SiCp/EPS消失模及SiCp/Al铸造成形工艺制造技术

本发明专利技术涉及SiCp/EPS消失模及SiCp/Al铸造成形工艺，属于铸造技术领域。SiCp/EPS消失模制备工艺如下，1，混料制备：按体积份数称取SiC颗粒、稀土粉、EPS珠粒、黏结剂，并将称取的SiC颗粒、稀土粉、EPS珠粒、黏结剂混合均匀；2，将模具预热至工作温度后，进行下一步操作，3，利用压缩空气将混合材料填入模具，通入热蒸汽，并保持压力；4，保压结束后，解除热蒸汽；在模具背面喷水冷却，使模具冷却使材料温度降至软化温度以下，定形后出模，得到SiCp/EPS消失模模样。SiCp/Al消失模铸造成形工艺使用上述工艺制备的SiCp/EPS消失模模样。本发明专利技术生产效率高，能够提高零件的力学性能。

SiCp/EPS EPC and SiCp/Al Casting Process

The invention relates to SiCp/EPS lost foam and SiCp/Al casting forming process, belonging to the field of casting technology. The preparation process of SiCp/EPS lost foam is as follows: 1. Mixture preparation: SiC particles, rare earth powder, EPS beads and binder are weighed according to volume fraction, and SiC particles, rare earth powder, EPS beads and binder are mixed evenly; 2. After preheating the die to working temperature, the next operation is carried out; 3. Mixture material is filled into the die by compressed air, and hot steam is poured into the die, and pressure is maintained. Force; 4. Remove hot steam after holding pressure; spray water cooling on the back of the die to make the material temperature lower than softening temperature. After setting, the die is produced and the SiCp/EPS lost pattern is obtained. The SiCp/EPS lost foam pattern prepared by the above process is used in the SiCp/Al lost foam casting process. The invention has high production efficiency and can improve the mechanical properties of parts.

