高強韌可溶性複合材料鹽芯及製備方法
2023-10-06 02:00:19 3
專利名稱：高強韌可溶性複合材料鹽芯及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高功率增壓發動機活塞鹽芯及製備方法，特別是 一種高強韌可溶性複合材料鹽芯及製備方法。
技術背景隨著可變渦輪增壓技術和高壓共軌直噴技術的發展，用戶對柴油 發動機升功率、結構緊湊性、鑄件形狀複雜程度和熱負荷提出了越來 越高的要求，對柴油機的關重件的材料及製造技術也提出了新的更高 的要求。為了提高柴油機的關重件的組織和性能，優化零件的材料設 計、結構設計和製備工藝是唯一的選擇，其中優化材料設計是迄今20年來柴油機的關重件的主要研究方向，業已取得了很多有利的成 果，許多新型高強耐熱鋁合金及其複合材料也在不斷湧現。但是隨著 使用要求的提高，目前在鋁合金材料方面開發的潛力已經越來越小。 而優化結構設計和製備工藝是現在必然的選擇，因此新開發的柴油機 的關重件的結構越來越複雜，鑄造精度要求越來越高，製備工藝也由 普通的金屬型鑄造轉向高壓高精度鑄造方法。傳統鹽芯由於強度低、 塑性差、表面質量差、尺寸穩定性和機加工性不足，已經不能滿足高 功率柴油機的要求，因此開發新型的高強度、高塑性、尺寸穩定性好、 表面質量優良和可機械加工性的複合材料鹽芯已是當今發動機關重 件生產的必然選擇。傳統鹽芯由於強度低、塑性差、表面質量差、尺寸穩定性和機加 工性不足，致使該鹽芯只適合金屬凝固壓力小的普通金屬型鑄造及用 於表面質量和性能要求較低的鑄件內腔。對於形狀和結構複雜、內腔表面質量和材料性能要求高的複雜柴油機鑄件，如高功率高增壓柴油機活塞、缸體、機體等零件，普通的金屬型鑄造已經很難滿足要求， 需要金屬凝固壓力大的鑄造方法如低壓鑄造、壓力鑄造、差壓鑄造、 擠壓鑄造等，這時如果再採用傳統鹽芯，必然導致鹽芯易斷裂，鑄件 內腔形狀不完整、尺寸差異大。德國MAHLE公司曾成功開發出一種用於大馬力柴油機活塞的內 冷油道活塞，並實現了工業化批量生產，在中國專利200610125398. 7 文本中也報導了一種發動機活塞鹽芯及製備方法，但是這些活塞的鹽 芯均存在強度較低、塑性差、不能機械加工等不足，致使該鹽芯只能 運用在金屬型鑄造和較低壓力的差壓鑄造。 發明內容本發明的目的是要克服現有技術中傳統鹽芯的強度低、塑性差、 尺寸穩定性差的問題，進而提供一種高強度、高塑性、尺寸穩定性好、 表面質量優良並具有可機械加工性的高強韌可溶性複合材料鹽芯及 製備方法。本發明所述的高強韌可溶性複合材料鹽芯由水溶性的金屬鹽、粘 結劑、氧化物纖維和金屬複合鹽晶須製備而成，其實現在於，按重量 百分比(wt%)該鹽芯的組成為60% 70%的水溶性的金屬鹽、10% 20% 的粘結劑、5% 15%的氧化物纖維和5% 15%的金屬複合鹽晶須。本發明的實現還在於高強韌可溶性複合材料鹽芯，所用的水溶 性的金屬鹽為粒度是80 140目的金屬氯化物和金屬氟化物。本發明的實現還在於高強韌可溶性複合材料鹽芯，所用的粘結 劑為粒度是160 200目的粘土或者膨潤土。本發明的實現還在於高強韌可溶性複合材料鹽芯，所用的纖維為商業市售的金屬氧化物纖維，晶須為商業市售的金屬複合鹽晶須。 本發明所述髙強韌可溶性複合材料鹽芯的製備方法包括下述的具體製備步驟a. 