一种复合材料锌锭模及其制备方法

摘要

本发明涉及一种复合材料锌锭模及其制备方法，属于复合材料技术领域。该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为2~10mm，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占40~60%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体。首先制备得到预制体，并将预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上，最后将固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模。该复合材料锌锭模不仅具有较好的耐锌液腐蚀性能，又具有优良的磨损性能。该方法工艺较为简单，适合工业化生产。

权利要求

1.一种复合材料锌锭模的制备方法，该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为2~10mm，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占40~60%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体，其特征在于具体步骤如下：步骤1：将陶瓷颗粒与粘结剂在球磨机中混合30~120min后过筛，在6~40MPa压力下压制成矩形或三角形的预制体，压制预制体时预制体中间用细金属网相连，经24小时干燥后，然后100℃~1200℃焙烧30~120min，冷却后获得具有较好强度的预制体；

步骤2：向铸型内表面涂覆一层与步骤1相同的粘结剂，然后将步骤1得到的预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上；

步骤3：向步骤2得到的固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模。

2.根据权利要求1所述的复合材料锌锭模的制备方法，其特征在于：所述步骤1和2中的粘结剂为水玻璃溶液、硅溶胶、偏磷酸铝溶液、水泥、聚乙烯醇溶液、淀粉的一种或几种任意比例混合物。

说明书

一种复合材料锌锭模及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种复合材料锌锭模及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

[0002] 锌锭模是锌冶炼的一种基本工装设备，在急热、急冷工况条件下使用，温差变化大，通常由铸铁和铸钢制造。但是，这些材料抗锌液腐蚀性能很差，锌锭模受到强烈的腐蚀，导致其寿命较短，制造的锌锭表面质量较差。陶瓷材料虽然具有良好的耐锌液腐蚀能力，但是其性脆易断、抗冲击性能差成为其发展的瓶颈，不能直接用于上述零件。

[0003] 中国专利CN202137340U公开了一种锌合金锭模，应用于冶炼生产锌合金锭的冷却过程。所述锌合金锭模为船舶型的铸铁容器，冶炼后的锌合金高温液体灌入锭模中冷却，制成锌合金锭。使用该锌锭模可以有效地减少和消除锌合金锭表面的收缩孔，改善锌合金锭的外观。

[0004] 中国专利CN202655579U公开了一种锌锭成型模具，锌锭成型腔由内外倾斜的侧壁和底面构成，侧壁包括外侧壁和内侧壁，内侧壁与底面所形成的角度为49度，因此内侧壁向外倾斜的角度也更大，这样锌锭在收缩后也能很容易取出，也不易划伤操作者。

[0005] 中国专利CN202356594U公开了一种锌合金锭型，锌合金锭体为长方体梯形，四个侧面为斜面，使长方体呈上大下小状，锌合金锭体内底面长度方向两端各设有一对凹槽，每对凹槽之间设置有卡槽，锌合金锭体底面宽度方向内设置有2-4道凸起，长度方向的两端各设置有一个提手。该实用新型的优点是易脱模，生产的锌合金锭方便堆码包装。

[0006] 上述实用新型从不同程度上解决了锌合金锭质量和脱模问题，但对于锌锭模的使用寿命却没有改善。本发明通过加入陶瓷相提高锌锭模的耐锌液腐蚀能力，延长锌锭模的使用寿命。

发明内容

[0007] 针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种复合材料锌锭模及其制备方法。该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，不仅具有较好的耐锌液腐蚀性能，又具有优良的磨损性能。该方法工艺较为简单，适合工业化生产，本发明通过以下技术方案实现。

[0008] 一种复合材料锌锭模，该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为2~10mm，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占40~60%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体。

[0009] 所述陶瓷颗粒为A12O3、SiC、B4C、Si3N4、TiN、TiB2中的一种或几种任意比例混合物，陶瓷颗粒的粒度为12~120目。

[0010] 所述金属基体的金属材质为铸钢或铸铁。

[0011] 一种上述的复合材料锌锭模的制备方法，其具体步骤如下：

[0012] 步骤1：将陶瓷颗粒与粘结剂在球磨机中混合30~120min后过筛，在6~40MPa压力下压制成矩形或三角形的预制体，压制预制体时预制体中间用细金属网相连以增加其强度并便于固定，经24小时干燥后，然后100℃~1200℃焙烧30~120min，冷却后获得具有较好强度的预制体；

[0013] 步骤2：向铸型内表面涂覆一层与步骤1相同的粘结剂，然后将步骤1得到的预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上；

