[发明专利]一种复合相变材料在铜钢双金属熔铸工艺中的使用方法

说明书

本发明公开了一种复合相变材料在铜钢双金属熔铸工艺中的使用方法，是将熔盐、SiO₂、硬脂酸和硼砂混合并球磨均匀，再压制成型、烧结，获得用于铜钢双金属熔铸过程中的复合相变材料，其中熔盐由KF与MgF₂混合而成。本发明的方法中，将复合相变材料放置于铜合金的上层，其在熔铸时发生固态向液态的转变从而吸收并储存热量，在冷却时发生液态向固态的转变从而将储存的热量释放出来，对铜合金起到很好的保温作用，从而使冷却时铜合金的下层与上层存在更大的温度差，上层对下层可以达到很好的补缩效果，避免缩松缩孔的问题。

技术领域

本发明属于双金属复合成型领域，具体涉及一种复合相变材料在铜钢双金属熔铸工艺中的使用方法。

背景技术

铜钢双金属由于兼备铜合金优良的摩擦学性能和钢在力学、机械加工性能等方面的优点，在各种机械零件中有着广泛的应用。铜钢双金属的成型方法有许多，目前被广泛应用到生产中的方法主要有轧制复合法、粉末烧结法、浇铸复合法、电磁连铸法、熔铸法等，其中轧制复合法和粉末烧结法普遍存在结合强度不高的限制难以在高负荷下稳定运行，浇铸和电磁连铸存在着操作复杂、设备昂贵等问题。采用熔铸法制备铜钢双金属复合材料具有操作便捷、装置简单并能获得拥有更高的结合强度、可在高负载下稳定运行的铜钢双金属材料的优势。

但是熔铸法制备的铜钢双金属容易出现缩松缩孔的问题，原因在于：熔铸法主要包括高温扩散和冷却两步。在高温扩散过程结束后，铜合金熔为液态；当从钢基体底部进行冷却时，铜合金凝固将产生体积上的收缩，当收缩条件达不到铜合金的顺序凝固条件时，铜合金在凝固过程中上方的铜液将难以对下方的收缩部分进行补缩，从而出现缩松缩孔。目前对于缩松缩孔的主要解决办法有顺序凝固和同时凝固等方法。顺序凝固，即通过冒口保温使铸件远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，最后才是冒口本身凝固。同时凝固，即铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方向性。在现有的解决办法中，顺序凝固方法较为适用铜钢双金属熔铸工艺。在常规铸造工艺中往往采用低导热系数、高比热容的材料对铜液进行保温并配合快速冷却构造顺序凝固条件。但对于零件尺寸较大或较为复杂的情况往往所需的保温材料用量较大，这样才能达到很好的保温效果。

而由无机盐和陶瓷材料复合而成无机盐陶瓷基复合相变材料，由于兼具无机盐熔点高、热稳定性好、比热容和相变潜热较大、相变温度可调和陶瓷材料耐高温、低导热系数和耐腐蚀等性能优点，若能将复合相变材料应用于铜钢双金属熔铸工艺中，使加热时无机盐相变所吸收的相变潜热在铜合金液相线附近的温度释放出来，从而强化保温效果，或许可以很好地构建出“铜层底部先凝固，铜层上部最后凝固”的顺序凝固条件，从而达到较好的补缩效果，但目前并无相关报导，且目前已有的复合相变材料由于应用领域的不同，相变温度一般在600～700℃及以下，不能满足铜钢双金属熔铸工艺的使用需求。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种复合相变材料在铜钢双金属熔铸工艺中的使用方法，旨在通过复合相变材料的使用并配合快速冷却来构造更佳的顺序凝固条件，以避免缩松缩孔的问题。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种复合相变材料在铜钢双金属熔铸工艺中的使用方法，其特点在于：将熔盐、SiO₂、硬脂酸和硼砂混合并球磨均匀，再压制成型、烧结，获得复合相变材料；将所述复合相变材料用于铜钢双金属熔铸过程中；所述熔盐由KF与MgF₂按摩尔比20～50％：50％～80％混合而成。

进一步地，在所述复合相变材料中各原料的质量百分比为：熔盐为10％～30％，硬脂酸0.5％～2％，硼砂1％～5％，余量为SiO₂。

进一步地，所述球磨的转速为200r/min，球磨时间为1～2h。

进一步地，所述压制成型的压力为20～50MPa、保压时间为5～15min。