专利名称：用于高压铸造的溃散芯、制造该芯的方法以及抽取该芯的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造用于高压铸造如压模铸造或压力铸造的溃散芯的方法。更具体地，本发明涉及用水溶性盐制造复杂溃散芯。本发明也涉及这样的水溶性盐芯。另外，本发明还涉及一种抽取这种水溶性盐芯的方法。
现有技术通常，为了制备具有复杂内部结构或内凹的铸件，芯的制备技术是必需的。
在重力铸造的情况下，将一种由硬砂或陶瓷粉制成的溃散芯或水溶性盐芯放置在模型的内部，然后将一种熔融金属导入模型并在模型中凝固。此后，将溃散芯通过机械和化学方法去除或用水或蒸汽将盐芯溶出。
对于内燃机活塞，在活塞内部形成一个环形油冷却通道时，盐芯制备技术是有用的。
美国专利US3645491，其内容在这里参考结合，披露了一种芯制备技术，在该技术中粉碎的水溶性盐与10％作为粘接剂的合成树脂结合。美国专利US4629708，其内容在这里参考结合，披露了一种芯制备技术，在该技术中，一种水溶性盐如氯化钠和氯化钾与陶瓷如氧化铝以及作为粘接剂的有机硅树脂混合并烧结。
然而，在实际情况下，为了制备一种高性能的铝合金或复合材料活塞，活塞须经高压铸造如压模铸造和压力铸造。
在这种高压铸造中，因为熔融金属通过铸造压力渗入芯的内部或芯因高压而崩溃，用砂制成的常规溃散芯或常规盐芯不能用于高压铸造方法。
最近，开发了几种能够用于高压铸造要求的芯制备技术。例如，美国专利US3963818，其内容在这里参考结合，披露了一种芯制备技术，在该技术中一种粉碎的水溶性盐如氯化钠和氯化钾，加入约1％的水，在1.8～4.0吨/cm2的高压下成型，然后在100～300℃下烧结20分钟。
美国专利US4438804，其内容在这里参考结合，披露了一种芯成型方法，在该方法中一种水溶性盐粉与硬粉如锆砂混合，与作为粘接剂的碳酸钾、碳酸钡或碱金属硅酸盐一起在高压下模制成型。
美国专利US3407864，其内容在这里参考结合,披露了一种芯成型方法，在该方法中一种水溶性盐粉如氯化钠和氯化钾与3％重量的硼砂、1％重量的氧化镁和1％重量的云母混合，然后在高压下模制成型。
英国专利GB2156720，其内容在这里参考结合，披露了一种将粉碎的水溶性盐液压成型的芯制备技术。
在这些利用高压或液压的制备方法中，将颗粒之间的空隙减到最小，其结合力增强，只要该芯在5000～20000psi(磅/平方英寸)的铸造压力下保持形状不变，就能防止熔融金属渗入芯的内部。
然而这些常规方法具有如下缺点，其应用被芯子的尺寸和形状所限制，且因为盐粉的颗粒尺寸要求严格控制，其生产成本增加。
另外，因为用水溶解芯子，所以从高压铸造的铸件中完全去除芯子需要大量的时间。
同时，美国专利US4446906、US4875517和US5303761，其内容在这里参考结合，披露了一种芯制备方法，在该方法中将一种水溶性盐如氯化钠和氯化钾加热、熔化，并可选择地与硬颗粒如硅石和氧化铝结合进行压模铸造。
实际上在芯子形状的成型方法和生产率方面稍微好一些，但这些常规方法由于芯子的尺寸其应用被限制。另外，当用水溶解芯子时，常规方法需要大量的时间来从高压铸造的铸件中完全去除芯子。
美国专利US4840219，其内容在这里参考结合，披露了一种芯制备方法，在该方法中含有40％重量氯化钠和40％重量碳酸钠的混合物的熔融盐加入10～50％的硬粉以形成一种浆料，该浆料被导入一个模型中。美国专利US3459253，其内容在这里参考结合，披露了一种芯制备方法，在该方法中金属丝或玻璃纤维加入到含有硫酸盐和碳酸盐的熔融混合物盐中，以形成一种被导入一个模型的浆料。
这些方法比压制方法或压模铸造方法在芯子的形状和尺寸上有更多的变化。其间，因为所用的盐的熔化温度高达660℃以上，由于凝固收缩容易产生碎裂，所以芯子变得易碎并难于操作。而且，因为芯子必须用水溶解，因此需要一个相当长的时间去除高压铸造铸件的芯子，因而所得到的芯盐也不能重新使用。
