CN104014764B - 一种铝合金低压铸造用陶瓷浇注口衬套的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金低压铸造用陶瓷浇注口衬套及制作方法，所述的衬套为筒状它包括衬套本体和涂覆层，衬套本体为氧化铝与钛酸铝复合陶瓷材质，涂覆层为钛酸铝陶瓷涂层。制作方法包括：（1）先将氧化铝原料粉、二氧化钛原料粉体与稳定剂充分混合制作基粉；（2）基粉在1350℃~1400℃焙烧得到钛酸铝粉体；（3）将钛酸铝粉按6%~13%重量分数加入到氧化铝原料粉中充分混合得到混合粉；（4）混合粉造粒后压制成型，并预烧结；（5）将钛酸铝粉与PVA胶水及水配成浆料；（6）将预烧结体置于浆料中浸渍提拉数次再烘干；（7）含有钛酸铝涂层的浇注口衬套置于炉中在1450℃~1650℃烧结后得到最终制品。

Description

一种铝合金低压铸造用陶瓷浇注口衬套的制作方法
技术领域
本发明涉及铝合金低压铸造技术领域，特别是涉及一种铝合金低压铸造用陶瓷材质的浇注口衬套的制作方法。
背景技术
与传统的重力铸造技术相比，低压铸造诸多优势，目前，在汽车部件的铸造领域，如气缸头、气缸体、刹车鼓、离合器罩、轮毂、进气岐管等，特别是在汽车轮毂的铸造上，已大量使用低压铸造技术。
对于汽车用铝合金零件的低压铸造而言，浇注口衬套是浇注***的关键部件之一，服役环境需要其具有抗热震，抗铝液侵蚀，导热系数低等性能特点。目前普遍使用钢质衬套。但钢质衬套有如下缺陷：（1）钢导热快，浇注过程中容易出现倒冷现象，即铸件还未凝固，浇口先凝固，无法实现补缩，导致缩孔、缩松等铸造缺陷；（2）钢容易渗熔于铝液中，一方面污染铝液，导致铸件成分与性能变化，另一方面，衬套被铝液腐蚀处容易残存凝固铝料，导致取件困难。
另一种比较先进的浇注口衬套其材质为钛酸铝陶瓷，具有热震性能好，与多数有色金属液体不侵润，耐腐蚀，导热低等优良特性。但由于钛酸铝严重热膨胀各向异性致使烧结体在冷却中内部会产生大量微细裂纹，这些微细裂纹分布在晶界和晶粒上。虽然当加热钛酸铝烧结体时热膨胀绝大部分被众多的微细裂纹的弥合所抵消，导致产生很好的抗热震性，但是裂纹的存在却使钛酸铝材料难以致密烧结，导致机械强度较低，抗弯强度约20MPa，因此在铸件取件时，钛酸铝浇注口衬套容易被碰撞脆断，因此纯钛酸铝衬套寿命较低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种铝合金低压铸造用陶瓷浇注口衬套，陶瓷浇注口衬套的形状为筒状，其特征在于：所述的陶瓷浇注口衬套包括衬套本体1和涂覆层2，所述的衬套本体被涂覆层所覆盖，所述的衬套本体为氧化铝与钛酸铝的复合材质陶瓷，所述的涂覆层为钛酸铝陶瓷。
本铝合金低压铸造用陶瓷浇注口衬套的制作方法包括以下步骤：
（1）先将氧化铝原料粉与二氧化钛原料粉体按照重量比1.1~1.3:1混合得到基粉，在所述的基粉中加入重量分数为6~10.5%的稳定剂并充分混合；
（2）将步骤（1）得到的粉料在1350℃~1400℃焙烧1.5~4小时后磨碎至5μm以下，过筛得到钛酸铝粉体；
（3）将步骤（2）得到的钛酸铝粉按6%~13%重量分数加入到氧化铝原料粉中充分混合，得到混合粉；
（4）将步骤（3）得到的混合粉中加入PVA胶水与水混合造粒后压制成型，然后在1000℃~1300℃预烧结，得到衬套本体的预烧结体；
（5）将步骤（2）得到的钛酸铝粉与PVA胶水及纯水配成浆料，重量分数为：钛酸铝含量为20%~75%， PVA胶水含量为20%~50%，其余为纯水；
（6）将步骤（4）得到的浇注口衬套预烧结体置于（5）步骤配置的钛酸铝浆料中数秒钟并取出并晾干或烘干，重复数次，使表面产生0.3~0.5毫米的钛酸铝涂覆层；
（7）将步骤（6）得到的包含钛酸铝涂层的浇注口衬套本体置于炉中在1450℃~1650℃烧结2~6小时，得到最终产品。
