一种消失模铸造用泡沫模型的制备方法及用其制备金属基复合材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种消失模铸造用泡沫模型的制备方法及用其制备金属基复合材料的制备方法。所述泡沫模型的制备方法包括以下步骤：将有机黏结剂溶于有机溶剂中，得有机黏结剂溶液；将可发性聚苯乙烯珠粒和硬质陶瓷颗粒混合，加入所述有机黏结剂溶液，搅拌均匀，得混合物料；将所述混合物料加入模具中，通入蒸汽，使模腔内的可发性聚苯乙烯珠粒膨胀，得消失模铸造用泡沫模型。采用上述增强颗粒均匀分布其中的消失模模型，采用V‑EPC消失模工艺铸造耐磨件，使得增强颗粒均匀分布于金属基体中，可制备得到整体耐磨性增强的铸件，耐磨性能可达到相应金属耐磨件的2‑2.5倍以上。

Method for preparing foam model for lost foam casting and method for preparing metal matrix composite material

The invention provides a method for preparing a foam model for EPC casting and a preparation method for preparing metal matrix composite material. The preparation method of the foam model comprises the following steps: dissolving organic binder into organic solvent, obtaining organic binder solution, mixing the expandable polystyrene beads and hard ceramic particles, adding the organic binder solution, stirring evenly, and mixing the material; adding the mixed material into the mould, and passing through the steam to make the expandable polystyrene beads in the mold cavity. Expansion is a foam model for EPC casting. The wear-resisting castings with uniform distribution of reinforcement particles are prepared by using the EPC EPC EPC EPC EPC EPC EPC EPC process. The wear-resisting properties of the castings with uniform distribution of reinforcement particles in the metal matrix are 2.5 times higher than those of the corresponding metal wear-resisting parts.