发明内容
鉴于上述问题和考虑，本发明的一个目的是提供一种用于制造一种用于高压铸造的溃散芯的方法，能够简单地制造一个复杂形状的芯子，并通过使用一种可重新使用的铝合金或一种镁合金来得到一种用于高压铸造的芯子。
本发明的另一个目的是提供一种用于高压铸造的芯子。
本发明的另外一个目的是提供一种抽取该芯子的方法。
在一个实施方案中，本发明的一个目的通过制造用于高压铸造的芯子的方法来实现，其中一种水溶性盐，单独或与一种细硬粉结合，熔化并在一个芯模中凝固；或者处理成一种细粉，并在压力下在一个芯模中成型，所说水溶性盐具有高潜热，其熔点在280～520℃范围内，传热系数(k)为9.8×10-2至1.2×10W/m·℃，由此溃散芯用该水溶性盐制成。
在另一个实施方案中，本发明的另一个目的通过用所说方法制造的用于高压铸造的溃散芯来实现。
在另外一个实施方案中，本发明的另外一个目的是通过从一高压铸造铸件中抽取用于高压铸造的溃散芯的方法实现的，其中将芯加热到一个熔化温度，在该温度下高压铸造铸件没有热变形，芯熔化物被抽出，将铸件用水冲洗。
完成本发明的最佳实施方式下面本发明描述一种用于高压铸造的溃散芯，以及制造和抽取该芯子的方法。
用于高压铸造的溃散芯是用一种水溶性盐制造的，其中一种水溶性盐，单独或与一种细硬粉结合，熔化并在一个芯模中凝固；或者处理成一种细粉，并在压力下在一个芯模中成型，所说水溶性盐的熔点在280～520℃范围内，传热系数(k)为9.8×10-2至1.2×10W/m·℃，具有高潜热，由此溃散芯能够应用于一种轻金属如铝合金或镁合金进行高压铸造如压模铸造或压力铸造。
因为其具有280～520℃范围的熔点，传热系数(k)为9.8×10-2至1.2×10W/m·℃，具有高潜热，水溶性盐是从由硝酸钾(KNO3)、亚硝酸钾(KNO2)、硝酸钠(NaNO3)、亚硝酸钠(NaNO2)、氯化铜(CuCl2)、氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化锂(LiCl)、氯化铅(PbCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化钡(BaCl2)、氯化钙(CaCl2)和其混合物构成的组中选择的。
关于熔点，已知硝酸钾(KNO3)为333℃，亚硝酸钾(KNO2)为290℃、硝酸钠(NaNO3)为308℃、亚硝酸钠(NaNO2)为270℃。
测量的含有NaCl∶CuCl2重量比为82∶17的混合盐的熔点为315℃，含有KNO3∶KCl重量比为92∶8的混合盐的熔点为320℃，含有KCl∶LiCl重量比为54∶46的混合盐的熔点为320℃，含有PbCl2∶NaCl重量比为93∶7的混合盐的熔点为410℃，含有MgCl2∶NaCl重量比为54∶44的混合盐的熔点为430℃，含有CaCl2∶BaCl2重量比为53∶47的混合盐的熔点为450℃，以及含有NaCl∶CaCl2重量比为54∶46的混合盐的熔点为510℃，每种盐的传热系数(k)范围为9.8×10-2至1.2×10W/m·℃。
该水溶性盐在模型中凝固。此时，熔融的水溶性盐在比其熔点高30～80℃的温度下导入模型中，从而减少了由于凝固收缩所引起碎裂的发生。
在这点上，如果熔融水溶性盐的温度高出其熔点80℃以上，在凝固时就会产生收缩导致的碎裂和孔隙。另一方面，如果温度高出其熔点不足30℃，水溶性盐就难于注入模型中。
另外，模型温度被控制不超过每种所导入盐的熔点的一半。其理由是，如果模型温度较低，盐就不能很好地导入模型中。另一方面，如果模型温度较高，凝固芯的表面结构变得粗糙，这样在高压铸造时芯的深部将产生热变形。
因此，适于模型的材料是石墨，它具有极佳的热传导性。当模型用石墨制造时，熔融盐容易导入模型中，凝固速度变得很快，这样凝固芯的表面组织优良。
