一种减低铝合金压铸件内部缩孔缺陷的加工工艺

摘要

本发明公开了一种减低铝合金压铸件内部缩孔缺陷的加工工艺，涉及压铸件加工技术领域，具体工艺如下：1）制得氧化镉微球；2）制得二氧化锰纳米棒；3）将铝合金压铸件的原料熔炼得到铝合金溶液，向铝合金溶液中加入氧化镉微球以及二氧化锰纳米棒，得到物料A；4）将模具型腔抽真空，再将物料A在高真空条件下压射到模具的型腔中，脱模即得铝合金压铸件。本发明提供的加工工艺，可以有效的减少压铸件中缩孔缩松缺陷的形成，使得缩孔缩松现象在压铸件生产中得到有效控制，从而实现压铸件质量和生产效率的提升。

说明书

技术领域

本发明属于压铸件加工技术领域，具体涉及一种减低铝合金压铸件内部缩孔缺陷的加工工艺。

背景技术

压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。压铸生产效率高，能压铸形状复杂、尺寸精确、轮廓清晰、表面质量及强度、硬度都较高的压铸件，故应用较广，发展较快。目前压铸合金应用比较广泛的是压铸铝合金。压铸铝合金有良好的使用性能和工艺性能，因此铝合金的压铸发展迅速，在各个工业部门中得到广泛的应用，用量远远高于其他有色合金，在压铸生产中占有极其重要的地位。

压铸铝合金除了应满足所制零件的工作性能要求外，为了能顺利地进行压力铸造，它还应具有如下的性能：在过热度不高，甚至处于固、液相线温度范围内时，它应有较好的塑性体流变性能，即在压力作用下，貌似粘稠的铝合金液仍具有优良的流动性，便于填充复杂的型腔，保证良好的压铸件表面质量，减少铸件内的收缩孔洞，同时改善压铸型的工作状况，提高其工作寿命；线收缩率小，并且有一定的高温强度，以免铸件产生裂纹和变形，提高铸件尺寸精度；结晶温度范围小，可以减少铸件中收缩孔洞产生的可能性；具有一定的高温固态强度，防止模具开模时推出铸件产生变形或破裂；在常温下应具有一定的强度，以尽可能提高压铸件的机械强度和表面硬度；与压铸型不发生化学反应，亲和力小，防止粘型和铸件、铸型相互合金化；与压铸型不发生化学反应，亲和力小，防止粘型和铸件、铸型相互合金化。

铝合金压铸生产的工件，由于金属熔体充型后，由液相转变成固相时存在相变收缩，并且由于压铸件的凝固特点是从外向内冷却，当逐渐壁厚较大时，内部会产生缩孔缩松现象。缩孔缩松缺陷是直接影响铝合金压铸件的机械性能和产品质量，严重还会导致压铸件报废，虽然有些轻微的缺陷可以通过补焊的方式进行挽救，但是制约了压铸件的质量和生产效率。因此，如何使缩孔缩松现象在压铸件生产中得到有效控制，是目前铝合金压铸件亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种减低铝合金压铸件内部缩孔缺陷的加工工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种减低铝合金压铸件内部缩孔缺陷的加工工艺，具体工艺如下：

1）按照质量体积比为1:100-120g/mL，将称取的二水醋酸镉溶于无水甲醇中，形成透明溶液，将溶液移入水热反应釜中，在200-210℃下反应6-8h，待反应结束后，将釜底沉淀用无水甲醇多次淋洗，烘干后装于瓷舟并置于马弗炉中，以2-3℃/min的升温速率加热至450-480℃，热处理90-120min，随炉冷取后得到氧化镉微球；本发明中，以醋酸镉为原料，甲醇为溶剂，采用溶剂热法合成由纳米片自组装而成的花状前驱体微球，再经高温焙烧后，得到形貌保持良好的花状氧化镉微球，该氧化镉微球表面具有由众多纳米晶聚集链接而成的“凸刺”状纳米片，使得氧化镉微球的表面积增大，同时也提高了氧化镉微球与后续二氧化锰纳米棒的接触面积，易于二氧化锰纳米棒以氧化镉微球为连接节点组装成纳米棒束；