【技术实现步骤摘要】
一种消失模铸造用泡沫模型的制备方法及用其制备金属基复合材料的方法
本专利技术涉及塑料机械制造
，尤其涉及一种消失模铸造用泡沫模型的制备方法及用其制备金属基复合材料的制备方法。
技术介绍
复合材料是由两种或两种以上材料组成，通常两者性质截然不同，形成性能互补的状态，最终加以优化组合构成的一种材料。按照基体材料的不同，通常将复合材料分为三类，分别为树脂基复合材料(PMC)、金属基复合材料(MMCs)、陶瓷基复合材料(CMC)。与其他复合材料相比，金属基复合材料凭借其高强度、高弹性模量、良好的高温性能和抗疲劳性能、良好的耐磨性和尺寸稳定性、不吸湿、不老化等优点，成为近年来人们研究的热点。金属基复合材料按照增强相的形态特征大致可分为纤维增强、晶须增强、颗粒增强以及颗粒和短纤维混合增强四种。其中，陶瓷颗粒增强金属基表面复合材料将金属材料的高强韧性和陶瓷颗粒的高硬度有效结合起来，形成整体耐冲击和表面耐磨的高性能材料，因而受到广泛关注。目前，采用铸渗法制备得到的颗粒增强金属基复合材料仅在复合材料的表面存在增强复合层，因此只有表面的力学性能较好，一旦表面的增强复合层磨损之后，复合材料的力学性能就会大幅下降，造成资源的极大浪费。因此，研制一种可以提高金属基复合材料整体耐磨性的制备方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有铸渗法制备得到的颗粒增强金属基复合材料仅在表面存在增强复合层，导致复合材料耐磨性较差的问题，本专利技术提供一种消失模铸造用泡沫模型的制备方法及用其制备金属基复合材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案一是：一种消失模铸造用泡沫模型的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、将有机黏结剂溶于有机溶剂中，得有机黏结剂溶液；步骤二、将可发性聚苯乙烯珠粒和硬质陶瓷颗粒混合，加入所述有机黏结剂溶液，搅拌均匀，得混合物料；步骤三、将所述混合物料加入模具中，通入蒸汽，使模腔内的可发性聚苯乙烯珠粒膨胀，冷却固化得消失模铸造用泡沫模型。相对于现有技术，本专利技术提供的消失模铸造用泡沫模型的制备方法，利用有机黏结剂将硬质陶瓷颗粒均匀粘附在可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒表面，然后将混合均匀的混合物料填满模腔，通过蒸汽使EPS珠粒膨胀，膨胀的EPS颗粒和硬质陶瓷颗粒相互粘结在一起形成一个无缝隙的整体模型，冷却后便可得到硬质陶瓷颗粒在其中均匀分布的消失模铸造用泡沫模型，并且由于硬质陶瓷颗粒之间以及硬质陶瓷颗粒与EPS珠粒之间黏结剂的存在，可有效避免因浇注金属液的冲刷作用而造成的硬质陶瓷颗粒在铸件中分布不均匀问题的出现，同时还能避免EPS珠粒膨胀过程中硬质陶瓷颗粒从EPS珠粒表面脱落问题的出现。优选的，所述有机黏结剂为酚醛树脂与松香的混合物，其中，所述酚醛树脂与所述松香的质量比为2-2.5:1。优选的黏结剂浇注后产气量少，产生的气体可以在短时间内迅速排出，不影响浇注过程的顺利进行，且优选的黏结剂气化后残留物少，不会产生夹渣和气孔缺陷，保证了铸件的力学性能。优选的，所述有机溶剂为无水乙醇。优选的有机溶剂可以使酚醛树脂与松香混合黏结剂充分溶解，且无水乙醇易挥发，不影响浇注过程的进行，使得金属浇注液更易充型，同时，选择无水乙醇作为溶剂也不影响EPS珠粒受热膨胀成型，保证了消失模铸造用泡沫模型制备工艺的顺利进行。优选的，所述有机黏结剂溶液的浓度为0.08-0.12g/ml。优选的，所述有机黏结剂溶液与所述可发性聚苯乙烯珠粒的加入体积比为0.008-0.012:1。黏结剂浓度和用量过低，会导致增强颗粒与EPS珠粒的粘结强度低，易被金属液冲掉，导致增强颗粒不能均匀分散于铸件中；黏结剂浓度和用量过高，则黏结剂气化会产生大量的气体和残渣，导致铸件出现气孔和夹渣缺陷，降低铸件的力学性能。优选的，所述硬质陶瓷颗粒为碳化钛或碳化硅中的至少一种。更优选的，所述硬质陶瓷颗粒为碳化钛。TiC密度小，硬度、弹性模量、断裂韧性、热稳定性、热膨胀系数等都较高，且与金属基体的润湿性好，能很大程度提高材料的耐磨性。优选的，所述硬质陶瓷颗粒与所述可发性聚苯乙烯珠粒的加入体积比为0.02-0.1:1。优选的，所述可发性聚苯乙烯珠粒的粒径为1-2mm。优选的，所述硬质陶瓷颗粒的粒径为6-25μm。优选的EPS珠粒和增强颗粒的粒径，以及增强颗粒与EPS珠粒的体积比，可使EPS珠粒表面均匀粘附增强颗粒，且经过有机黏附剂的作用，使得硬质陶瓷颗粒始终处于EPS珠粒与珠粒之间，得到增强颗粒在白模中均匀弥散分布的泡沫模型。优选的，步骤二中，搅拌速度为120-200r/min，搅拌时间为3-5min。优选的搅拌速度和搅拌时间，能保证EPS珠粒表面均匀涂覆增强颗粒，同时还可避免增强颗粒从EPS珠粒表面脱落。优选的，步骤三中，通入蒸汽的温度为110-130℃，蒸汽通入时间为2-3min。本专利技术提供的技术方案二为：利用上述方法制备的消失模铸造用泡沫模型制备金属基复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：将所述消失模铸造用泡沫模型组装成模样簇；将所述模样簇烘干后，将模样簇置入铸造涂料(消失模专用涂料)中浸涂，烘干；将干燥后的模样簇放入消失模铸造砂箱内，振动造型；在负压条件下，将熔炼至浇注温度的基材金属材料浇注至型腔中，冷却定型后，落砂清理，得颗粒增强金属基复合材料。本专利技术提供的金属基复合材料的制备方法，采用将增强颗粒均匀分布在与铸件成品外形一致的消失模内，然后采用浇注一次成型的工艺铸造耐磨件，使得增强颗粒均匀分布于金属基体中，制备得到整体耐磨性增强的铸件；而且负压环境使金属基体材料能完全渗入增强颗粒缝隙中，提高增强颗粒与基体材料的结合性能，同时减少了气孔缺陷，进一步了提高铸件的整体耐磨性能。采用本专利技术提供的方法制备得到的整体增强性铸件的耐磨性能可达到相应金属耐磨件的2-2.5倍以上。优选的，浇注系统采用垂直缝隙式浇注系统。缝隙式浇注系统设计时，金属液经直浇道的底部先进入截面积较大的垂直过道，然后经截面积较小的缝隙内浇道进入型腔。缝隙内浇道的厚度约为铸件壁厚的0.7-1.0倍，前者适用于圆筒形铸件，后者适用于平板形铸件，其宽度约为内浇道厚度的3-4倍，内浇道厚度越大，宽度的倍数越小，其最小值为10mm，最大值为40mm。垂直过道的直径约是铸件壁厚的3-6倍，壁厚小的取较大的倍数，壁厚较大的取较小的倍数。本专利技术中采用垂直缝隙式浇注系统，减少浇注液的冲刷力，同时由于增强颗粒之间黏结剂的存在，避免了增强颗粒在铸件中分布不均匀问题的出现。优选的，负压度为0.03-0.06MPa。优选的负压环境可使砂子充入模型空腔时足够紧实而不易变形，从而抵抗液态金属浇注时的冲刷作用；此外，优选的负压环境还可以使金属液快速渗入增强颗粒的缝隙之间，使增强颗粒快速被金属液包围，同时，还能强化金属液浇注时泡沫塑料气化后气体的排出效果，最大限度的减少铸件的气孔、夹渣等缺陷，大大提高铸件的耐磨性能，同时还能避免浇注时金属液反喷或负压吸气问题的出现，保证浇注过程的顺利进行。本专利技术提供的颗粒增强金属基复合材料的制备方法，可控性强，操作简便，成品率高，可直接做成各种金属基复合材料零部件，尤其适用于形状复杂的、技术要求高的复合材料铸件，使复合材料的整体增强性能显著提高，具有广阔的应用前景。具体实施方式为了使本专利技术的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消失模铸造用泡沫模型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将有机黏结剂溶于有机溶剂中，得有机黏结剂溶液；步骤二、将可发性聚苯乙烯珠粒和硬质陶瓷颗粒混合，加入所述有机黏结剂溶液，搅拌均匀，得混合物料；步骤三、将所述混合物料加入模具中，通入蒸汽，使模腔内的可发性聚苯乙烯珠粒膨胀，冷却固化得消失模铸造用泡沫模型。

