專利名稱：用于輕金屬的過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于過濾輕金屬的過濾器，此處的術(shù)語輕金屬應(yīng)理解為鋁、鎂，這兩種金屬的合金以及由這兩種金屬中的任一種或兩種與其他金屬形成的，其中鋁和/或鎂占主要成分的合金。更具體地講，本發(fā)明涉及在鋁或鋁合金硬型鑄件之壓模中采用的小尺寸濾器。
使用開孔陶瓷泡沫過濾熔融輕金屬是眾所周知的。這種陶瓷泡沫過濾器的常規(guī)制造方法如下，用一種含有能夠形成過濾器的物質(zhì)的含水漿液和粘結(jié)劑浸泡有機(jī)泡沫材料(通常為聚亞胺酯泡沫)，除去多余的漿液，干燥除水，然后煅燒這個(gè)已干燥的經(jīng)過浸泡的泡沫材料，借以燒掉有機(jī)泡沫，就形成了陶瓷泡沫。
使用以上制造方法可以生產(chǎn)出所需形狀和尺寸的各種過濾器，或者，生產(chǎn)大塊的陶瓷泡沫，然后再將其切割或機(jī)加工成單個(gè)的過濾器。這兩種制造方法都有一些缺點(diǎn)。
當(dāng)直接使用一種其尺寸與所需過濾器相似的有機(jī)泡沫生產(chǎn)具有給定尺寸的單個(gè)過濾器時(shí)，其尺寸要發(fā)生變化，這樣在使用時(shí)就會(huì)發(fā)生問題，特別是在借助重力來模鑄鋁或鋁合金的情況下更是如此，在這種工藝中，過濾器需插入鑄模的一個(gè)凹槽中，這樣，尺寸過大的過濾器就無法使用，因?yàn)樗鼈儾宀贿M(jìn)該凹槽中。因此，為了抵消這種尺寸上的變化，通常的做法是故意將該過濾器做得比該凹槽的尺寸略小一些。其結(jié)果是使得在過濾器的邊緣與凹槽的槽壁之間留下一些小縫隙，并且又由于金屬能穿透過這些縫隙而從該過濾器的旁邊通過，因此導(dǎo)致過濾效率降低。如果過濾器的質(zhì)地疏松，那么在關(guān)合鑄模時(shí)就可能將其壓碎，這樣就會(huì)導(dǎo)致來自過濾器的陶瓷材料碎片通過該過濾器并落入該鑄模的鑄件腔中，因此引起在鑄件中生成夾雜物。
當(dāng)用大塊的陶瓷泡沫以切割或機(jī)械加工的方法來制造單個(gè)的過濾器時(shí)，其制造成本高而且生產(chǎn)效率低，這是由于迄今為止用于生產(chǎn)過濾器的材料性質(zhì)所決定的。如果所用的泡沫材料是易碎的，那末在對這種材料進(jìn)行切割或機(jī)加工時(shí)就容易產(chǎn)生泡沫材料的碎片。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果泡沫材料具有某種特定的組成，那末用這種大塊的泡沫材料來生產(chǎn)單個(gè)的泡沫過濾器就可以克服上述問題。
本發(fā)明提供了一種用于過濾熔融輕金屬的過濾器，該過濾器包含一種網(wǎng)狀的泡沫材料，該泡沫材料的組成包含石墨、硅灰石、二氧化硅和堿式磷酸鹽玻璃。
這種網(wǎng)狀泡沫材料過濾器最好含有20-80%(重量)石墨、1-10%(重量)硅灰石、1-20%(重量)二氧化硅以及1-10%(重量)的一種熔點(diǎn)為350-500℃的堿式磷酸鹽玻璃。用于生產(chǎn)這種過濾器的二氧化硅應(yīng)該是一種粒度非常小的二氧化硅，例如煙塵狀二氧化硅或膠體狀二氧化硅。
本發(fā)明的過濾器的制造方法如下，用一種含有石墨、硅灰石、二氧化硅、堿式磷酸鹽玻璃以及粘結(jié)劑的含水漿液來浸泡一塊網(wǎng)狀有機(jī)泡沫材料(例如聚亞胺酯泡沫)，除去多余的漿液(例如擠壓該浸泡過的有機(jī)泡沫)，干燥并煅燒該浸泡過的有機(jī)泡沫，然后將生成的無機(jī)泡沫制件切割或機(jī)加工成具有所需形狀和尺寸的小塊制件。
