一种低压铸造用特种复合结构升液管的制备方法技术

本发明专利技术属于耐火材料热工设备制造技术领域，涉及一种低压铸造用特种复合结构升液管的制备方法。其是以Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ材料作为升液管的内外管，夹层材料采用铸铁管或无缝钢管，三层之间利用高温粘结剂粘成一个整体。Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ内外管是采用碳化硅和金属硅为主要原料，加入有机结合剂，经过混料、造粒、冷等静压成型、干燥、毛坯加工、高温氮化烧成等工序制备而成；作为夹层材料，采用耐高温（８００℃）、气密性与抗热震性良好的铸铁管或钢管，高温粘结剂可以采用碳化硅火泥、铝酸盐水泥、氧化铝火泥等其中一种。利用本发明专利技术制作的升液管具有高的高温强度、良好的抗热震性与气密性以及与铝液不润湿、不反应的优点，可明显提高铸坯的质量和延长低压铸铝用升液管的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制备领域，主要涉及一种低压铸造用特种复合结构升液管的 制备方法，。
技术介绍
升液管是汽车与摩托车的汽缸、轮毂等铝合金低压铸造机上的关键部件之一。工作时下端置于低压铸造机密闭盛铝熔液的保温炉中(》鹏700 90(TC)， 上端连接低压铸造模具腔，熔融铝M过压力作用沿升液管上升进入模具腔里， 完成周斯性地铸造，实现自动化和连续化。作为压送高温铝合金液体的管道，要 求材料不仅耐高温(80(TC)、耐铝液冲刷和腐蚀、不污染铝合金液以及良好的气 密性，而且还要具有长期抗热冲击疲劳性。因此铝合金低压铸造能否实现高效铸 造，升液管的合理选材及其使用寿命的长短起到关键性作用。 目前国内升液管主要存在以下三种类型材质(1) 織升液管。它存在两个明显缺陷其一，铁质易污染铝液，影响铸 铝产品的质量和纯度；其二，,升液管一次性使用寿命短，粘铝液，拆换费时 费力，影响生产效率。(2) 钛酸铝陶瓷质升液管。虽能有效解^^升液管的缺点，提高，产 品的质量，但钛酸铝陶瓷的合成和烧结纟鹏不易控制，严重影响低膨胀钛酸铝材 料的优异抗热震性能的发挥，使用寿命仅为40天左右。(3) 氮化硅结合碳化硅升液管。低压離过程中对升液管的要求非常苛刻， 要求升液管必须同时具有良好的抗热震性与气密性。对于耐火与陶瓷材料而言， 在^ffl过程中，材料中必须存在一定量的显气孔，才可能缓冲材料因急冷急热而 产生的热应力，但这与材料在低压，过程中于0.4 0.6Mpa左右的压力下必须 不漏气的要求相违背。因lt成用单一材^t才料，不可能同时满足升液管具有良好 的抗热震性与气密性的要求。鉴于此，目前不论是市场上出售的还是资料介绍的 国外氮化硅结合碳化硅升液管并不是单独一层，而是两层复合结构。外层具W^高的气 L率(15%左右)，保证材料的抗热震性，该层的临界碳化^^粒较大，约为2 3mm;内层具有3%以下的气 傳，确保材料在铸皿程中的气密性，ilM 基本为纯细粉构成，材料中添加有价格昂贵的稀土元素，并且要会劍1700 1800 °C的高纟鹏结。因lt爐种复合结构的氮化硅结合碳化硅升液管具有^顿寿命长、 耐高温(80(TC)、耐铝合金液体侵蚀和冲刷、不污雑液靴点而较大地提高铸 铝产品的质量和实现高效生产。但此种升液管制作工艺复杂、生产成本高，价格昂贵，吨售价高达几十万，对于国内一般铝加工企^bi以接受。国内现有氮化硅结合碳化硅升液管均采用振动、捣打或浇注成型，升液管 的尺寸精度较差，结构上也模仿国夕卜做成两层氮化硅结合碳化硅管复合，但{顿 效果均不很理想，材料质量不稳定，寿命有长有短，寿命短的只有1 2天，最 长使用寿命可达50天，与国外产品(日本TYK公司)保证使用4个月相比还存 在很大差距，但进口产品价格昂贵，每吨售价高达25万元。妨碍了铝合金成本 的降低，制约着我国铝合金低压铸造事业的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服单一结构 升液管和氮化硅结合碳化硅升液管的不 足，提供一种具有耐高温又同时兼具良好的抗热震性、气密性与不污染铝液的特 种复合结构升液管的制备方法。为实现其专利技术目的本专利技术采取的技术方案是:以Si3N4结合SiC材料作为升液管的内外管，夹层材料采用織管或无缝钢管，三层之间利用高温粘结剂形成一个衝本；本专利技术将升液管设计为内外多层复合结构，解决材料抗热震性与气密 性矛盾的问题。Si3N4结合SiC材料内外管采用1400 150(TC的烧jm度即可， 因此制造工艺较简单，生产成^^低，多层复合升液管拥有较长的j顿絲，吨 价控制在8万以下，可以在低压铸造行业上推广应用。本专利技术的关键技术主要是Si3N4反应结合SiC内外管的制备工艺技术和三层 粘结技术，夹层材料^管或无缝钢管可以在市场上直接采购。作为夹层材料， 必须具有耐高温(800°C)和良好的气密性与抗热震性。本专利技术的仓噺点主要縣用了造粒技术、冷等静压技术、高温氮化烧成技术 和陶瓷材料与金属材料之间的粘结技术。本专利技术制备方法的工艺步骤为Si3N4结合SiC的内管、外管采用碳化硅和金 属硅为主要原料，加入有机结合剂，经过混料、造粒、冷等静压成型、千燥、毛 坯加工、高温氮化烧成等工序制备Si3N4结合SiC内外管；硅粉高温氮化生成纤维状、粒状的(x、 P-Si3N4与原来的cx- SiC基质一起将高温型(x- SiC颗粒包裹在一起，赋予制品高的强度和各种优良的使用性能。反应式为3Si+2N2—Si晶制备得至啲Si3N4结合SiC内管外管与作为夹层材料的铸铁管或无 缝钢管通过粘结形成一体结构。以Si3N4反应结合SiC材料作为升液管的夕卜管与内管，中间复^#^管或无缝 钢管，充分发挥Si3N4结合SiC材料抗侵蚀性、抗热震性好和钢管材料耐高温、气 密性好，抗热震能力强的优势。此特种复合结构升液管不污染铝液，JOT寿命长， 比国夕卜Si3N4反应结合SiC升液管价格低廉，有效的提高了我国低压铸，的产品 质量和生产效率，节约了生产成本。为了获得更为理想的低压铸造用特种复合结构升液管，在制备工艺过程中， 可以进一步优化制备技术，阐述如下在上述低压铸造用特种复合结构升液管中，碳化硅原料中SiC含量大于98%， Fe203含量小于0. 3%，游萬C小于0.5。/q，主要由2 1 mm、 1 0. 088 mm的碳化硅 颗粒与小于0. 088 mm的碳化硅细粉组成。在J^低压铸造用特种复合结构升液管中，碳化硅原料的加入量按在配合料 中占70 85%调整，进一步优选为75 80%。在J^低压铸造用特种复合结构升液管中，选用金属硅粉的纯度大于98%、 粒度-240目的工4k硅私、。在上述低压铸造用特种复合结构升液管中，金属硅粉加入量按在配合料中占 15 30%调整，进一步优选为20 25%。在上述低压铸it用特种复合结构升液管中，有机结合剂采用液态树脂，加入 量按在上述原料总量中占2 6%调整，进一步优选为3 5%。在上述制备低压铸造用特种复合结构升液管时，造粒粒度要控制在0.1咖 2.5mm之间，进一步雌为0. 2 2. 0 mm。在上述制备低压铸造用特种复合结构升液管时，Si3N4结合SiC内外管成舰用冷等静压成型，成型压力为100 200MPa，优选为140 160 MPa。在上述制备低压铸造用特种复合结构升液管时，Si3N4结合SiC内外管坯体的 烧/^St为1400 1500°C，,为145(TC;保温时间控制在10 25小时， 为15 20小时。在上述低压铸造用特种复合结构升液管中，夹层材料采用耐高温(80(TC)、 气密性与抗热震性良好的铸铁管或无缝钢管，优选为无缝钢管。在上述低压铸造用特种复合结构升液管中，夹层材料的厚度为3 8 im，优 选为3. 5 5咖。在上述制备低压铸造用特种复合结构升液管时，三层管中间粘结所使用的高 温粘结剂可以采用碳化硅火泥、铝 水泥、氧化铝火泥等其中的一种，进一步 优选为碳化硅火泥。按照本专利技术提出的低压铸造用特种复合结构升液管的制备方法，其工艺步骤 如下(1)氮化硅结合碳化硅内外管的制备，包括如下步骤A、 将称好的各种碳化石彌粒料与硅粉在混合机中混5 6射中，再加入液态 树脂，再混15 20，中。配合料经40 6(TC烘干后过筛，留取O. 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压铸造用特种复合结构升液管的制备方法，其特征在于：以Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ材料作为升液管的内外管，夹层材料采用铸铁管或无缝钢管，三层之间利用高温粘结剂形成一个整体；Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ的内管、外管采用碳化硅和金属硅为主要原料，加入有机结合剂，经过混料、造粒、冷等静压成型、干燥、毛坯加工、高温氮化烧成等工序制备Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ内外管；硅粉高温氮化生成纤维状、粒状的α、β－Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］与原来的α－ＳｉＣ基质一起将高温型α－ＳｉＣ颗粒包裹在一起，赋予制品高的强度和各种优良的使用性能。反应式为：３Ｓｉ＋２Ｎ↓［２］→Ｓｉ↓［３］Ｎ；制备得到的Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ内管外管与作为夹层材料的铸铁管或无缝钢管通过粘结形成一体结构；在制备上述Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ的内管、外管中，碳化硅原料的加入量为原料重量的７０～８５％，金属硅粉加入量为原料重量的１５～３０；有机结合剂采用液态树脂，加入量为原料总重量的２～６％；所述造粒工序中造粒粒度控制在０．１ｍｍ～２．５ｍｍ之间；所述Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ内外管冷等静压成型工序中，成型压力为１００～２００ＭＰａ；所述Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ的内管、外管高温氮化烧成工序中，Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］结合ＳｉＣ内、外管坯体的烧成温度为１４００～１５００℃，同时通入高纯氮气，保温时间控制在１０～２５小时；所述三层管中间粘结所使用的高温粘结剂为碳化硅火泥、铝酸盐水泥、氧化铝火泥中的一种。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春侠，王文武，黄志刚，张治平，闻彪，龚剑锋，赵俊国，张扬，
申请(专利权)人：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]