所述氧化铝原料粉为α型，二氧化钛原料粉为锐钛矿型或金红石型，氧化铝与二氧化钛粉体粒径均小于3μm。
所述的稳定剂为SiO2、MgO、Fe2O3、CeO2中任选三种的混合物。
本发明的有益效果是：1、衬套本体为氧化铝与钛酸铝复合材质陶瓷，与钢质浇注口衬套相比，可以降低其热膨胀系数，解决浇注过程中出现的倒冷问题提高铸造质量；与纯钛酸铝陶瓷浇注口衬套相比，提高了衬套的强度（纯钛酸铝陶瓷浇注口衬套抗弯强度约20MPa，本衬套的抗弯强度为40 Mpa以上），解决了在铸件取件时纯钛酸铝浇注口衬套容易被碰撞脆断的问题，使用寿命长；2、衬套的涂覆层为钛酸铝陶瓷涂层，满足了与金属液体不浸润，耐浸蚀，抗渣、不污染铸件，导热慢，抗热震等性能要求。
附图说明
图1为本发明的铝合金低压铸造用陶瓷浇注口衬套的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
本铝合金低压铸造用陶瓷浇注口衬套，衬套形状为筒状它包括衬套本体1和涂覆层2，所述的衬套本体被涂覆层所覆盖，所述的衬套本体为氧化铝与钛酸铝复合材质陶瓷；所述的涂覆层为钛酸铝陶瓷，其制作实施例如下：
实施例1
（1）先将粒径(D98)为2.5μm的α氧化铝原料粉与锐钛矿型或金红石型粒径(D98)为0.5μm的二氧化钛原料粉体按照重量比1.1：1混合，同时加入重量分数为2%的SiO2，2%的MgO和2%的CeO2三种稳定剂，充分混合；
（2）将步骤（1）得到的粉料在1380℃焙烧2.5小时后磨碎至5μm以下，过筛得到钛酸铝粉体；
（3）将步骤（2）得到的钛酸铝粉按6%重量分数加入到氧化铝原料粉中充分混合，得到混合粉；
（4）将步骤（3）得到的混合粉中加入PVA胶水与水混合造粒后压制成型后在 1100℃预烧结2小时，得到预烧结体；
（5）将步骤（2）得到的钛酸铝粉与PVA胶水及纯水配成浆料，重量分数为：钛酸铝含量为30%， PVA胶水含量为20%，纯水50%；
（6）将步骤（4）得到的浇注口衬套预烧结体置于（5）步骤配置的钛酸铝浆料中数秒钟并取出并晾干或烘干，重复5次，使表面产生约0.5毫米的钛酸铝涂覆层；
（7）将步骤（6）得到的包含钛酸铝涂层的浇注口衬套置于炉中在1600℃烧结4小时，得到最终产品。
实施例2
（1）先将粒径(D98)为2.5μm的α氧化铝原料粉与锐钛矿型粒径(D98)为0.5μm的二氧化钛原料粉体按照重量比1.1：1混合，同时加入重量分数为2.5%的SiO2，2.5%的MgO和2.5%的Fe2O3三种稳定剂，充分混合；
（2）将步骤（1）得到的粉料在1380℃焙烧2.5小时后磨碎至5μm以下，过筛得到钛酸铝粉体；
（3）将步骤（2）得到的钛酸铝粉按8%重量分数加入到氧化铝原料粉中充分混合，得到混合粉；
（4）将步骤（3）得到的混合粉中加入PVA胶水与水混合造粒后压制成型后在 1100℃预烧结2小时，得到预烧结体；
（5）将步骤（2）得到的钛酸铝粉与PVA胶水及纯水配成浆料，重量分数为：钛酸铝粉含量为30%， PVA胶水含量为20%，纯水50%；
（6）将步骤（4）得到的浇注口衬套预烧结体置于（5）步骤配置的钛酸铝浆料中数秒钟并取出并晾干或烘干，重复3次，使表面产生约0.3毫米的钛酸铝涂覆层；
（7）将步骤（6）得到的包含钛酸铝涂层的浇注口衬套置于炉中在1600℃烧结4小时，得到最终产品。
实施例3
（1）先将粒径(D98)为2.5μm的α氧化铝原料粉与锐钛矿型粒径(D98)为0.5μm的二氧化钛原料粉体按照重量比1.1：1混合，同时加入重量分数为3%的SiO2，3%的MgO和3%的Fe2O3三种稳定剂，充分混合；
（2）将步骤（1）得到的粉料在1380℃焙烧2.5小时后磨碎至5μm以下，过筛得到钛酸铝粉体；
（3）将步骤（2）得到的钛酸铝粉按11%重量分数加入到氧化铝原料粉中充分混合，得到混合粉；
（4）将步骤（3）得到的混合粉中加入PVA胶水与水混合造粒后压制成型后在 1100℃预烧结2小时，得到预烧结体；
