專利名稱:適用于鋁合金鑄件的水溶性燒結(jié)型芯技術(shù)的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于鋁合金中空鑄件所需的水溶性燒結(jié)型芯，此型芯尤其適用于鋁合金微波波導(dǎo)元件鑄造工藝。
鋁合金微波波導(dǎo)元件可采用各種金屬加工方法來(lái)制造。每一種方法都有其獨(dú)特的效果機(jī)械加工方法比較精密，但對(duì)形狀復(fù)雜的波導(dǎo)元件則需分割成許多部件進(jìn)行加工，然后組合，這樣不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且積累公差也增大;電鑄法也比較精密，但工藝難以控制，成本高，不適于大量生產(chǎn)。用鑄造法制造鋁合金波導(dǎo)元件，具有尺寸精度高，表面光潔度好，生產(chǎn)周期短，成本低，不受形狀限制等優(yōu)點(diǎn)，但在采用這種方法時(shí)，能否獲得滿意的波導(dǎo)元件，尤其是內(nèi)腔一致性高的波導(dǎo)元件，主要取決于型芯技術(shù)。
眾所周知，陶瓷型芯具有化學(xué)性能穩(wěn)定和其它各種性能優(yōu)良的特點(diǎn)，然而這類型芯難以從鑄件中清除?！短胤N鑄造及有色合金》雜志一九八三年第四期第五頁(yè)上介紹的脫芯技術(shù)，提出了有效的脫芯方法。但這些方法是針對(duì)超合金提出的，在用于鉛合金時(shí)，將對(duì)鑄件產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。
可溶型芯比較適用于鋁合金鑄件。日本專利(昭52-30452)提供的型芯，在普通條件下鑄造尺寸精度和表面光潔度都要求很高的鋁合金鑄件(如波導(dǎo)元件)時(shí)，由于有氣體產(chǎn)生使液態(tài)鋁合金與型芯不能良好接觸，影響鑄件內(nèi)腔尺寸精度和表面光潔度。日本另一發(fā)明(昭50-9522)是用Al2O3加Na3PO4制成的水溶性型芯，這種型芯是由水溶性鹽融解后粘結(jié)Al2O3顆粒并不斷脫水(低溫烘烤)來(lái)獲得型芯。由于這種型芯中所含水溶性粘結(jié)劑較多，因此吸潮性強(qiáng)，當(dāng)型芯暴露在大氣中時(shí)會(huì)引起吸潮變形。另外，粘結(jié)劑在鑄件澆注時(shí)高溫反應(yīng)產(chǎn)生的氣體也影響液態(tài)鋁合金與型芯的良好接觸，使鑄件尺寸精度和表面光潔度受到破壞。
本發(fā)明的目的是提供一種適用于鋁合金鑄件-特別是適用于內(nèi)腔表面光潔度要求高，尺寸精度好，形狀復(fù)雜的鋁合金微波波導(dǎo)元件-鑄造工藝的水溶性燒結(jié)型芯技術(shù)。
本發(fā)明的水溶性燒結(jié)型芯是將粉狀電熔剛玉(α-Al2O3)基料和較低含量的鋁酸鈉(NaAlO2)，磷酸鈉(Na3PO4·12H2O)粘結(jié)劑加水混勻并成型后，在500～1200℃溫度范圍內(nèi)燒結(jié)1～4小時(shí)，獲得水溶性燒結(jié)型芯，其結(jié)構(gòu)為燒結(jié)的網(wǎng)絡(luò)骨架，骨架間具有孔隙和水溶物。
本發(fā)明采用粉狀電熔剛玉作為型芯材料的基料，化學(xué)性能穩(wěn)定，高溫下僅在表面與粘結(jié)劑發(fā)生輕微的反應(yīng)，而粉狀電熔剛玉的表面活性較大，粘結(jié)劑的水溶液能被強(qiáng)烈地吸附在顆粒表面，使型芯具有一定的濕強(qiáng)度，同時(shí)增加高溫時(shí)固相反應(yīng)和固相燒結(jié)能力。另外電熔剛玉作為型芯材料的基料可以提高型芯的冷卻速度，使鋁合金組織細(xì)化。
NaAlO2常溫(30℃)下溶解度約為18.6g/100g水，升溫后溶解度增加，60℃時(shí)約為69.6g/100g水，加入NaAlO2的目的是使Na3PO4·12H2O在水中不形成水合物，有助于Na3PO4·12H2O的溶解，提高型芯的濕強(qiáng)度，促進(jìn)燒結(jié)的進(jìn)行。另外，也提高型芯燒結(jié)后的水溶性。
Na3PO4·12H2O在55℃以下為固態(tài)，隨著溫度的增加發(fā)生下述反應(yīng)
加水后在約400℃時(shí)還要分解