[0014] 步骤3：向步骤2得到的固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模。

[0015] 所述步骤1和2中的粘结剂为水玻璃溶液、硅溶胶、偏磷酸铝溶液、水泥、聚乙烯醇溶液、淀粉的一种或几种任意比例混合物。

[0016] 本发明具有以下有益效果：

[0017] 1、该复合材料锌锭模不仅具有较好的耐锌液腐蚀性能，又具有优良的磨损性能，与普通锌锭模相比耐蚀性提高8~9倍；

[0018] 2、采用铸造法制备复合材料，大大提高了耐锌液腐蚀层的深度，较大程度的延长了使用寿命；

[0019] 3、采用铸造法，陶瓷颗粒增强金属基复合材料一次浸渗和成形，工艺较为简单，适合工业化生产。

附图说明

[0020] 图1是本发明复合材料锌锭模结构示意图；

[0021] 图2是本发明复合材料锌锭模A-A截面示意图；

[0022] 图3是本发明复合材料锌锭模B处局部示意图。

[0023] 图中：1-陶瓷颗粒，2-金属基体，3-常规锌锭模的金属基体。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

[0025] 实施例1

[0026] 如图1至3所示，该复合材料锌锭模，该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为4mm，陶瓷颗粒的粒度为80目，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占52%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体；其中陶瓷颗粒为B4C，金属基体为铸钢（具体为40Cr钢）。

[0027] 该上述的复合材料锌锭模的制备方法，其具体步骤如下：

[0028] 步骤1：将陶瓷颗粒与粘结剂在球磨机中混合30min后过筛，在10MPa压力下压制成三角形的预制体，压制预制体时预制体中间用细金属网相连以增加其强度并便于固定，经24小时干燥后，然后300℃焙烧120min，冷却后获得具有较好强度的预制体，其中粘结剂为水玻璃溶液；

[0029] 步骤2：向铸型内表面涂覆一层与步骤1相同的粘结剂，然后将步骤1得到的预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上，其中粘结剂为水玻璃溶液；

[0030] 步骤3：向步骤2得到的固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模，其中金属基体为铸钢（具体为40Cr钢）。

[0031] 将纯锌试块置于石墨坩埚内，再将坩埚放于电阻炉中，在500℃下将纯锌加热至全部融化，然后将融化锌液置于复合材料锌锭模中静置8h后取出空冷，然后在采用相同的条件将得到的融化锌液置于现有的40Cr钢锌锭模中，用电子天平称重，计算其腐蚀前后的质量损失及单位时间单位面积的腐蚀速率。结果表明，现有的40Cr钢锌锭模的腐蚀速率为-4 -2 -1 -5 -2 -15.1325×10 g×mm ×h ，复合材料锌锭模的腐蚀速率为5.8973×10 g×mm ×h ，由此可知，复合材料锌锭模的耐蚀性是现有的40Cr钢锌锭模的9倍，耐性液腐蚀能力有较大提高。

[0032] 实施例2

[0033] 如图1至3所示，该复合材料锌锭模，该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为3mm，陶瓷颗粒的粒度为80目，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占51%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体；其中陶瓷颗粒为SiC，金属基体为铸铁（具体为HT200铸铁）。

[0034] 该上述的复合材料锌锭模的制备方法，其具体步骤如下：

[0035] 步骤1：将陶瓷颗粒与粘结剂在球磨机中混合60min后过筛，在8MPa压力下压制成三角形的预制体，压制预制体时预制体中间用细金属网相连以增加其强度并便于固定，经24小时干燥后，然后800℃焙烧120min，冷却后获得具有较好强度的预制体，其中粘结剂为硅溶胶；

[0036] 步骤2：向铸型内表面涂覆一层与步骤1相同的粘结剂，然后将步骤1得到的预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上，其中粘结剂为硅溶胶；

[0037] 步骤3：向步骤2得到的固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模，其中金属基体为铸铁（具体为HT200铸铁）。

[0038] 将纯锌试块置于石墨坩埚内，再将坩埚放于电阻炉中，在500℃下将纯锌加热至全部融化，然后将融化锌液置于复合材料锌锭模中静置8h后取出空冷，然后在采用相同的条件将得到的融化锌液置于现有的HT200铸铁锌锭模中，用电子天平称重，计算其腐蚀前后的质量损失及单位时间单位面积的腐蚀速率。结果表明，现有的HT200铸铁锭模的腐蚀速-4 -2 -1 -5 -2 -1率为5.2554×10 g×mm ×h ，复合材料锌锭模的腐蚀速率为6.7375×10 g×mm ×h ，由此可知，复合材料锌锭模的耐蚀性是现有的HT200铸铁钢锌锭模的8倍，耐性液腐蚀能力有较大提高。