在熔融盐中，可以加入细的热稳定硬颗粒如化学非反应金属或陶瓷的粉末、纤维和晶须。为了使用，它们是均匀分散的。
作为举例，而并非限制，适于金属的颗粒是具有高硬度以及与所说盐类似比重的硅。同样，氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)等也可用作陶瓷颗粒。可以使用这样的纤维或晶须。
最好硬颗粒的加入量为5～30％重量比。如果硬颗粒的加入量超过30％重量比，能够抑制凝固时的收缩，由分散作用所产生的芯的强度变高。但它会产生部分硬颗粒粘附到高压铸造铸件表面上的问题。另一方面，如果加入的量低于5％重量比，就不能得到硬颗粒的添加效果。
将水溶性盐处理成一种粉末，导入一个芯模中并模制成一个芯子。在这点上，最适宜的是，水溶性盐粉具有40～100μm的尺寸，以用于在压力下成型。同样，最好使用一种不与该盐起化学反应的润滑剂，以使得铸造件容易与模型分离。
此时，由加压而产生的成型压力的范围最好为60～100MPa。另外，模制的芯最好在其熔点保持0.5～1分钟，以使得芯子的表面组织细化。
根据本发明的方法所得到的芯子能够使用于一种金属合金如铝合金或镁合金的高压铸造。
在低热容量金属如铝合金和镁合金高压铸造时，在0.5～3秒之内模型立即充满熔融物。因为金属合金如铝合金或镁合金，虽然具有低于普通熔融金属的通常浇注温度(640～720℃)的熔点(280～520℃)，但是仅具有钢传热系数(331～403W/m·℃)1/1500～1/3000的传热系数(k)(9.8×10-2～1.2×10W/m·℃)，钢是高压铸造模具的典型材料。熔融合金一导入模型就剧烈冷却。
具体地说，因为芯子的导热率比钢即模型的材料低，所以熔融物保留的大部分热量传向模型，而热量几乎不传向芯子。同时，芯子的高潜热仅允许在表面至2～3μm深度而不是在整个形状上产生热变形。换句话说，由于芯子的高潜热，芯子在其整体形状上不变形、没有变化。
在如瞬时完成的高压铸造的常规铸造中，本发明的水溶性盐适于作低热容量铸造金属如铝和镁的芯子。
同时提供一种从高压铸造的铸件中去除芯子的方法，也就是，一种从铸件中抽取芯子的方法，通过下面的步骤进行，即将该芯子加热到熔化温度，在该融化温度高压铸造的铸件没有热变形，抽取芯子熔融物，并用水冲洗铸件。
当将高压铸造铸件加热到320～550℃3～5分钟时，热量传递给芯子的内部，这样芯子熔化并取出。这样得到的材料可以再用于芯子的成型，以获得经济上的效益。
根据下面的实施例可以获得对本发明的更好的理解，这些实施例是举例阐述的，而不构成对本发明的限制。
实施例1将KNO3(熔点333℃)、KNO2(熔点290℃)、NaNO3(熔点308℃)NaNO2(熔点270℃)、NaCl∶CuCl2(82∶17)混合物(熔点315℃)、KNO3∶KCl(92∶8)混合物(熔点320℃)、KCl∶LiCl(54∶46)混合物(熔点320℃)、PbCl2∶NaCl(93∶7)混合物(熔点410℃)、MgCl2∶NaCl(54∶44)混合物(熔点430℃)、CaCl2∶BaCl2(53∶47)混合物(熔点450℃)、NaCl∶CaCl2(54∶46)混合物(熔点510℃)分别单独加热到高于其熔点约30～80℃的温度。将每种熔融盐缓慢地导入一个模型中和分别导入一个石墨模型中，这两种模型均预热到该盐熔点一半的温度，以制造一个直径20mm长度100mm的圆柱芯。
将所得芯在模型中进行压模铸造和压力铸造，模型的壁与芯子之间在直径上的空隙距离设置成3mm、5mm、7mm、9mm、12mm和15mm，并测量其性能。结果在下面的表1和表2中给出。
为了分析试验芯子的性能，将ADC12 Al合金加热到670℃将熔融物以1.8m/sec的供给速度进行压模铸造的高压铸造，以0.32m/sec的供给速度进行压力铸造的高压铸造，压模铸造和压力铸造的压力为980kg/cm2。在高压铸造之后，芯子的抽取是通过在320～550℃下加热高压铸造铸件3～5分钟、熔化芯子并用水冲洗铸件而实现的。