（5）将步骤（2）得到的钛酸铝粉与PVA胶水及纯水配成浆料，重量分数为：钛酸铝含量为30%， PVA胶水含量为20%，纯水50%；
（6）将步骤（4）得到的浇注口衬套预烧结体置于（5）步骤配置的钛酸铝浆料中数秒钟并取出并晾干或烘干，重复3次，使表面产生约0.3毫米的钛酸铝涂覆层；
（7）将步骤（6）得到的包含钛酸铝涂层的浇注口衬套置于炉中在1600℃烧结4小时，得到最终产品。
实施例4
（1）先将粒径(D98)为2.5μm的α氧化铝原料粉与锐钛矿型粒径(D98)为0.5μm的二氧化钛原料粉体按照重量比1.1：1混合，同时加入重量分数为3.5%的SiO2，3.5%的MgO和3.5%的CeO2三种稳定剂，充分混合；
（2）将步骤（1）得到的粉料在1380℃焙烧2.5小时后磨碎至5μm以下，过筛得到钛酸铝粉体；
（3）将步骤（2）得到的钛酸铝粉按12.5%重量分数加入到氧化铝原料粉中充分混合，得到混合粉；
（4）将步骤（3）得到的混合粉中加入PVA胶水与纯水混合造粒后压制成型后在 1100℃预烧结2小时，得到预烧结体；；
（5）将步骤（2）得到的钛酸铝粉与PVA胶水及水配成浆料，重量分数为：钛酸铝含量为30%， PVA胶水含量为20%，纯水50%；
（6）将步骤（4）得到的浇注口衬套预烧结体置于（5）步骤配置的钛酸铝浆料中数秒钟并取出并晾干或烘干，重复5次，使表面产生约0.5毫米的钛酸铝涂覆层；
（7）将步骤（6）得到的包含钛酸铝涂层的浇注口衬套置于炉中在1600℃烧结4小时，得到最终产品。
以上四个实施例产品的性能如下表所示：
产品的寿命超过72小时为合格。

Claims (4)

1.一种铝合金低压铸造用陶瓷浇注口衬套的制作方法，所述的陶瓷浇注口衬套的形状为筒状，所述的陶瓷浇注口衬套包括衬套本体（1）和涂覆层（2），所述的衬套本体被涂覆层所覆盖，所述的衬套本体为氧化铝与钛酸铝的复合材质陶瓷，所述的涂覆层为钛酸铝陶瓷；所述的陶瓷浇注口衬套的制作方法如下：
一、先将氧化铝原料粉与二氧化钛原料粉体按照重量比1.1~1.3:1混合得到基粉，在所述的基粉中加入重量分数为6~10.5%的稳定剂并充分混合；
二、将步骤一得到的粉料在1350℃~1400℃焙烧1.5~4小时后磨碎至5μm以下，过筛得到钛酸铝粉体；
三、将步骤二得到的钛酸铝粉按6%~13%重量分数加入到氧化铝原料粉中充分混合，得到混合粉；
四、将步骤三得到的混合粉中加入PVA胶水与水混合造粒后压制成型，然后在1000℃~1300℃预烧结，得到衬套本体的预烧结体；
五、将步骤二得到的钛酸铝粉与PVA胶水及纯水配成浆料，重量分数为：钛酸铝含量为20%~75%， PVA胶水含量为20%~50%，其余为纯水；
六、将步骤四得到的浇注口衬套预烧结体置于步骤五所配置的钛酸铝浆料中数秒钟并取出并晾干或烘干，重复数次，使表面产生0.3~0.5毫米的钛酸铝涂覆层；
七、将步骤六得到的包含钛酸铝涂层的浇注口衬套预烧结体置于炉中在1450℃~1650℃烧结2~6小时，得到最终产品。
2.根据权利要求1所述的陶瓷浇注口衬套的制作方法，其特征在于：在步骤一中所述氧化铝原料粉为α型其粒径为2.5μm，二氧化钛原料粉为锐钛矿型或金红石型其粒径为0.5μm。
3.根据权利要求1所述的陶瓷浇注口衬套的制作方法，其特征在于：在步骤一中所述的稳定剂为SiO2、MgO、Fe2O3、CeO2中的任选三种的混合物。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：在步骤一中所述的稳定剂为重量分数为2.5%的SiO2，2.5%的MgO和2.5%的Fe2O3混合物；在步骤三中所述的钛酸铝粉按8%重量分数加入到氧化铝原料粉中。
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