所說的堿式磷酸鹽玻璃的熔點(diǎn)較好是低于750℃，更好是在350℃至500℃之間。
該堿式磷酸鹽玻璃可以是，例如，焦磷酸二鈉(熔點(diǎn)650℃)或一種多磷酸鈉，例如格雷姆鹽(NaPO3)x，它有時(shí)也被稱為六偏磷酸鈉，其熔點(diǎn)為638℃。一種以商品名Calgon出售的格雷姆鹽為1∶1的Na2O∶P2O5，聚合度為15-20。而聚合度為6-8和12-14的其他形式的制品也有市售。一些同時(shí)含有氧化鈉和氧化鉀二者并且還含有小比例氧化硼的堿式磷酸鹽玻璃也可以使用，而其中特別理想的是一種含有55-65%(重量)P2O5、12-23%(重量)Na2O、6.0-8.5%(重量)K2O和2.0-3.5%(重量)B2O3，其熔點(diǎn)約為400℃的玻璃。
適用于制造這種過濾器的粘結(jié)劑包括正磷酸一鋁、硅酸鈉、硅溶膠、磷硅酸鹽以及一種象高鋁水泥那樣的水泥。其中正磷酸一鋁是較佳的，而其適用量為5%-30%(重量)。
用于制造過濾器的漿液還可含有一些添加劑以改善改漿液在浸泡有機(jī)泡沫時(shí)的使用性能。這類添加劑的例子有流變劑(例如有機(jī)增稠劑或二氧化鈦)、潤濕劑和防沫劑。
在實(shí)際使用時(shí)，所說流變劑、潤濕劑或防沫劑的用量通常約為0.1-2.0%(重量)。
在煅燒已浸泡過的有機(jī)泡沫時(shí)，如果沒有特殊的預(yù)防措施，最好不讓煅燒溫度超過800℃，否則石墨將會(huì)發(fā)生過度的氧化。煅燒溫度通常在600℃-800℃之間。
硅灰石的存在可使過濾器的韌性和強(qiáng)度大于不含硅灰石的相似石墨基過濾器的韌性和強(qiáng)度。另外，當(dāng)過濾器用磷酸鹽粘結(jié)劑來粘結(jié)時(shí)，硅灰石將能克服那些以石墨為基料以磷酸鹽作粘結(jié)劑的過濾器從大氣中吸收水分的傾向。
為了減緩過濾器邊緣碎裂的傾向，以及提高過濾器材料的強(qiáng)度以改善其加工性能，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施方案中，用一種含有石墨與粘結(jié)劑的組合物涂覆于大塊過濾器的外表面上。即在這些過濾器干燥之后，涂覆一種含有石墨和粘結(jié)劑(如正磷酸一鋁)的含水組合物，例如在干燥的過濾器上噴涂該組合物，然后將過濾器加熱以使該涂層干燥，最后加以煅燒。然后將此煅燒過的大塊過濾器加工成具有所需尺寸的小塊過濾器。
與陶瓷泡沫過濾器相比，本發(fā)明的過濾器的密度較低。其真實(shí)密度在2.0-2.3g/cm3之間而其表觀密度在1.5-1.85g/cm3之間。
該過濾器硬度很低，其數(shù)值約為0-1莫氏硬度，因?yàn)榈陀捕鹊倪^濾材料工件在機(jī)加工或切割時(shí)不會(huì)損害機(jī)加工和切削刀具，并因此可以容易地生產(chǎn)出具有精確尺寸的過濾器。
由于可以精確地控制過濾器的尺寸，該過濾器就能插入鑄模的凹槽中而不會(huì)在關(guān)合鑄模時(shí)被壓碎，同時(shí)由于該過濾器精確地配合于該凹槽中，故熔融金屬也不能從過濾器的旁邊通過，因此對金屬的過濾是很有效的。
該過濾器可以安裝在鑄模內(nèi)澆口接近鑄件的位置，因?yàn)檫@樣可使得在將該內(nèi)澆口從該鑄件上切掉時(shí)，切削刀具與過濾器之間的接觸不會(huì)對該刀具引起過多的磨損。
在生產(chǎn)輪式的鑄件時(shí)，可以將一個(gè)過濾器安裝在澆道套內(nèi)，這樣就可以象用于輪式鑄件生產(chǎn)的常規(guī)操作那樣將廢渣從該鑄件上鉆掉。而當(dāng)使用陶瓷泡沫過濾器時(shí)，就必須首先切掉含有過濾器的廢渣的第一部分，然后再鉆掉剩下的那部分廢渣。