將電熔剛玉，NaAlO2，Na3PO4·12H2O加水混制成型后，在高溫下燒結(jié)時(shí)，不僅Na3PO4·12H2O本身發(fā)生反應(yīng)而且熔融的Na3PO4·12H2O能與α-Al2O3固體顆粒反應(yīng)生成NaAlO2·AlPO4等化合物;α-Al2O3顆粒自身之間發(fā)生固相燒結(jié);α-Al2O3與部分NaAlO2之間發(fā)生反應(yīng)生成NaAl11O7等，使型芯形成燒結(jié)初期的網(wǎng)絡(luò)骨架，從而獲得足夠的室溫機(jī)械性能和高溫強(qiáng)度。存在于這種網(wǎng)絡(luò)骨架之間的是NaAlO2它具有良好的水溶性。顯然，由于粘結(jié)劑反應(yīng)后生成的不可溶物使型芯中總的可溶物大大減少，為此額外加入適量的NaAlO2將增加型芯中可溶物的相對(duì)含量，從而改善型芯的水溶性。另外型芯在燒結(jié)過程中產(chǎn)生一種孔隙結(jié)構(gòu)，這樣可以吸收鋁合金液中的氣體和澆注時(shí)帶入的部分氣體，防止缺陷的發(fā)生。同時(shí)這種孔隙結(jié)構(gòu)還可以大大減少鑄件型芯的脫芯時(shí)間。
本發(fā)明制造的型芯可用來(lái)鑄造不同內(nèi)腔形狀，而尺寸精度和表面光潔度都要求很高的鋁合金鑄件。由于這種型芯可長(zhǎng)時(shí)間存放在大氣中基本不吸潮，所以不必對(duì)型芯的存放提出額外的環(huán)境要求。本發(fā)明的水溶性燒結(jié)型芯的優(yōu)點(diǎn)如下(1)型芯表面光潔度高，如需進(jìn)一步提高表面光潔度，只要對(duì)型芯略作打磨即可;型芯不與鋁合金發(fā)生反應(yīng)，在正常使用時(shí)，型芯不起化學(xué)變化或分解;發(fā)氣量小而遲，不需考慮專門的通氣工藝，最終鑄出的鋁合金鑄件內(nèi)腔表面粗糙度Rα可小于25μm。
(2)型芯成形容易，能精確復(fù)制芯盒內(nèi)腔形狀，即使復(fù)雜的型芯也能同樣復(fù)制，工藝簡(jiǎn)單便于操作;型芯收縮量小，尺寸穩(wěn)定性好，鑄件尺寸精度高。對(duì)于波導(dǎo)元件來(lái)說，其截面內(nèi)腔幾何尺寸精度可達(dá)±005mm。
(3)型芯在空氣中不易吸潮，便于保管;在大于70℃的熱水中可迅速潰散，鑄件清理方便。
(4)型芯材料來(lái)源廣，價(jià)格低廉，回收方便，無(wú)毒、無(wú)害。
本發(fā)明的具體工藝是在占混合料總量85～98%的電熔剛玉(α-Al2O3)中加入由1.5～6%的Na3PO4·12H2O和0.5～9.0%的NaAlO2組成的粘結(jié)劑組成混合料，外加4～15%的水混合后在模具內(nèi)加壓成型，對(duì)成型后的型芯在500～1200℃范圍內(nèi)燒結(jié)1～4小時(shí)，燒結(jié)后的型芯如有必要可以進(jìn)行少量打磨，然后預(yù)熱至250～500℃即可澆注鋁合金。
下面根據(jù)實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明按照本發(fā)明制造波導(dǎo)鑄件的型芯，各種成分配比為電熔剛玉(α-Al2O3) 91.0%鋁酸鈉(NaAlO2) 7.0%磷酸鈉(Na3PO4·12H2O) 2.0%水(外加) 4.0%用上述比例的混合料在高溫下澆結(jié)成具有一定孔隙的波導(dǎo)鑄件型芯后再用730℃鋁合金液澆注。鑄造性能良好，無(wú)氣體產(chǎn)生。澆注后鑄件放入75℃的流動(dòng)熱水中，約15分鐘后型芯可以從鑄件中脫凈。得到的波導(dǎo)內(nèi)腔截面幾何尺寸精度達(dá)±0.05mm，內(nèi)腔表面粗糙度Ra小于2.5μm，電氣性能也滿足設(shè)計(jì)要求。
權(quán)利要求
1.一種適用于鋁合金鑄件的水溶性燒結(jié)型芯技術(shù)，型芯用電熔剛玉(α-Al2O3)、粘結(jié)劑(Na3PO4·12H2O)、鋁酸鈉(NaAlO2)加水混合后形成，其特征在于，型芯成型后，在500～1200℃的溫度范圍內(nèi)燒結(jié)1～4小時(shí)，獲得水溶性燒結(jié)型芯，其結(jié)構(gòu)為燒結(jié)的網(wǎng)絡(luò)骨架，骨架間具有孔隙和水溶物。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的燒結(jié)型芯技術(shù)，其特征在于，型芯混合料由85～98%的電熔剛玉粉(α-Al2O3)、0.5～9%的鋁酸鈉(NaAlO2)和1.5～6%的磷酸鈉(Na3PO4·12H2O)組成，另加4～15%的水混合后制成型芯。
專利摘要
本發(fā)明是關(guān)于鋁合金中空鑄件——特別是內(nèi)腔尺寸精度和表面光潔度要求較高的鑄件——鑄造工藝所需的水溶性燒結(jié)型芯技術(shù)。本發(fā)明的水溶性燒結(jié)性芯是由電熔剛玉(α—Al
文檔編號(hào)B22C1/18GK87100957SQ87100957
公開日1988年12月21日 申請(qǐng)日期1987年2月28日
發(fā)明者張翼勇 申請(qǐng)人:航空工業(yè)部第六○七研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan