[發(fā)明專利]一種采用型殼抑制界面反應(yīng)的鋁鋰合金鑄件及其鑄造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111272078.5
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN113996759B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣文明;李廣宇;于洋;樊自田;管峰;張政
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22C3/00;B22C9/12;C22C21/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 孔娜

本發(fā)明屬于鑄造鋁鋰合金相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種采用型殼抑制界面反應(yīng)的鋁鋰合金鑄件及其鑄造方法，所述方法包括以下步驟：(1)將面層涂料涂在待制造鋁鋰合金鑄件的三維模型的表面上以得到面層；其中，所述面層涂料的組分包括抑制劑；(2)在所述面層上制備背層后，依次去除三維模型及焙燒以得到型殼；(3)在所述型殼的內(nèi)表面上制備石墨涂層；(4)將鋁鋰合金液澆注到所述型殼內(nèi)，進(jìn)而得到鋁鋰合金鑄件；其中，所述鋁鋰合金液在與所述型殼接觸時先與所述面層涂料中的抑制劑反應(yīng)而成形一層鋰化物薄膜，所述鋰化物薄膜抑制所述型殼與所述鋁鋰合金液的反應(yīng)。本發(fā)明減弱了鋁鋰合金和型殼的界面反應(yīng)，提高鋁鋰合金鑄件的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鑄造鋁鋰合金相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種采用型殼抑制界面反應(yīng)的鋁鋰合金鑄件及其鑄造方法。

背景技術(shù)

鋁鋰合金具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、耐蝕性和抗疲勞性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在航空航天等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。目前，鑄造鋁鋰合金普遍采用砂型鑄造的方法制備，但是由于Li的性質(zhì)極其活潑，極易與鑄型中的粘結(jié)劑、固化劑和型砂發(fā)生反應(yīng)，金屬-鑄型不良的界面反應(yīng)造成鑄件表面質(zhì)量差和鑄件較多氣孔、夾雜等缺陷，使得鑄件性能較差，難以滿足使用要求。哈爾濱工業(yè)大學(xué)安閣英等人在《鋁鋰合金與鑄型表面作用》的研究中指出黏土砂鑄型匯合鋁鋰合金發(fā)生劇烈反應(yīng)使鑄件表面形成粘砂層，水玻璃砂與合金反應(yīng)在表面形成細(xì)小蜂窩狀毛刺，與樹脂砂反應(yīng)表面形成一層黑色物質(zhì)。中山理工大學(xué)C.H.TONG等人在《CASTABILITY OF Al-Li-Mg AND Al-Li-Cu-Mg ALLOYS》一文中研究了各種A1-Li合金的鑄造特性以及它們與鑄型的相互作用，結(jié)果表明，采用樹脂粘結(jié)劑的砂型澆注鋁鋰合金鑄件存在嚴(yán)重的氣孔缺陷。國外的C.R.Chakravorty等人在《Metal-MouldReactions in casting Aluminium-Lithium Alloys in Sodium-silicate-bonded SandMoulds》中研究了鋁鋰合金與水玻璃砂鑄型的界面反應(yīng)，研究表明當(dāng)合金熔體與水玻璃/鋁酸鹽粘結(jié)劑砂型接觸時，會發(fā)生劇烈的反應(yīng)，造成鑄件大量的氣孔缺陷。從上述的研究可以發(fā)現(xiàn)，不論是黏土砂型、樹脂砂型還是水玻璃砂型都易于鋁鋰合金發(fā)生劇烈的反應(yīng)，造成粘砂、毛刺、表面增碳、皮下氣孔等缺陷，這主要是由于鑄型中的粘結(jié)劑和型砂極易與合金中的Li發(fā)生，金屬液與粘結(jié)劑會產(chǎn)生大量的氫氣和碳化物造成氣孔和表面增碳等缺陷，與型砂發(fā)生反應(yīng)造成粘砂和毛刺等缺陷。因此，如何減弱或者消除鋁鋰合金與鑄型中的型砂和粘結(jié)劑的反應(yīng)是制備高性能鋁鋰合金的關(guān)鍵。

殼型鑄造是一種精密鑄造方法，具有鑄件表面尺寸精度高和粗糙度低等優(yōu)點(diǎn)，可以減少加工余量，十分適合制備高精度、高性能、形狀復(fù)雜的零件，并且由于經(jīng)過焙燒的型殼幾乎無粘結(jié)劑殘留，相比于砂型鑄造，減少了金屬-鑄型界面反應(yīng)的接觸物，因此，是一種潛在的制備鋁鋰合金鑄件的方法。但是，目前型殼鑄造主要集中在鈦合金、鎂合金和其他系的鋁合金的研究中，目前還未見報道關(guān)于鋁鋰合金的殼型鑄造的研究。對于低溫金屬，殼型鑄造的型殼主要是由鋁礬土、莫來石等材料組成，粘結(jié)劑主要是硅溶膠、鋯溶膠、釔溶膠等無機(jī)粘結(jié)劑，雖然型殼焙燒后不存在有機(jī)粘結(jié)劑的影響，但是型殼中的材質(zhì)仍然會與Li發(fā)生反應(yīng)。例如鋁礬土和莫來石中的SiO₂和Al₂O₃能與Li發(fā)生如下反應(yīng)：Li+SiO₂+Al₂O₃→LiAl(SiO₃)₂，Li也能單獨(dú)和Al₂O₃或SiO₂反應(yīng)生成鋁酸鋰或硅酸鋰，這些反應(yīng)產(chǎn)物一方面會進(jìn)入鑄件內(nèi)部形成夾雜缺陷，另一方面形成界面反應(yīng)層，降低了表面精度和增加了表面粗糙度，從而降低了鑄件的性能。目前，市場上還沒有公開的用于抑制殼型鑄造鋁鋰合金界面反應(yīng)的方法。因此，為解決上述難題，急需開發(fā)出一種能夠抑制殼型鑄造鋁鋰合金界面反應(yīng)的方法，提高鋁鋰合金的性能。

發(fā)明內(nèi)容