一种复合构型泡沫金属材料的铸造成形方法技术

本发明专利技术公开了一种复合构型泡沫金属的铸造成形方法。它是以具有一定强度的球体为模板，经滚动涂覆机包裹粘结剂、喷涂陶瓷粉末后置于模具中干燥，转入烧结炉进行烧结，得到彼此相连且具有复合构型特点的陶瓷空心球预制体，随后将预制体组合到铸型内部的设定位置，熔炼金属并浇注到铸型中，待金属凝固后得到复合构型泡沫金属。本发明专利技术提供的方法可以一次成形出复合构型泡沫金属，无需二次加工，且制备的泡沫金属孔隙尺寸可调可控，基体材料不受限制，具有更广泛的工程适用性。具有更广泛的工程适用性。具有更广泛的工程适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合构型泡沫金属材料的铸造成形方法


[0001]本专利技术属于泡沫金属领域，尤其涉及一种复合构型泡沫金属材料的铸造成形方法。

技术介绍

[0002]泡沫金属拥有轻质、比强度高、抗冲击吸能、隔热、隔音以及电磁波屏蔽等一系列优良特性，现已成为军事国防、航空航天、海洋船舶等高
不可或缺的轻质结构功能一体化材料。然而通常泡沫金属以气孔在基体中均匀分布为特征，这种单纯的分散均匀分布，不仅强度低，且塑韧性变差。
[0003]近年来，国内外的材料科学家逐渐认识到，构型复合化是泡沫金属实现高性能化的有效途径，可以突破泡沫金属的结构强度与功能特性倒置关系瓶颈，制备出满足特殊工况的多功能泡沫金属材料。目前，传统获得复合构型泡沫金属的方法是采用有机黏结剂或通过焊接(如钎焊、激光焊、扩散焊、搅拌摩擦焊等)的方法将预先制备好的泡沫金属和致密金属复合在一起，形成复合构型泡沫金属。以上方法主要存在的问题是在获得泡沫金属后需进一步借助黏结或焊接等二次工序加工成复合构型泡沫金属，其流程长、工艺复杂，而且借助黏结或焊接的方法难以实现复杂构型泡沫金属的可控成形，不能很好地满足实际应用需要。基于以上原因，亟需开发一种结构可控，且易于推广的复合构型泡沫金属成形方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合构型泡沫金属的铸造成形方法，具体是通过特定球体做模板，按照复合构型特点制备彼此相连且烧结为一体的耐高温陶瓷空心球，将烧制的空心球组合到铸型中，随后浇铸金属液，进而获得复合构型泡沫金属材料。本专利技术解决了传统黏接或焊接的方法制备复合构型泡沫金属工艺复杂、流程长，且难以实现复杂构型可控调节的问题。
[0005]本专利技术技术方案如下：
[0006]一种复合构型泡沫金属材料的铸造成形方法，其特征在于，按以下步骤实现：
[0007]1)以具有一定强度的球体为基体，将球体置于装有粘结剂的滚动涂覆机中，滚动涂覆机以20～40转/分钟的转速作圆周运动，球体在滚动过程中被粘结剂均匀包裹；
[0008]2)采用陶瓷喷粉器在球体表面喷涂一层耐高温陶瓷粉末；
[0009]3)将表面包裹粘结剂和耐高温陶瓷粉末的球体放入干燥箱中，在90～110℃下干燥3～4小时，得到干燥且包覆陶瓷粉末外层的球体；
[0010]4)重复步骤1)、2)、3)直到球体外层陶瓷粉末厚度达到设计要求；
[0011]5)根据复合构型的结构特点设计模具，并将球体置于模具中，经过干燥后转入烧结炉进行高温烧结，外层陶瓷粉末烧结成陶瓷空心球，且陶瓷空心球之间彼此相连并烧结为一体，即获得陶瓷空心球预制体；
[0012]当采用聚合物球体作为模板时，在高温烧结过程中聚合物球体气化，外层陶瓷粉
末烧结成陶瓷空心球；
[0013]当采用陶瓷空心球作为模板时，陶瓷空心球外再包覆陶瓷粉末主要目的在于促进陶瓷空心球之间的烧结与连接；
[0014]6)根据复合构型的结构特点，将陶瓷空心球预制体组合到熔模精密铸造型壳内部，然后将型壳预热或将经过预热的陶瓷空心球预制体放置到砂型铸造型腔中的设定位置，然后将熔化后的熔融金属液浇注到铸型中，待冷却凝固后得到复合构型泡沫金属。
[0015]作为优选的技术方案：
[0016]步骤1)中，所述具有一定强度的球体为聚合物球或陶瓷空心球，所述聚合物球材质是StMMA共聚物；球体直径不大于10mm；所述粘结剂是硅酸乙酯或聚乙烯醇，球体滚动涂覆时间为10
‑
60min。
[0017]步骤2)中，所述陶瓷粉末是氧化铝、氧化锆、碳化硼、碳化硅或氧化硅之一种或多种的混合。
[0018]步骤4)中，所述陶瓷粉末达到的厚度是40～500μm。
[0019]步骤5)中，预制体的烧结制度是：在600℃以下时，升温速度为5℃/min，在600～900℃时，升温速度为10℃/min，在900～1500℃时，升温速度为50℃/min，到温后烧结时间为3～4小时。