2）按照体积比为1:5-7，将聚乙二醇-400溶于去离子水中，加入与去离子水等体积的浓度为0.3-0.4mol/L的硫酸锰溶液，以100-130r/min搅拌30-40min，得到混合溶液，再量取与混合溶液等体积的浓度为1-1.3mol/L的高锰酸钾水溶液加入到上述混合溶液中，继续搅拌10-20min，然后转入聚四氟乙烯内衬反应釜中，在160-170℃下水热反应10-14h，自然冷却至室温，收集沉淀物，用去离子水和乙醇反复离心洗涤，烘干后得到二氧化锰纳米棒；本发明中，以聚乙二醇-400作为表面活性剂，聚乙二醇-400中的氧原子对反应物中的二价锰离子具有一定的配位能力，通过这种配位作用以及弱的静电作用，使金属 Mn

3）将铝合金压铸件的原料加入到熔炼炉中，加热至730-760℃，搅拌使原料完全溶化，然后加入适量的镁锶合金、铋锡合金以及铝铒合金，继续升温至780-820℃，待全部溶化后得到铝合金溶液，得到的铝合金溶液的组分及各组分的质量百分比为Si4-7%、Mg1.5-3.5%、Mn0.6-1.0%、Fe1.3-1.8%、Bi0.03-0.08%、Sr0.02-0.05%、Sn0.05-0.10%、Er0.03-0.07%，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5%，其余为Al，然后按照铝合金溶液质量的1-3%以及5-8%，向铝合金溶液中分别加入氧化镉微球以及二氧化锰纳米棒，混匀后降温至750-760℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至760-770℃，通入氩气进行除气精炼，得到物料A；

4）将模具的型腔加热至240-260℃，并在模具表面喷涂水基脱模剂，将模具型腔抽真空至40-80mbar，再将物料A在高真空条件下压射到模具的型腔中，直至充型压铸结束，控制压射速度为2.3-2.8m/s，铸造压力为65-70MPa，待压铸结束后保压80-110s，卸掉压力，冷却20-30s后脱模即得铝合金压铸件；本发明中，采用真空压铸工艺，通过将模具型腔抽真空后再将物料充填入型腔，在高真空环境下，随着物料在型腔中逐渐凝固，高熔点的金属先发生凝固，并形成收缩产生细小的分散孔洞，此时，低熔点的金属依然呈液态，由于型腔中为高真空环境，铸件先期凝固部分产生的孔洞中的空气会溢出，低熔点呈液态的金属可以携带引入的氧化镉微球以及二氧化锰纳米棒流动并填充进孔洞中，二氧化锰纳米棒以氧化镉微球为连接点，连接组装形成纳米棒束，可以有效的填充孔洞，从而在孔洞中形成由低熔点液态金属以及纳米棒束组成的填充结构，可以降低铸件先期凝固部分中的孔隙率，同时，填充结构中的纳米棒束被低熔点液态金属完全包裹住，使得纳米棒束在低熔点液态金属基体中形成支撑结构，可以对低熔点金属的凝固收缩起到抑制作用，从而减少低熔点金属的凝固收缩率，从而减少低熔点金属凝固时孔洞的形成，从而可以减少压铸件中缩孔缩松缺陷的形成，使得缩孔缩松现象在压铸件生产中得到有效控制，实现压铸件质量和生产效率的提升。

本发明相比现有技术具有以下优点：

由于铝合金压铸件是由多种金属元素组成，不同金属存在熔点的高低差异，因此在铝合金压铸件的凝固成型过程中，存在高熔点金属先期凝固以及低熔点金属后期凝固，铸件先期凝固部分产生的孔洞可以由低熔点金属进行流动填充，但是低熔点金属凝固中因收缩产生的孔洞因没有物质填充从而残留在铸件中，使得铸件出现缩孔缩松缺陷；本发明针对铝合金压铸件凝固成型过程中存在的现象，通过采用真空压铸的方式，并向铝合金熔体中引入氧化镉微球以及二氧化锰纳米棒，氧化镉微球与二氧化锰纳米棒组装形成的纳米棒束，一方面可以伴随低熔点金属的流动填充进铸件先期凝固部分形成的孔洞中，另一方面，纳米棒束可以在低熔点液态金属基体中形成支撑结构，可以对低熔点金属的凝固收缩起到抑制作用，降低低熔点金属的凝固收缩率，减少低熔点金属凝固时孔洞的形成，从而可以减少压铸件中缩孔缩松缺陷的形成，使得缩孔缩松现象在压铸件生产中得到有效控制，实现压铸件质量和生产效率的提升。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种减低铝合金压铸件内部缩孔缺陷的加工工艺，具体工艺如下：