表1在钢模中所制备芯子的性能
注)○适合(表面状况好)×不适合(表面状况差)表2在石墨模型中所制备芯子的性能
注)○适合(表面状况好)×不适合(表面状况差)实施例2将KNO3(熔点333℃)、KNO2(熔点290℃)、NaNO3(熔点308℃)NaNO2(熔点270℃)、NaCl∶CuCL2(82∶17)混合物(熔点315℃)、KNO3∶KCl(92∶8)混合物(熔点320℃)、KCl∶LiCl(54∶46)混合物(熔点320℃)、PbCl2∶NaCl(93∶7)混合物(熔点410℃)、MgCl2∶NaCl(54∶44)混合物(熔点430℃)、CaCl2∶BaCl2(53∶47)混合物(熔点450℃)、NaCl∶CaCl2(54∶46)混合物(熔点510℃)分别单独加热到高于其熔点约30～80℃的温度，将直径40～100μm的重量比20～30％的氧化铝(Al2O3日本Isolite.Co.Ltd.生产)加入到加热的熔体中并均匀分散。然后将该分散体缓慢地导入一个石墨模型中，该模型预热到该分散体熔点一半的温度，以制造一个直径20mm长度100mm的圆柱芯。
同样，将直径0.5～1μm、长度100～400μm的重量比5～15％的碳化硅晶须(SiC日本TongHae Carbon Co.Ltd.生产)均匀分散，以制造一个芯子。
将所得芯在模型中进行压模铸造和压力铸造，模型的壁与芯子之间在直径上的空隙距离设置成3mm、5mm、7mm、9mm、12mm和15mm，并测量其性能。结果在下面的表3中给出。
为了分析试验芯子的性能，将ADC12 Al合金加热到670℃将熔融物以1.8m/sec的供给速度进行压模铸造的高压铸造，以0.32m/sec的供给速度进行压力铸造的高压铸造，压模铸造和压力铸造的压力为980kg/cm2。在高压铸造之后，芯子的抽取是通过在320～550℃下加热高压铸造铸件3～5分钟、熔化芯子并用水冲洗铸件而实现的。
表3用硬颗粒的混合物在石墨模型中所制备芯子的性能
注)○适合(表面状况好)×不适合(表面状况差)实施例3将KNO3(熔点333℃)、KNO2(熔点290℃)、NaNO3(熔点308℃)NaNO2(熔点270℃)、NaCl∶CuCl2(82∶17)混合物(熔点315℃)、KNO3∶KCl(92∶8)混合物(熔点320℃)、KCl∶LiCl(54∶46)混合物(熔点320℃)、PbCl2∶NaCl(93∶7)混合物(熔点410℃)、MgCl2∶NaCl(54∶44)混合物(熔点430℃)、CaCl2∶BaCl2(53∶47)混合物(熔点450℃)、NaCl∶CaCl2(54∶46)混合物(熔点510℃)粉碎成约40～100μm的颗粒，加入重量比1％的云母作为润滑剂，并加压到80～100MPa的压力，以模制成一个直径20mm长度100mm的圆柱芯。将所模制的芯子在其盐的熔点下保持0.5～1分钟，以制造一个芯子。
将直径40～100μm的重量比15％的氧化铝(Al2O3日本Isolite.Co.Ltd.生产)和直径0.5～1μm、长度100～400μm的重量比8％的碳化硅晶须(SiC日本TongHae Carbon.Co.Ltd.生产)加入到盐粉中并均匀混合，以制造一个芯子。
将所得芯在模型中进行压模铸造和压力铸造，模型的壁与芯子之间在直径上的空隙距离设置成3mm、5mm、7mm、9mm、12mm和15mm，并测量其性能。结果在下面的表4中给出。
为了分析试验芯子的性能，将ADC12 Al合金加热到670℃将熔融物以1.8m/sec的供给速度进行压模铸造的高压铸造，以0.32m/sec的供给速度进行压力铸造的高压铸造，压模铸造和压力铸造的压力为980kg/cm2。在高压铸造之后，芯子的抽取是通过在320～550℃下加热高压铸造铸件3～5分钟、熔化芯子并用水冲洗铸件而实现的。