[0039] 实施例3

[0040] 如图1至3所示，该复合材料锌锭模，该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为2mm，陶瓷颗粒的粒度为120目，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占56%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体；其中陶瓷颗粒为质量比为7：3的TiN和Si3N4混合物，金属基体为铸铁（具体为QT400-18铸铁）。

[0041] 该上述的复合材料锌锭模的制备方法，其具体步骤如下：

[0042] 步骤1：将陶瓷颗粒与粘结剂在球磨机中混合120min后过筛，在8MPa压力下压制成三角形的预制体，压制预制体时预制体中间用细金属网相连以增加其强度并便于固定，经24小时干燥后，然后300℃焙烧120min，冷却后获得具有较好强度的预制体，其中粘结剂为水玻璃溶液；

[0043] 步骤2：向铸型内表面涂覆一层与步骤1相同的粘结剂，然后将步骤1得到的预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上，其中粘结剂为水玻璃溶液；

[0044] 步骤3：向步骤2得到的固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模，其中金属基体为铸钢（具体为QT400-18铸铁）。

[0045] 实施例4

[0046] 如图1至3所示，该复合材料锌锭模，该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为4mm，陶瓷颗粒的粒度为60目，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占49%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体；其中陶瓷颗粒为Al2O3，金属基体为铸钢（具体为HT400铸铁）。

[0047] 该上述的复合材料锌锭模的制备方法，其具体步骤如下：

[0048] 步骤1：将陶瓷颗粒与粘结剂在球磨机中混合30min后过筛，在10MPa压力下压制成三角形的预制体，压制预制体时预制体中间用细金属网相连以增加其强度并便于固定，经24小时干燥后，然后100℃焙烧30min，冷却后获得具有较好强度的预制体，其中粘结剂为聚乙烯醇溶液；

[0049] 步骤2：向铸型内表面涂覆一层与步骤1相同的粘结剂，然后将步骤1得到的预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上，其中粘结剂为聚乙烯醇溶液；

[0050] 步骤3：向步骤2得到的固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模，其中金属基体为铸钢（具体为HT400铸铁）。

[0051] 实施例5

[0052] 如图1至3所示，该复合材料锌锭模，该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为10mm，陶瓷颗粒的粒度为12目，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占44%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体；其中陶瓷颗粒为TiB2，金属基体为铸钢（具体为ZG230-450钢）。

[0053] 该上述的复合材料锌锭模的制备方法，其具体步骤如下：

[0054] 步骤1：将陶瓷颗粒与粘结剂在球磨机中混合30min后过筛，在6MPa压力下压制成三角形的预制体，压制预制体时预制体中间用细金属网相连以增加其强度并便于固定，经24小时干燥后，然后600℃焙烧90min，冷却后获得具有较好强度的预制体，其中粘结剂为质量1：1的聚乙烯醇溶液和硅溶胶溶液混合物；

[0055] 步骤2：向铸型内表面涂覆一层与步骤1相同的粘结剂，然后将步骤1得到的预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上，其中粘结剂为质量1：1的聚乙烯醇溶液和硅溶胶溶液混合物；

[0056] 步骤3：向步骤2得到的固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模，其中金属基体为铸钢（具体为ZG230-450钢）。

[0057] 实施例6

[0058] 该复合材料锌锭模，该复合材料锌锭模为现有的锌锭模表面上覆盖层状陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料的厚度为10mm，陶瓷颗粒的粒度为100目，该陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒体积占60%，剩余体积为与现有的锌锭模金属材料相同的金属基体；其中陶瓷颗粒为A12O3，金属基体为铸钢（具体为ZG230-450钢）。

[0059] 该上述的复合材料锌锭模的制备方法，其具体步骤如下：

[0060] 步骤1：将陶瓷颗粒与粘结剂在球磨机中混合30min后过筛，在40MPa压力下压制成矩形的预制体，压制预制体时预制体中间用细金属网相连以增加其强度并便于固定，经24小时干燥后，然后1150℃焙烧60min，冷却后获得具有较好强度的预制体，其中粘结剂为淀粉；

[0061] 步骤2：向铸型内表面涂覆一层与步骤1相同的粘结剂，然后将步骤1得到的预制体快速放入到型腔，并用钉子将预制体固定在铸型内表面上，其中粘结剂为淀粉；

[0062] 步骤3：向步骤2得到的固定预制体铸型内浇注与现有锌锭模金属材料相同的金属基体液，冷却后获得复合材料锌锭模，其中金属基体为铸钢（具体为ZG230-450钢）。

[0063] 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。