烘乾將金屬鹽、粘結劑、氧化物纖維和金屬複合鹽晶須分別放置於箱式爐中加熱，加熱溫度100'C 30(TC，保溫2 4h;b. 碾磨及分篩將烘乾後的原料分別倒入碾磨機內碾磨3 5分 鍾，金屬鹽用120目篩網過篩，粘結劑用180目篩網過篩；c. 配料將分篩後的原料按60% 70%的水溶性的金屬鹽、10% 20%的粘結劑和5% 15%的氧化物纖維、5% 15%的金屬複合鹽晶須稱 好，倒入混合機攪拌20 40分鐘，然後加入物料總量1% 5%的水再 攪拌20 40分鐘，混好後按鹽芯所需的重量稱好；d. 壓制將稱好的原料放入模具型腔中，使原料在型腔中分布 均勻，然後用10 30MPa的壓力壓製成型；e. 焙燒將壓制好的鹽芯放入箱式爐中，先150 20(TC烘乾lh， 再升溫至750 800'C保溫0. 5h，然後隨爐冷卻至IO(TC出爐；f. 加工將焙燒好的鹽芯裝在夾具上按鹽芯具體尺寸加工，將加工好的鹽芯包裝成箱。通過大量的實踐表明，本發明製備的高強韌可溶性複合材料鹽 芯，具有強度高、塑性好、耐熱衝擊、尺寸穩定性好、表面質量優良和可機械加工等特點，可以承受不大於200MPa的金屬液壓力並可機 械加工，可以用於擠壓鑄造、差壓鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造和金屬 型鑄造等鑄造方法，以及運用這些鑄造方法製備的高功率高增壓的柴 油機活塞的複雜內腔和發動機其它關重件的形狀複雜、尺寸精度高的 內腔。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明內容進行詳細說明 實施例1:採用本發明製備複合材料鹽芯，其組成為65%的水溶性的金屬 鹽(NaCl)、 15%的粘結劑(膨潤土)、 10%的氧化物纖維以及10%的金屬複合鹽晶須。金屬鹽的粒度為120目，粘結劑為膨潤土，其粒度 為180目，纖維為國產市售的Al203纖維，晶須為國產市售的硼酸鋁 晶須。其製備方法為a. 烘乾將金屬鹽、粘結劑、氧化物纖維和金屬複合鹽晶須分別 放置於箱式爐中加熱，加熱溫度200'C，保溫2.5h;b. 碾磨及分篩將烘乾後的原料分別倒入碾磨機內碾磨4分鐘，金屬鹽用120目不鏽鋼篩網過篩，粘結劑用180目的不鏽鋼篩網過篩；C.配料將分篩後的原料比例稱好，倒入混合機攪拌30分鐘， 然後加入物料總量3%的水再攪拌30分鐘，混好後按鹽芯的所需重量 稱好；d. 壓制將稱好的原料放入模具型腔中，注意原料在型腔中分 布均勻，然後用25MPa的壓力壓製成型；e. 焙燒將壓制好的鹽芯放入箱式爐中焙燒，其工藝步驟為先175'C烘乾lh，再升溫至78(TC保溫0. 5h，然後隨爐冷卻至IOO'C 出爐；f. 加工將焙燒好的鹽芯裝在夾具上按鹽芯具體尺寸加工，最 後將加工好的鹽芯包裝成箱。實施例2:製備方法同實施例1，鹽芯的配料比例為70%的水溶性的金屬 鹽(CaCl2)、 10%的粘結劑(粘土)、 10%的氧化物纖維和10%的金屬復 合鹽晶須。金屬鹽的粒度為120目，粘結劑為膨潤土，其粒度為180 目，纖維為國產市售的Al203纖維，晶須為國產市售的硼酸鋁晶須。 實施例3製備方法同實施例1,鹽芯的配料比例為60%的水溶性的金屬 鹽(NaCl)、 10%的粘結劑(粘土)、 15%的氧化物纖維和15%的金屬複合 鹽晶須。金屬鹽的粒度為120目，粘結劑為膨潤土，其粒度為180目，纖維為國產市售的Ah03纖維，晶須為國產市售的硼酸鋁晶須。