【技术实现步骤摘要】
SiCp/EPS消失模及SiCp/Al铸造成形工艺
本专利技术涉及一种SiCp/EPS消失模及SiCp/Al铸造成形工艺，属于铸造

技术介绍
SiC具有优良的物理和化学性能，而且SiC颗粒作为磨料的市场非常成熟，使得SiC粉体品种较多、价格较低廉。因此，将磨料工业提供的廉价SiC颗粒加入到铝熔体中(铸造法)，制备的SiC颗粒增强铝基复合材料具有成本低廉、适合工业化生产等优点。因此，从上世纪80年代开始，国外一些研究部门投入了大量的人力和物力致力于SiCp/Al复合材料的研究。截至目前，SiC颗粒增强铝基复合材料作为金属基复合材料的典型代表，是目前最具广泛使用价值的先进复合材料之一，已在工业发达国家中广泛应用。美国DWA复合材料公司与洛克希德•马丁公司，将粉末冶金法制备的SiC颗粒增强铝基（6092Al）复合材料用到了F216战斗机的腹鳍制造上，取代了原有的2214铝合金蒙皮结构，从而使其刚度提高了50%，使用寿命也由原来的数百小时提高到了8000小时，达到了飞机设计的全寿命周期，相当于提高了17倍。美国ARCO公司生产的30%-35%(体积)SiCp/2024铝基复合材料可用来代替Al，Ti等合金制造飞机的结构件，如直升飞机的翼前缘加强筋、大的通用正弦形梁以及起落架等。另外，铸造SiCp/A356颗粒增强复合材料可制造直升飞机的起落架和阀体以及飞机液压管。洛克希德公司用SiCp/2009铝基复合材料成功制造了先进自喷气战斗机的地垂尾安定面。原设计在F-16战斗机上的26个可活动燃油检查口盖，使用寿命只有2000小时，而且每年还要检查2~3次。后来替换成SiC颗粒增强铝基复合材料后，其刚度提高了40%，承载能力提高了28%，预计平均翻修寿命提高到8000小时，裂纹检查周期也延长到了2~3年。在F-218“大黄蜂”战斗机上，采用SiC颗粒增强铝基复合材料制造的战斗机液压致动器缸体，与替代前的铝青铜材料相比，不仅重量大幅度减轻、热膨胀系数有效降低，而且结构的疲劳极限还提高了一倍以上。F-22“猛禽”战斗机上的自动驾驶仪、发电单元、抬头显示器和电子计数测量阵列上就广泛采用SiCp/Al复合材料来代替传统的2、3级封装材料，取得了减重70%以上的显著效果，同时因为SiCp/Al复合材料具有很高的热导率，能够显著降低电子模块的工作温度，提高其工作的可靠性。加拿大Cercast公司采用熔模精密铸造技术浇注的飞机摄像机万向架的材质为A357+20%SiC，直径达780mm，质量仅为17.3kg，明显降低了万向架的重量。法国EurocopterEuropeanAerosPaceDefenceandSpaceCompany采用DWA公司提供的15%SiCp/2009复合材料经等温锻造精密成型，应用于DauphinAS365N4和ColibriEC120直升机旋翼连接件和NH90的动环与不动环上，实现了单架直升飞机减重达到14kg。美国LockheedMartinAeronauticsCompany采用DWA公司7.5%SiCp/6092复合材料坯锭经热轧生产F-16上的加油盖。英国航天金属基复合材料公司(AMC)采用机械合金化法研制出了高模量、耐疲劳的SiC和Si混合颗粒增强铝基复合材料，并成功应用于法国Eurocopter公司生产的EC-120新型民用直升机上。英国航天公司用10%(体积)SiC颗粒增强铝基复合材料代替铁元件制造三叉戟导弹元件，大幅度降低了成本。俄罗斯航空、航天部门将SiCp/Al复合材料应用到了卫星惯性导航平台和支承构件之上。在仪器仪表方面，IBM公司利用复合材料低密度、导热性能好的性能特点，在MCMs(多道存储系统)器件中使用该种材料封装和改进冷却系统结构，将结构器件在工作时产生的热量消散，大大提高了部件的使用寿命。美国DWA公司已经使用了25%SiCp/6061A1复合材料代替7075铝合金板材制造航空结构中的导槽、角材等构件，使其密度大大降低，同时又提高了机构间的弹性模量。在其它方面，BP公司已经将SiCp/A1复合材料应用到了Raleigh'S赛车自行车框架上，该框架重量轻、模量高、不易挠曲的性能明显优于铝合金齿轮。Alcan公司(加拿大)用碳化硅颗粒增强铝基复合材料成功地制备出了多种高级体育器材(包括高尔夫球杆及网球拍等)。Duralcan公司(美国)研发并制造出用于自行车链齿轮的SiCp/Al复合材料。这种自行车链齿轮重量轻(仅427g)、不易挠曲变形、刚度高，性能显著优于铝合金链齿轮，现在已经广泛应用在越野自行车上。国内在该领域的应用虽然起步比较晚，但也取得了很大的进展，如北京航空航天材料研究所已用颗粒增强铝基复合材料制造出了多种宇航零件，但与国外相比，国内颗粒增强铝基复合材料的研究与应用仍有较大的差距。SiCp/Al复合材料制备工艺粉末冶金法、动力成形法、喷雾沉积技术、无压浸渗法和铸造法。铸造法是指通过往金属铝熔体引入增强颗粒并使增强颗粒均匀分散于熔体中然后铸造成形。根据采用的分散方式不同分为机械搅拌、电磁搅拌、超声振动处理等。根据金属熔体所处的固液态不同分为液态搅拌、半固态搅拌等。与其它方法相比，铸造法可使用传统的铸造设备和装置，具有成本低廉、适合工业化生产、可以制造大型、复杂零件等优点，是目前制备颗粒、晶须和短纤维增强金属基复合材料的主要工艺方法。包括：压铸法、反压铸造法、挤压铸造法、半固态铸造法、消失模铸造法等。采用铸造法制备SiC颗粒增强铝基复合材料需要解决外加SiC颗粒与金属铝熔体不湿润而加入困难、SiC颗粒分布不均匀，以及制备时高温铝熔体与增强颗粒由于长时间接触导致的有害界面反应。SiC颗粒与铝液在650℃短时间或610℃长时间接触会发生如下反应。4Al+3SiC→Al4C3+SiAl4C3的生成会使得熔体粘度增加。而且它是脆性相，会显著降低复合材料的力学性能。另外，它易与水发生反应。消失模铸造表面复合材料工艺是将配制好的合金涂料涂覆在用可发性聚苯乙烯制成的铸件模型上，涂刷耐火材料并烘干后，用干砂振动造型。当合金液充型时，泡沫模样和合金化涂料层中的有机粘结剂等遇高温合金液分解气化，产生的气体在负压抽力的作用下从涂层空隙中溢出，高温金属液在毛细管力、负压吸力、铁液静压力等作用下，向合金粉末空隙渗入，合金粉末颗粒熔融、分解和扩散，最终与母液结合形成表面具有特殊性能的铸件。经检索，中国专利技术专利（CN103394671A），专利技术名称为消失模铸造高锰钢耐磨表面复合材料的制备工艺，该专利采用消失模铸造的方法制备表面复合材料，其工艺步骤为：制备水基涂料，制备水基涂料的原料选用：SiC颗粒、铬铁粉、稀土、EPS珠粒、CMC，按重量份数称取SiC颗粒、铬铁粉、稀土粉、EPS珠粒、CMC；将制得的水基涂料涂敷在消失模模样表面，将上涂料后的消失模模样放入烘干室烘烤，水基涂料涂挂好后，最后涂普通消失模铸钢涂料，烘干。组箱，干砂振动造型，浇注。该工艺制备的表面耐磨复合材料，表面复合层厚度3-4mm。该工艺在实施后发现，由于是在模样表面涂覆涂料，表面涂料层和金属液发生冶金反应，形成表面复合材料层，即零件的一部分。然而，在模样涂覆涂料时，由于涂料厚度难以精确控制，导致零件的尺寸无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiCp/EPS消失模工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：步骤1：混料制备：按体积份数SiC颗粒10～15份、稀土粉2～3份、EPS珠粒80～87份、黏结剂1～2份，称取原料，并将称取的原料在机械搅拌仪中混合均匀；步骤2：将模具预热至工作温度后，进行下一步操作；步骤3：利用压缩空气将混合材料填入模具，通入温度为100℃～135℃的热蒸汽，热蒸汽压力0.15～0.25MPa，并保持压力；步骤4：保压结束后，解除热蒸汽；在模具背面喷水冷却，使模具冷却到40～50℃，使材料温度降至软化温度以下，定形后出模，得到SiCp/EPS消失模模样。