鑄造廠可以回收那些含有過濾器的內(nèi)澆口、廢渣等物質(zhì)而不會(huì)污染重熔時(shí)的金屬，因?yàn)檫^濾器的任何碎片或顆粒這時(shí)將浮到熔融金屬表面上并因此很容易除去。因此這種過濾器特別適合于大體積的汽車鑄件生產(chǎn)，迄今為止，由于在這種生產(chǎn)中無法回收含有過濾器材料的鑄造金屬，因此至今尚未能將過濾器的應(yīng)用推廣。
下面的實(shí)施例將用來解釋本發(fā)明實(shí)施例1使用具有下列組成(按重量計(jì))的含水漿液來生產(chǎn)網(wǎng)狀泡沫過濾器石墨 26.1%硅灰石 3.3%煙塵狀二氧化硅 7.8%專用的堿式磷酸鹽玻璃(50%W/W溶液) 8.2%二氧化鈦 0.2%正磷酸一鋁(50%W/W溶液) 52.2%
潤濕劑 1.1%防沫劑 1.1%該堿式磷酸鹽同時(shí)和含有氧化鈉和氧化鉀二者，并且還含有氧化硼，以及其熔點(diǎn)為400℃。
用該漿液來浸泡大塊的網(wǎng)狀聚亞胺酯泡沫，擠壓該泡沫以除去多余的漿液，然后將該泡沫在80℃下干燥1小時(shí)，再在150℃下干燥30分鐘，最后在700℃下煅燒1小時(shí)。
然后將所獲的大塊過濾材料切割成單個(gè)的過濾器，并將此過濾器用來過濾熔融的鋁。
把大約1000個(gè)用過的過濾器和需回收的鋁裝入一個(gè)廢渣連續(xù)熔爐中，加熱至750℃使鋁重熔。在重熔操作中不使用助熔劑。過濾器物質(zhì)浮到熔融鋁的表面上，并隨著在表面上形成的熔渣一起被除去。在后來將這些經(jīng)熔化的金屬用于生產(chǎn)下一批鑄件時(shí)，沒有證據(jù)表明該金屬被污染。所有生產(chǎn)出的鑄件都是高質(zhì)量的，它們不含任何由過濾器材料顆粒形成的夾雜物。
實(shí)施例2把具有與實(shí)施例1的過濾器相同的組成，并用實(shí)施例1所述的方法生產(chǎn)的大約1000個(gè)用過的過濾器隨同需回收的鋁一起裝入一個(gè)5噸礦物燃料熔爐中，然后將鋁熔化。使用常規(guī)的熔融和除渣助劑，過濾器材料浮到熔融鋁的表面上并隨同浮渣一起被撇掉。沒有任何一個(gè)用重熔鋁生產(chǎn)的鑄件由于過濾器材料引起的夾雜而報(bào)廢。
實(shí)施例3在一個(gè)用于生產(chǎn)輪子鑄件的低壓模鑄器的澆道套上機(jī)加工出一道凹槽，以便在其中插入一個(gè)組成與實(shí)施例1的過濾器相同并用實(shí)施例1所述方法制成的，直徑為40mm的過濾器。以一種鋁-硅低共熔合金在720℃下進(jìn)行澆鑄，生產(chǎn)出一批重約7.5Kg的輪子，生產(chǎn)每一個(gè)輪子使用一個(gè)過濾器。把含有過濾器材料的廢渣從輪子上鉆下來并將其收集以用于重熔。生產(chǎn)出一批高質(zhì)量的鑄造輪子，并且沒有發(fā)現(xiàn)鉆頭的磨損增加。然后將廢渣重熔，包含在廢渣中的過濾器顆粒隨同浮渣一起被從金屬表面上除去。
實(shí)施例4采用鋁-7%硅鈉改性合金使之通過位于內(nèi)澆口處的50mm×100mm濾器進(jìn)入砂模進(jìn)行澆鑄，由此生產(chǎn)出兩個(gè)總重約6Kg的歧管鑄件。該過濾器具有與實(shí)施例1的過濾器相同的組成并用相同的方法制得。獲得了高質(zhì)量的鑄件。將用過的過濾器隨同需回收的金屬以及其他同樣的方法使用過的過濾器一起裝入一個(gè)重熔爐中，在重熔需回收的金屬時(shí)，過濾器材料就浮到表面上，因此可以隨同浮渣一起被撇去。