1）按照质量体积比为1:100g/mL，将称取的二水醋酸镉溶于无水甲醇中，形成透明溶液，将溶液移入水热反应釜中，在200℃下反应6h，待反应结束后，将釜底沉淀用无水甲醇多次淋洗，烘干后装于瓷舟并置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率加热至450℃，热处理90min，随炉冷取后得到氧化镉微球；

2）按照体积比为1:5，将聚乙二醇-400溶于去离子水中，加入与去离子水等体积的浓度为0.3mol/L的硫酸锰溶液，以100r/min搅拌30min，得到混合溶液，再量取与混合溶液等体积的浓度为1mol/L的高锰酸钾水溶液加入到上述混合溶液中，继续搅拌10min，然后转入聚四氟乙烯内衬反应釜中，在160℃下水热反应10h，自然冷却至室温，收集沉淀物，用去离子水和乙醇反复离心洗涤，烘干后得到二氧化锰纳米棒；

3）将铝合金压铸件的原料加入到熔炼炉中，加热至730℃，搅拌使原料完全溶化，然后加入适量的镁锶合金、铋锡合金以及铝铒合金，继续升温至780℃，待全部溶化后得到铝合金溶液，得到的铝合金溶液的组分及各组分的质量百分比为Si4%、Mg1.5%、Mn0.6%、Fe1.3%、Bi0.03%、Sr0.02%、Sn0.05%、Er0.03%，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5%，其余为Al，然后按照铝合金溶液质量的1%以及5%，向铝合金溶液中分别加入氧化镉微球以及二氧化锰纳米棒，混匀后降温至750℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至760℃，通入氩气进行除气精炼，得到物料A；

4）将模具的型腔加热至240℃，并在模具表面喷涂水基脱模剂，将模具型腔抽真空至40mbar，再将物料A在高真空条件下压射到模具的型腔中，直至充型压铸结束，控制压射速度为2.3m/s，铸造压力为65MPa，待压铸结束后保压80s，卸掉压力，冷却20s后脱模即得铝合金压铸件。

实施例2

一种减低铝合金压铸件内部缩孔缺陷的加工工艺，具体工艺如下：

1）按照质量体积比为1:110g/mL，将称取的二水醋酸镉溶于无水甲醇中，形成透明溶液，将溶液移入水热反应釜中，在205℃下反应7h，待反应结束后，将釜底沉淀用无水甲醇多次淋洗，烘干后装于瓷舟并置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率加热至460℃，热处理110min，随炉冷取后得到氧化镉微球；

2）按照体积比为1:6，将聚乙二醇-400溶于去离子水中，加入与去离子水等体积的浓度为0.35mol/L的硫酸锰溶液，以120r/min搅拌35min，得到混合溶液，再量取与混合溶液等体积的浓度为1.2mol/L的高锰酸钾水溶液加入到上述混合溶液中，继续搅拌15min，然后转入聚四氟乙烯内衬反应釜中，在165℃下水热反应12h，自然冷却至室温，收集沉淀物，用去离子水和乙醇反复离心洗涤，烘干后得到二氧化锰纳米棒；

3）将铝合金压铸件的原料加入到熔炼炉中，加热至750℃，搅拌使原料完全溶化，然后加入适量的镁锶合金、铋锡合金以及铝铒合金，继续升温至800℃，待全部溶化后得到铝合金溶液，得到的铝合金溶液的组分及各组分的质量百分比为Si5%、Mg2.5%、Mn0.8%、Fe1.5%、Bi0.05%、Sr0.04%、Sn0.08%、Er0.05%，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5%，其余为Al，然后按照铝合金溶液质量的2%以及6.5%，向铝合金溶液中分别加入氧化镉微球以及二氧化锰纳米棒，混匀后降温至755℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至765℃，通入氩气进行除气精炼，得到物料A；