表4用硬颗粒的混合物在压力下成型所制备芯子的性能
注)○适合(表面状况好)×不适合(表面状况差)工业实用性如前所述，可以用一种水溶性盐简单地制造复杂形状的芯子，其中所说水溶性盐，单独或与一种细硬粉结合，熔化并在一个芯模中凝固，所说水溶性盐的熔点在280～520℃范围内，传热系数(k)为9.8×10-2至1.2×10W/m·℃，具有高潜热。另外，该芯子可应用于轻金属如铝合金或镁合金的高压铸造如压模铸造和压力铸造。最后，加热、熔化并抽出的芯子可以重新使用，从而产生经济上的效益。
权利要求
1.一种制造用于高压铸造的溃散芯的方法，其特征在于，一种水溶性盐，单独或与一种细硬粉结合，熔化并在一个芯模中凝固；或者处理成一种细粉，并在压力下在一个芯模中成型，所说水溶性盐的熔点在280～520℃范围内，传热系数(k)为9.8×10-2至1.2×10W/m·℃，具有高潜热，由此该溃散芯可应用于一种轻金属如铝合金或镁合金进行高压铸造如压模铸造或压力铸造，该溃散芯是由该水溶性盐制成的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说水溶性盐是从由KNO3、KNO2、NaNO3、NaNO2及其混合物组成的组中选择的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说水溶性盐是从由下面的盐混合物所构成的组中选择的，所说盐混合物为重量百分比为82∶17的NaCl∶CuCl2、重量百分比为92∶8的KNO3∶KCl、重量百分比为54∶46的KCl∶LiCl、重量百分比为93∶7的PbCl2∶NaCl、重量百分比为54∶44的MgCl2∶NaCl、重量百分比为53∶47的CaCl2∶BaCl2、重量百分比为54∶46的NaCl∶CaCl2。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所说水溶性盐在高于其熔化温度30～80℃的温度下熔化并在一个模型中凝固。
5.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所说模型是用石墨制成的，并加热到所说盐熔化温度一半的温度。
6.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所说水溶性盐处理成一种颗粒尺寸40～100μm的粉末，导入模型中并在80～100MPa压力下成型。
7.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所说熔融的水溶性盐中加入重量比5～30％的非化学反应的细硬颗粒，所说细硬颗粒选自由金属或陶瓷粉末、纤维和晶须及其混合物组成的组。
8.一种用于高压铸造的溃散芯，是按照权利要求1至7任一方法所制造的。
9.一种抽取用于高压铸造的溃散芯的方法，其特征在于，将所说芯加热到熔化温度，在该温度高压铸造的铸件没有热变形，将该芯子的熔融物抽取，并用水冲洗所说铸件。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将高压铸造的铸件加热到320～550℃ 3～5分钟，由此将热量传递给所说芯子的内部，这样芯子被熔化并取出。
全文摘要
本发明公开了一种制造用于高压铸造的溃散芯的方法,所说溃散芯可应用于一种轻金属如铝合金或镁合金进行高压铸造如压模铸造或压力铸造,所说溃散芯是用一种水溶性盐制造的,该水溶性盐具有高潜热,其熔点在280～520℃范围内,传热系数(k)为9.8x10
文档编号B22C9/10GK1365306SQ00809823
公开日2002年8月21日 申请日期2000年7月4日 优先权日1999年7月6日
发明者广川弘治 申请人:株式会社技术连合