[0020]步骤6)中，金属液的浇注温度是金属液相线以上100～200℃，型壳或陶瓷空心球预制体预热温度是根据所浇注金属的液相线向上或向下调整100～300℃。
[0021]本专利技术的显著优点和有益效果为：
[0022]由于本专利技术可以根据泡沫金属的复合构型特点，设计与制备陶瓷空心球预制体，并将其布置到铸型的设定位置进行浇铸，从而实现了复合构型泡沫金属的一次成形。
[0023]由于本专利技术在聚合物球或陶瓷空心球为模板的基础上完成耐高温陶瓷空心球预制体的制备，空心球的颗粒尺寸可以自由调整，陶瓷粉末可以根据金属材料的特点进行自由调整，不仅实现了泡沫金属孔隙尺寸可控可调，而且泡沫金属的基体材料不受限制，具有更广泛工程适用性。
[0024]由于本专利技术可直接借助熔模精密铸造、砂型铸造等铸造技术来实现，易于实现工业化生产和推广。
[0025]本专利技术所述方法特别适用于制备复合构型泡沫难熔金属材料，解决了现有技术难以制备难熔泡沫金属复合构件的问题。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的制备工艺流程示意图。
[0027]图2是实施例中制备的复合构型泡沫不锈钢。
[0028]附图标记：1、陶瓷喷粉器，2、滚动涂覆机，3、铸型，4、熔炼坩埚或浇包。
具体实施方式
[0029]实施例1
[0030]1)将直径为3mm聚合物球(StMMA共聚物球)置于装有硅酸乙酯粘结剂的滚动涂覆机中，滚动涂覆机以25转/分钟的速度作圆周运动，聚合物球在滚动过程中被粘结剂均匀包
裹。
[0031]2)利用陶瓷喷粉器在包裹有粘结剂的聚合物球表面均匀喷洒一层厚度为70～80μm的氧化铝陶瓷粉末。
[0032]3)将表面包裹粘结剂和氧化铝陶瓷粉末的聚合物球放入干燥箱中，在100℃下干燥3小时，得到干燥且包覆陶瓷粉末外层的聚合物球。
[0033]4)重复步骤1)、2)、3)直到聚合物球外层陶瓷粉末厚度达到约230μm。
[0034]5)根据复合构型的结构特点设计模具，将小球置于模具中，经过干燥后转入烧结炉进行高温烧结，烧结温度为：以5℃/min的加热速率加热至600℃使聚合物球完全烧掉，以10℃/min的加热速率加热至900℃，随后以50℃/min加热至1400℃，保温3小时，聚合物球在烧结过程中气化，外层氧化铝陶瓷粉末烧结成氧化铝空心球。
[0035]6)根据复合构型的结构特点，将氧化铝空心球组合到熔模精密铸造型壳内部，然后将型壳预热到1100℃，然后CF
‑
8奥氏体不锈钢熔化后浇注到铸型中，待冷却凝固后得到复合构型泡沫不锈钢。
[0036]实施例2
[0037]除在步骤1)中选择的聚合物球直径为4mm，涂覆层厚度为180μm，其他所有步骤及工艺参数同实施例1相同。
[0038]实施例3
[0039]除在步骤1)中选择的聚合物球直径为5mm，涂覆层厚度为150μm，步骤5)中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合构型泡沫金属材料的铸造成形方法，其特征在于，按以下步骤实现：1)以具有一定强度的球体为基体，将球体置于装有粘结剂的滚动涂覆机中，滚动涂覆机以20～40转/分钟的转速作圆周运动，球体在滚动过程中被粘结剂均匀包裹；2)采用陶瓷喷粉器在球体表面喷涂一层耐高温陶瓷粉末；3)将表面包裹粘结剂和耐高温陶瓷粉末的球体放入干燥箱中，在90～110℃下干燥3～4小时，得到干燥且包覆陶瓷粉末外层的球体；4)重复步骤1)、2)、3)直到球体外层陶瓷粉末厚度达到设计要求；5)根据复合构型的结构特点设计模具，并将球体置于模具中，经过干燥后转入烧结炉进行高温烧结，外层陶瓷粉末烧结成陶瓷空心球，且陶瓷空心球之间彼此相连并烧结为一体，即获得陶瓷空心球预制体；6)根据复合构型的结构特点，将陶瓷空心球预制体组合到熔模精密铸造型壳内部，然后将型壳预热或将经过预热的陶瓷空心球预制体放置到砂型铸造型腔中的设定位置，然后将熔化后的熔融金属液浇注到铸型中，待冷却凝固后得到复合构型泡沫金属。2.根据权利要求1所述复合构型泡沫金属材料的铸造成形方法，其特征在于：步骤1)中，所述具有一定强度的球体为聚合物球或陶瓷空心球。3.根据权利要求2所述复合构型泡沫金属材料的铸造成形方法，其特征在于：所述聚合物球材质是StMMA共聚物。4.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：于波，高鹏，时坚，苗治全，成京昌，魏彦鹏，王景成，刘世昌，
申请(专利权)人：沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：