實(shí)施例5使用實(shí)施例1的含水漿液組合物和操作步驟生產(chǎn)出大塊的網(wǎng)狀泡沫過濾器。在該工件干燥后，將其置于一個(gè)轉(zhuǎn)盤上使其旋轉(zhuǎn)，并用一種含有下列成份(重量)的涂覆組合物噴涂石墨 22.5%煙塵狀二氧化硅 9.5%潤濕劑 0.5%正磷酸一鋁(50%W/W溶液) 54.1%水 13.4%將該涂覆過的工件在120℃下干燥30分鐘，然后將此工件翻轉(zhuǎn)過來再重復(fù)涂覆，借以涂覆在第一次涂覆操作中處于背面的部分。再將其在120℃下干燥30分鐘，然后將此工件在700℃下煅燒1小時(shí)，最后將其切割成單個(gè)的過濾器。
權(quán)利要求
1.一種包括網(wǎng)狀泡沫材料的用于過濾熔融輕金屬的過濾器，其特征在于，該網(wǎng)狀泡沫材料是用一種含有石墨、硅灰石、二氧化硅以及一種堿式磷酸鹽玻璃的組合物制成的。
2.如權(quán)利要求1的過濾器，其特征在于，其中的網(wǎng)狀泡沫材料含有20-80%(重量)石墨、1-10%(重量)硅灰石、1-20%(重量)二氧化硅以及1-10%(重量)堿式磷酸鹽玻璃。
3.如權(quán)利要求1或2的過濾器，其特征在于，其中的堿式磷酸鹽玻璃的熔點(diǎn)低于750℃。
4.如權(quán)利要求3的過濾器，其特征在于，其中的堿式磷酸鹽玻璃的熔點(diǎn)為350℃-500℃。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述過濾器，其特征在于，其中的堿式磷酸鹽玻璃是焦磷酸二鈉和多磷酸鈉。
6.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述過濾器，其特征在于，其中的堿式磷酸鹽玻璃同時(shí)含有氧化鈉和氧化鉀二者，并且還含有小比例的氧化硼。
7.如權(quán)利要求6的過濾器，其特征在于，其中的堿式磷酸鹽玻璃含有55-65%(重量)P2O5、19-23%(重量)Na2O、6.0-8.5%(重量)K2O以及2.0-3.5%(重量)B2O3。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述過濾器，其特征在于，其中用于生產(chǎn)網(wǎng)狀泡沫材料的二氧化硅是煙塵狀二氧化硅或膠體狀二氧化硅。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述過濾器，其特征在于，其中的網(wǎng)狀泡沫材料含有從正磷酸一鋁、硅酸鈉、硅溶膠、磷硅酸鹽和水泥中選擇出的一種粘結(jié)劑。
10.如權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述過濾器，其特征在于，其中的過濾器的外表面涂覆有一種含石墨和粘結(jié)劑的組合物。
全文摘要
含有一種網(wǎng)狀泡沫材料的用于過濾熔融輕金屬的過濾器，其組成包含石墨、硅灰石、二氧化硅和一種堿式磷酸鹽玻璃。該過濾器具有低硬度，因此可以容易地從大塊的過濾器材料上精確地機(jī)加工出來。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，首先在該大塊的過濾器的外表面上涂覆一種含有石墨和粘結(jié)劑的組合物，然后再將其煅燒并在最后進(jìn)行機(jī)加工。
文檔編號(hào)C04B28/34GK1084897SQ9211204
公開日1994年4月6日 申請日期1992年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月5日
發(fā)明者W·P·凱特里茨, R·施特策爾 申請人:福塞科國際有限公司