用輕金屬合金浸漬的石墨體的製作方法

2023-05-08 02:32:11 2

專利名稱：用輕金屬合金浸漬的石墨體的製作方法
用輕金屬合金浸漬的石墨體本發明涉及一種用輕金屬合金浸漬的石墨體。本發明還涉及用於製備這種石墨體的方法及其作為金屬零件放電加工的電極的應用。所述的電火花燒蝕加工或放電加工(electrical discharge machining EDM)是在工件和模具製造中用於在工件插入物和模型插入物內產生空腔的既定方法。然後特別的是，當需要高公差要求、高表面質量及金銀絲細工形狀(filigrane Geometrien)時或者當必需具有高硬度的模型插入物時，使用這種方法。典型的使用領域是用於注塑零件的模具製造，所述注塑零件例如在汽車工業還有電子設備如行動電話、電視機，在玩具工業或者包裝生產中使用。為了生產鋁注塑件和壓力鑄造件還藉助電火花燒蝕製造模具。然而，與模具製造的直接方法硬銑削相比，在放電加工(EDM)時必須製備電極。電極通常由銅或者石墨製成。由於石墨在燒蝕加工或銑削加工期間並沒有因為熱作用而受到影響(無變形)，所以趨勢顯然傾向於石墨。基本上區分為粗蝕和精蝕。對於銅製成的電極僅可能使用銅電解液。對於石墨製成的電極可以優化所述的工藝，因為可以在用於粗剝蝕、通用剝蝕和精剝蝕的石墨之間進行選擇。相應的石墨通常被等靜壓壓制，此處使用介於1_15μπι之間的細粒度。用戶能夠根據在短時間內由模具蝕出多少材料，而為此選擇特別適合用於粗蝕的石墨等級。如果目的是實現在最嚴格的公差情況下的高表面質量時，為此目的將使用用於所謂的「精蝕」的石墨等級。特別是，所述的粗蝕也用在鍛造行業。這裡石墨與硬銑削直接競爭。所述的模具可能是巨大的(曲軸、橫拉杆、轉向節等)，因此也可以完全不繞道電極製造而是通過硬銑削以直接的方法生產。如早已描述的，還存在具有較小粒度的用於精蝕的石墨等級。此處還為了整個範圍的難以燒蝕的材料如硬質金屬、耐蝕耐熱銅合金(Ampcoloy)、高強度合金鈹銅 (Mouldmax)、鉻鎳鐵合金anconel)和鈦合金，已經將石墨用銅浸漬。電火花燒蝕加工的原理如下電極材料和工件如此放入加工位置，使得這兩者相互不接觸。保持存在間隙，其填充有絕緣液體電介質。現在，在工件和電極上通上電流(通常電極為正極)。如果這時所述的間隙很小，則進發出火花。人們稱之為「放電」。通過所生成的熱，金屬蒸發且留下凹坑。 這時持續放電，如此自然產生許多凹坑，以及與此同時的材料缺損。整個放電過程顯然複雜得多而且存在著許多影響因素如脈衝持續時間、間歇時間、電流強度、電壓、填充係數、要達到的最終表面(EndoberfleiChe)等等。由文獻JP 2004-209610已知用於金屬零件放電加工的電極材料，其由碳複合材料構成，該碳複合材料包含具有至少10%或更多矽含量的鋁合金。為了實現熔點降低以及降低熔滲溫度，鋁合金裡10%及更多的矽含量被認為是必要的。此外，碳化鋁(Al4C3)的形成是有益的。本發明的目的在於提供一種石墨體，其用鋁合金浸漬，矽含量低於10%並且其適合用作金屬零件放電加工的電極。本發明還涉及用於製備這種石墨體的方法。根據本發明所述的目的通過一種石墨體解決，其在由平均粒徑介於3 20 μ m範圍內的石墨粒子組成的基體中包含10 20體積％的鋁合金並且具有2. 00 2. 3g/cm3的密度，120 160N/mm2的抗彎強度，250 330N/mm2的抗壓強度，10. OXlO3 40X 103N/mm3 的彈性模量以及70 140W/mK如70 100W/mK的導熱係數，所述鋁合金含有5 9. 9質量％的矽、0. 05 5. 0質量％的銅、0. 5 1. 5質量％的鐵、0. 25 1. 0質量％的錳、0. 10 1. 5質量％的鋅和0. 05 0. 35質量％的鈦。本發明其他有利的實施方案體現在權利要求2至7中。本發明將進一步舉例說明如下。實施例1石墨體由粒度分布為d5(l = 10 μ m的合成石墨與粘合劑通過等靜壓壓制和隨後的碳化以及非氧化性條件下的石墨化製成。用輕金屬合金的浸漬通過將石墨坯件預熱至工件溫度以與熱膨脹係數匹配，以及通過澆鑄入待熔滲的碳體內部的合金注入來進行。此處所述的溫度應該選擇為相當於所使用的合金的熔融溫度+5°C。模具中特定的內部壓力為> 1500bar。其根據下表內所示的大小確定