4）将模具的型腔加热至250℃，并在模具表面喷涂水基脱模剂，将模具型腔抽真空至60mbar，再将物料A在高真空条件下压射到模具的型腔中，直至充型压铸结束，控制压射速度为2.5m/s，铸造压力为68MPa，待压铸结束后保压100s，卸掉压力，冷却25s后脱模即得铝合金压铸件。

实施例3

一种减低铝合金压铸件内部缩孔缺陷的加工工艺，具体工艺如下：

1）按照质量体积比为1:120g/mL，将称取的二水醋酸镉溶于无水甲醇中，形成透明溶液，将溶液移入水热反应釜中，在210℃下反应8h，待反应结束后，将釜底沉淀用无水甲醇多次淋洗，烘干后装于瓷舟并置于马弗炉中，以3℃/min的升温速率加热至480℃，热处理120min，随炉冷取后得到氧化镉微球；

2）按照体积比为1:7，将聚乙二醇-400溶于去离子水中，加入与去离子水等体积的浓度为0.4mol/L的硫酸锰溶液，以130r/min搅拌40min，得到混合溶液，再量取与混合溶液等体积的浓度为1.3mol/L的高锰酸钾水溶液加入到上述混合溶液中，继续搅拌20min，然后转入聚四氟乙烯内衬反应釜中，在170℃下水热反应14h，自然冷却至室温，收集沉淀物，用去离子水和乙醇反复离心洗涤，烘干后得到二氧化锰纳米棒；

3）将铝合金压铸件的原料加入到熔炼炉中，加热至760℃，搅拌使原料完全溶化，然后加入适量的镁锶合金、铋锡合金以及铝铒合金，继续升温至820℃，待全部溶化后得到铝合金溶液，得到的铝合金溶液的组分及各组分的质量百分比为Si7%、Mg3.5%、Mn1.0%、Fe1.8%、Bi0.08%、Sr0.05%、Sn0.10%、Er0.07%，其他金属及非金属的杂质元素总量不超过0.5%，其余为Al，然后按照铝合金溶液质量的3%以及8%，向铝合金溶液中分别加入氧化镉微球以及二氧化锰纳米棒，混匀后降温至760℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至770℃，通入氩气进行除气精炼，得到物料A；

4）将模具的型腔加热至260℃，并在模具表面喷涂水基脱模剂，将模具型腔抽真空至80mbar，再将物料A在高真空条件下压射到模具的型腔中，直至充型压铸结束，控制压射速度为2.8m/s，铸造压力为70MPa，待压铸结束后保压110s，卸掉压力，冷却30s后脱模即得铝合金压铸件。

对比例1：去除工艺步骤1），其余与实施例1相同。

对比例2：去除工艺步骤2），其余与实施例1相同。

对比例3：同时去除工艺步骤1）以及2），其余与实施例1相同。

测试实验

采用实施例1-3以及对比例1-3提供的工艺方法，加工制得铝合金压铸件样品，然后将铝合金压铸件样品加热至480℃，保温2小时，将加热后的铝合金压铸件自然冷却至室温，观察自然冷却后的铝合金压铸件表面的鼓包情况，若观察到鼓包，则判定该铝合金压铸件具有气孔缺陷，检测结束；若观察到无鼓包，则对该铝合金压铸件进行下一步缩孔检测，将上一步无鼓包的铝合金压铸件进行切片，先测量切片密度，再对切片加热至480℃，保温2小时，自然冷却至室温后再次测量切片密度，设定加热前切片密度为X，加热后切片密度为Y，密度单位为g/cm

通过上述试验结果可知，本发明提供的工艺方法，可以减少压铸件中缩孔缩松缺陷的形成，使得缩孔缩松现象在压铸件生产中得到有效控制，实现压铸件质量和生产效率的提升。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。