CN102549184A

CN102549184A - 用轻金属合金浸渍的石墨体

Info

Publication number: CN102549184A
Application number: CN2010800440641A
Authority: CN
Inventors: A·赫尼格; K-H·劳克特; H-H·贝克; W·蒂勒
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2012-07-04
Also published as: DE102009048006B3; WO2011039380A1; EP2483433A1

Abstract

本发明涉及一种用轻金属合金浸渍的石墨体，其在由平均粒径介于3～20μm范围内的石墨粒子组成的基体中包含10～20体积％的铝合金并且具有2.00～2.3g/cm³的密度，120～160N/mm²的抗弯强度，250～330N/mm²的抗压强度，10.0×10³～40×10³N/mm³的弹性模量以及70～140W/mK的导热系数，所述铝合金含有5～9.9质量％的硅、0.05～5.0质量％的铜、0.5～1.5质量％的铁、0.25～1.0质量％的锰、0.10～1.5质量％的锌和0.05～0.35质量％的钛。本发明还涉及用于制备这种石墨体的方法及其作为金属零件放电加工的电极的用途。

Description

用轻金属合金浸渍的石墨体

本发明涉及一种用轻金属合金浸渍的石墨体。本发明还涉及用于制备这种石墨体的方法及其作为金属零件放电加工的电极的应用。

所述的电火花烧蚀加工或放电加工(electrical dischargemachining EDM)是在工件和模具制造中用于在工件***物和模型***物内产生空腔的既定方法。然后特别的是，当需要高公差要求、高表面质量及金银丝细工形状(filigrane Geometrien)时或者当必需具有高硬度的模型***物时，使用这种方法。

典型的使用领域是用于注塑零件的模具制造，所述注塑零件例如在汽车工业还有电子设备如移动电话、电视机，在玩具工业或者包装生产中使用。

为了生产铝注塑件和压力铸造件还借助电火花烧蚀制造模具。

然而，与模具制造的直接方法硬铣削相比，在放电加工(EDM)时必须制备电极。电极通常由铜或者石墨制成。由于石墨在烧蚀加工或铣削加工期间并没有因为热作用而受到影响(无变形)，所以趋势显然倾向于石墨。

基本上区分为粗蚀和精蚀。对于铜制成的电极仅可能使用铜电解液。对于石墨制成的电极可以优化所述的工艺，因为可以在用于粗剥蚀、通用剥蚀和精剥蚀的石墨之间进行选择。相应的石墨通常被等静压压制，此处使用介于1-15μm之间的细粒度。用户能够根据在短时间内由模具蚀出多少材料，而为此选择特别适合用于粗蚀的石墨等级。如果目的是实现在最严格的公差情况下的高表面质量时，为此目的将使用用于所谓的“精蚀”的石墨等级。

特别是，所述的粗蚀也用在锻造行业。

这里石墨与硬铣削直接竞争。所述的模具可能是巨大的(曲轴、横拉杆、转向节等)，因此也可以完全不绕道电极制造而是通过硬铣削以直接的方法生产。

如早已描述的，还存在具有较小粒度的用于精蚀的石墨等级。此处还为了整个范围的难以烧蚀的材料如硬质金属、耐蚀耐热铜合金(Ampcoloy)、高强度合金铍铜(Mouldmax)、铬镍铁合金(Inconel)和钛合金，已经将石墨用铜浸渍。

电火花烧蚀加工的原理如下：

电极材料和工件如此放入加工位置，使得这两者相互不接触。保持存在间隙，其填充有绝缘液体电介质。现在，在工件和电极上通上电流(通常电极为正极)。如果这时所述的间隙很小，则进发出火花。人们称之为“放电”。通过所生成的热，金属蒸发且留下凹坑。这时持续放电，如此自然产生许多凹坑，以及与此同时的材料缺损。整个放电过程显然复杂得多而且存在着许多影响因素如脉冲持续时间、间歇时间、电流强度、电压、填充系数、要达到的最终表面()等等。

由文献JP 2004-209610已知用于金属零件放电加工的电极材料，其由碳复合材料构成，该碳复合材料包含具有至少10％或更多硅含量的铝合金。为了实现熔点降低以及降低熔渗温度，铝合金里10％及更多的硅含量被认为是必要的。此外，碳化铝(Al₄C₃)的形成是有益的。

本发明的目的在于提供一种石墨体，其用铝合金浸渍，硅含量低于10％并且其适合用作金属零件放电加工的电极。本发明还涉及用于制备这种石墨体的方法。

根据本发明所述的目的通过一种石墨体解决，其在由平均粒径介于3～20μm范围内的石墨粒子组成的基体中包含10～20体积％的铝合金并且具有2.00～2.3g/cm³的密度，120～160N/mm²的抗弯强度，250～330N/mm²的抗压强度，10.0×10³～40×10³N/mm³的弹性模量以及70～140W/mK如70～100W/mK的导热系数，所述铝合金含有5～9.9质量％的硅、0.05～5.0质量％的铜、0.5～1.5质量％的铁、0.25～1.0质量％的锰、0.10～1.5质量％的锌和0.05～0.35质量％的钛。

本发明其他有利的实施方案体现在权利要求2至7中。

本发明将进一步举例说明如下。

实施例1

石墨体由粒度分布为d₅₀＝10μm的合成石墨与粘合剂通过等静压压制和随后的碳化以及非氧化性条件下的石墨化制成。用轻金属合金的浸渍通过将石墨坯件预热至工件温度以与热膨胀系数匹配，以及通过浇铸入待熔渗的碳体内部的合金注入来进行。此处所述的温度应该选择为相当于所使用的合金的熔融温度+5℃。模具中特定的内部压力为＞1500bar。其根据下表内所示的大小确定：

直径【mm】/高度【mm】	压力【bar】

100x100	＜2000

200x200	＞2000

300x300	＞2300

400x400	＞3000

持续时间主要取决于所使用石墨的材料性能如孔隙度和孔隙形状。浸渍过程由于可能的氧化反应(熔损，碳化物形成)而在保护气体下进行，直至通过冷却实现轻金属合金在石墨体的孔隙内凝固。

Claims

1.用轻金属合金浸渍的石墨体，其特征在于，其在由平均粒径介于3～20μm范围内的石墨粒子组成的基体中包含10～20体积％的铝合金并且具有2.00～2.3g/cm³的密度，120～160N/mm²的抗弯强度，250～330N/mm²的抗压强度，10.0×10³～40×10³N/mm³的弹性模量以及70～140W/mK的导热系数，所述铝合金含有5～9.9质量％的硅、0.05～5.0质量％的铜、0.5～1.5质量％的铁、0.25～1.0质量％的锰、0.10～1.5质量％的锌和0.05～0.35质量％的钛。

2.根据权利要求1的石墨体，其特征在于，其包含具有最高0.50质量％的镁、最高0.20质量％的铬、最高0.70质量％的镍、最高0.50质量％的铅以及最高0.40质量％的锡的铝合金。

3.根据权利要求1或2的石墨体，其特征在于，其包含铝合金，所述铝合金含有7.0～9.5质量％的硅，3.0～3.5质量％的铜，1.2质量％的铁，0.1～0.5质量％的锰，1.2质量％的锌，0.15质量％的钛，0.10～0.5质量％的镁，0.20质量％的铅以及0.10质量％的锡。

4.用于制备根据权利要求1至3的石墨体的方法，其特征在于，将等静压压制的石墨用铝合金浸渍，其中使用密度为1.75～1.80g/cm³、抗弯强度为40～60N/mm²、抗压强度为100～130N/mm²、弹性模量为9.0×10³～12×10³N/mm³、导热系数为70～100W/mK、以及开孔孔隙率为10％～20体积％的石墨，和含有5～9.9质量％的硅、0.05～5.0质量％的铜、0.5～1.5质量％的铁、0.25～1.0质量％的锰、0.10～1.5质量％的锌和0.05～0.35质量％的钛、以及熔点范围为470～650℃的铝合金。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，使用含有7.0～9.5质量％的硅、3.0～3.5质量％的铜、1.2质量％的铁、0.1～0.5质量％的锰、1.2质量％锌、0.15质量％钛、0.10～0.5质量％的镁、0.20质量％的铅和0.10质量％的锡的铝合金。

6.根据权利要求1至3的石墨体作为用于金属零件放电加工的电极的用途。

7.根据权利要求6的用途，其作为通用电极。