【技术特征摘要】
1.一种SiCp/EPS消失模工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：步骤1：混料制备：按体积份数SiC颗粒10～15份、稀土粉2～3份、EPS珠粒80～87份、黏结剂1～2份，称取原料，并将称取的原料在机械搅拌仪中混合均匀；步骤2：将模具预热至工作温度后，进行下一步操作；步骤3：利用压缩空气将混合材料填入模具，通入温度为100℃～135℃的热蒸汽，热蒸汽压力0.15～0.25MPa，并保持压力；步骤4：保压结束后，解除热蒸汽；在模具背面喷水冷却，使模具冷却到40～50℃，使材料温度降至软化温度以下，定形后出模，得到SiCp/EPS消失模模样。2.根据权利要求1所述的SiCp/EPS消失模工艺，其特征在于：步骤1中SiC表面进行超声波清洗；步骤1中黏结剂配制成溶液后喷在EPS珠粒表面再与SiC颗粒和稀土粉搅拌均匀。3.根据权利要求1或2所述的SiCp/EPS消失模工艺，其特征在于：SiC颗粒的粒度为800～2500目。4.根据权利要求1所述的SiCp/EPS消失模工艺，其特征在于：步骤2中的模具预热温度为95℃～105℃，步骤3中的热蒸汽温度为120℃，步骤3中的保压时间为0.5-10min。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建波，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13