成鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料產品。產品包括升液管新材料、鵝頸新材料、內加熱管新材料、熱電偶套管新材料、坩堝新材料、排氣管和轉子新材料等。實施例2一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料，以質量百分數計，由如下組分的原料製備而成，如表2：表2矽粉90.0％氧化鈰2.0％氧化鎂2.0％氧化釔2.5％碳化鎢1.5％鈷0.5％氧化鋁1.5％上述氧化鈰、氧化鎂、氧化釔、碳化鎢、鈷和氧化鋁構成燒結助劑。一種採用實施例2所述配方的鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料製備方法，製備方法完全同實施例1。實施例3一種鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料，以質量百分數計，由如下組分的原料製備而成，如表3：表3矽粉96.7％氧化鈰0.5％氧化鎂0.5％氧化釔1.3％碳化鎢0.5％鈷0％氧化鋁0.5％上述氧化鈰、氧化鎂、氧化釔、碳化鎢、鈷和氧化鋁構成燒結助劑。一種採用實施例3所述配方的鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料製備方法，製備方法完全同實施例1。將實施例1、實施例2、實施例3所得的鋁合金低壓鑄造用氮化矽配件新材料產品進行取樣性能檢測(採用業內慣用方法進行檢測)，產品指標具體如表4，且產品的與熔融金屬發生反應、使用壽命、高溫機械強度、耐熱衝擊性、耐藥特性分別如表5、表6、圖1、圖2、圖3；同時對市場上的鋁合金低壓鑄造用鑄鐵配件材料、鋁合金低壓鑄造用舊陶瓷配件材料進行取樣性能檢測(採用業內慣用方法進行檢測)，產品指標具體如表4，且產品的與熔融金屬發生反應、使用壽命、高溫機械強度、耐熱衝擊性、耐藥特性分別如表5、表6、圖1、圖2、圖3：表4表5表6使用助熔劑不使用助熔劑實施例14個月～10個月約1.5年實施例24個月～10個月約1.5年實施例34個月～10個月約1.5年鑄鐵2天～1星期約1個月舊陶瓷2星期～1個月1個月～2個月上述的實施例僅為本發明的優選實施例，不能以此來限定本發明的權利範圍，因此，依本發明申請專利範圍所作的修改、等同變化、改進等，仍屬本發明所涵蓋的範圍。當前第1頁12