權利要求
1.用輕金屬合金浸漬的石墨體，其特徵在於，其在由平均粒徑介於3 20μ m範圍內的石墨粒子組成的基體中包含10 20體積％的鋁合金並且具有2. 00 2. 3g/cm3的密度， 120 160N/mm2的抗彎強度，250 330N/mm2的抗壓強度，10. OXlO3 40X 103N/mm3的彈性模量以及70 140W/mK的導熱係數，所述鋁合金含有5 9. 9質量％的矽、0. 05 5. 0 質量％的銅、0.5 1.5質量％的鐵、0. 25 1.0質量％的錳、0. 10 1.5質量％的鋅和 0. 05 0. 35質量％的鈦。
2.根據權利要求1的石墨體，其特徵在於，其包含具有最高0.50質量％的鎂、最高 0. 20質量％的鉻、最高0. 70質量％的鎳、最高0. 50質量％的鉛以及最高0. 40質量％的錫的鋁合金。
3.根據權利要求1或2的石墨體，其特徵在於，其包含鋁合金，所述鋁合金含有7.0 9. 5質量％的矽，3. 0 3. 5質量％的銅，1. 2質量％的鐵，0. 1 0. 5質量％的錳，1. 2質量％ 的鋅，0. 15質量％的鈦，0. 10 0. 5質量％的鎂，0. 20質量％的鉛以及0. 10質量％的錫。
4.用於製備根據權利要求1至3的石墨體的方法，其特徵在於，將等靜壓壓制的石墨用鋁合金浸漬，其中使用密度為1. 75 1. 80g/cm3、抗彎強度為40 60N/mm2、抗壓強度為 100 130N/mm2、彈性模量為9. OX IO3 12 X 103N/mm3、導熱係數為70 100W/mK、以及開孔孔隙率為10% 20體積％的石墨，和含有5 9. 9質量％的矽、0. 05 5. 0質量％的銅、 0. 5 1. 5質量％的鐵、0. 25 1. 0質量％的錳、0. 10 1. 5質量％的鋅和0. 05 0. ；35質量％的鈦、以及熔點範圍為470 650°C的鋁合金。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於，使用含有7.0 9. 5質量％的矽、3. 0 3. 5 質量％的銅、1.2質量％的鐵、0. 1 0.5質量％的錳、1.2質量％鋅、0. 15質量％鈦、0. 10 0. 5質量％的鎂、0. 20質量％的鉛和0. 10質量％的錫的鋁合金。
6.根據權利要求1至3的石墨體作為用於金屬零件放電加工的電極的用途。
7.根據權利要求6的用途，其作為通用電極。
全文摘要
本發明涉及一種用輕金屬合金浸漬的石墨體，其在由平均粒徑介於3～20μm範圍內的石墨粒子組成的基體中包含10～20體積％的鋁合金並且具有2.00～2.3g/cm3的密度，120～160N/mm2的抗彎強度，250～330N/mm2的抗壓強度，10.0×103～40×103N/mm3的彈性模量以及70～140W/mK的導熱係數，所述鋁合金含有5～9.9質量％的矽、0.05～5.0質量％的銅、0.5～1.5質量％的鐵、0.25～1.0質量％的錳、0.10～1.5質量％的鋅和0.05～0.35質量％的鈦。本發明還涉及用於製備這種石墨體的方法及其作為金屬零件放電加工的電極的用途。
文檔編號C25B11/14GK102549184SQ201080044064
公開日2012年7月4日 申請日期2010年10月4日 優先權日2009年10月2日
發明者A·赫尼格, H-H·貝克, K-H·勞克特, W·蒂勒 申請人:Sgl碳股份公司