實施例4高強韌可溶性複合材料鹽芯的配料比例同實施例1，其製備方法為a. 烘乾將金屬鹽、粘結劑、氧化物纖維和金屬複合鹽晶須分別放置於箱式爐中加熱，加熱溫度10(TC，保溫4h;b. 碾磨及分篩將烘乾後的原料分別倒入碾磨機內碾磨5分鐘，金屬鹽用120目的不鏽鋼篩網過篩,粘結劑用180目不鏽鋼篩網過篩;C.配料將分篩後的原料比例稱好，倒入混合機攪拌40分鐘，然後加入適量水再攪拌20分鐘，混好後按鹽芯的所需重量稱好；d. 壓制將稱好的原料放入模具型腔中，注意原料在型腔中分 布均勻，然後用30MPa的壓力壓製成型；e. 焙燒將壓制好的鹽芯放入箱式爐中焙燒，其工藝步驟採用先20(TC烘乾lh，再升溫至800'C保溫0.5h，然後隨爐冷卻至IOO'C 出爐；f. 加工將焙燒好的鹽芯裝在夾具上按鹽芯具體尺寸加工，最 後將加工好的鹽芯包裝成箱。
權利要求
1、一種高強韌可溶性複合材料鹽芯，其特徵在於按重量百分比該鹽芯的組成為60％～70％的水溶性的金屬鹽、10％～20％的粘結劑、5％～15％的氧化物纖維和5％～15％的金屬複合鹽晶須。
2、 根據權利要求1所述的高強韌可溶性複合材料鹽芯，其特徵 在於:所述的水溶性的金屬鹽為粒度是80 140目的金屬氯化物或者 金屬氟化物。
3、 根據權利要求1所述的高強韌可溶性複合材料鹽芯，其特徵 在於所述的粘結劑為粒度是160 200目的膨潤土或者粘土。
4、 一種用於製備權利要求1所述複合材料鹽芯的方法，其特徵 在於包括下述的製備步驟a. 烘乾將金屬鹽、粘結劑、氧化物纖維和金屬複合鹽晶須分別放置於箱式爐中加熱，加熱溫度10(TC 30(TC，保溫2 4h;b. 碾磨及分篩將烘乾後的原料分別倒入碾磨機內碾磨3 5分 鍾，金屬鹽用120目篩網過篩，粘結劑用180目篩網過篩；c. 配料將分篩後的原料按60% 70%的水溶性的金屬鹽、10% 20%的粘結劑和5% 15%的氧化物纖維、5% 15%的金屬複合鹽晶須稱 好，倒入混合機攪拌20 40分鐘，然後加入物料總量1% 5%的水再 攪拌20 40分鐘，混好後按鹽芯所需的重量稱好；d. 壓制將稱好的原料放入模具型腔中，使原料在型腔中分布 均勻，然後用10 30MPa的壓力壓製成型；e. 焙燒將壓制好的鹽芯放入箱式爐中，先150 200'C烘乾lh， 再升溫至750 800'C保溫0. 5h，然後隨爐冷卻至IOO'C出爐；f. 加工將焙燒好的鹽芯裝在夾具上按鹽芯具體尺寸加工，將加工好的鹽芯包裝成箱。
全文摘要
本發明提供一種高強韌可溶性複合材料鹽芯及其製備方法。該鹽芯由水溶性的金屬鹽、粘結劑、氧化物纖維和金屬複合鹽晶須製成，其製備方法是將金屬鹽、粘結劑、纖維和晶須按比例混合均勻後放入模具中壓製成鹽芯坯料，再將鹽芯坯料放入爐中進行焙燒，冷卻出爐後按鹽芯具體尺寸進行機械加工，最後將加工好的鹽芯包裝成箱。本發明所製備的高強度高韌性鹽芯可承受不大於200MPa的金屬液壓力，可以用來製備擠壓鑄造、低壓鑄造和金屬型鑄造零件的複雜內腔。
文檔編號B22C1/00GK101269401SQ200810018179
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月13日 優先權日2008年5月13日
發明者豔 李, 李建平, 忠 楊, 郭永春 申請人:西安康博新材料科技有限公司