【技术特征摘要】
1.一种消失模铸造用泡沫模型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将有机黏结剂溶于有机溶剂中，得有机黏结剂溶液；步骤二、将可发性聚苯乙烯珠粒和硬质陶瓷颗粒混合，加入所述有机黏结剂溶液，搅拌均匀，得混合物料；步骤三、将所述混合物料加入模具中，通入蒸汽，使模腔内的可发性聚苯乙烯珠粒膨胀，冷却固化得消失模铸造用泡沫模型。2.如权利要求1所述的消失模铸造用泡沫模型的制备方法，其特征在于，所述有机黏结剂为酚醛树脂与松香的混合物，其中，所述酚醛树脂与所述松香的质量比为2-2.5:1；和/或所述有机溶剂为无水乙醇。3.如权利要求2所述的消失模铸造用泡沫模型的制备方法，其特征在于，所述有机黏结剂溶液的浓度为0.08-0.12g/ml。4.如权利要求3所述的消失模铸造用泡沫模型的制备方法，其特征在于，所述有机黏结剂溶液与所述可发性聚苯乙烯珠粒的加入体积比为0.008-0.012:1。5.如权利要求1所述的消失模铸造用泡沫模型的制备方法，其特征在于，所述硬质陶瓷颗粒为碳化钛或碳化硅中的一种或两种。6.如权利要求1或5所述的消失模铸造用泡沫模型的制备方...

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