專利名稱：用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在鋁壓鑄過程中將熔融鋁合金從熔爐供應(yīng)到壓鑄機的柱塞套筒的熔融物供應(yīng)管。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的壓鑄機中，通常采用鋼包方法將熔融鋁合金供應(yīng)到柱塞套筒。按照鋼包方法，熔融鋁合金通過鋼包從熔爐中取出并供應(yīng)到柱塞套筒。
作為取代鋼包方法的技術(shù)，近年來熔融物供應(yīng)管方法吸引了注意力，該方法涉及將熔爐和柱塞套筒與熔融物供應(yīng)管直接連接，并且經(jīng)由熔融物供應(yīng)管將熔融鋁合金供應(yīng)到柱塞套筒。與傳統(tǒng)的鋼包方法相比，通過熔融物供應(yīng)管方法，可顯著降低氧化鋁膜和固體碎片混合到熔融鋁合金內(nèi)的情況。熔融物供應(yīng)管方法因此具有可以提供較高質(zhì)量的壓鑄產(chǎn)品的優(yōu)點。
迄今為止用來連接熔爐和柱塞套筒的傳統(tǒng)熔融物供應(yīng)管具有其中加熱器圍繞陶瓷管卷繞的結(jié)構(gòu)。陶瓷材料用于熔融物供應(yīng)管，這是由于該材料相對于熔融鋁合金來說具有高的抗熔化損耗能力。
雖然陶瓷管因此相對于熔融鋁合金來說十分牢固，它對于撞擊來說十分脆弱，并且在操作過程中由于其振動或者在其維護過程中由于誤操作而損壞。另外，只有不足的負載施加在這種容易損壞的陶瓷管的連接部分上，這會造成熔融鋁合金從連接部分泄漏。
本申請人已經(jīng)提出一種相對于熔融鋁合金來說具有增加的抗熔化損耗能力的熔融鋁合金接觸構(gòu)件，該構(gòu)件包括鋼底部、形成在鋼底部上的Ni合金層以及以顆粒狀態(tài)粘接在Ni合金層的表面上的TiC(日本專利公開文本NO.2005-264306)。
另外，公知的熔融物供應(yīng)管具有其中陶瓷或石墨管封裝在鋼管內(nèi)以便彌補內(nèi)管的易損性的結(jié)構(gòu)。但是，由于鋼管和陶瓷或石墨管之間的熱膨脹系數(shù)差別大，由于其不同的熱膨脹，在內(nèi)管和外管之間形成大的間隙。熔融鋁合金容易進入該間隙，在短時間內(nèi)造成鋼管的熔化損耗以及其中形成孔。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的所述問題，并且提供一種用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管，該供應(yīng)管相對于機械撞擊來說十分牢固，并且相對于熔融鋁合金來說具有出色的抗熔化損耗能力，并且本發(fā)明還提供一種制造熔融物供應(yīng)管的方法。
為了實現(xiàn)此目的，本發(fā)明提供一種用于連接熔爐和壓鑄機的柱塞套筒的熔融物供應(yīng)管，該供應(yīng)管包括內(nèi)部陶瓷管和安裝在內(nèi)管上的外部鋼管，其中Ni合金層形成在外部鋼管的內(nèi)周表面上，并且TiC顆粒粘接到Ni合金層的表面上。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，TiC顆粒具有10-500μm的平均顆粒直徑，并且在顆粒沒有完全被Ni合金層覆蓋而部分從Ni合金層的表面上伸出的狀態(tài)下粘接到Ni合金層上。
Ni合金最好具有2.6-3.2％的B、18-28％的Mo、3.6-5.2％的Si以及0.05-0.22％的C，其中余量是Ni和不可避免的雜質(zhì)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，TiC顆粒的間隙內(nèi)填充粉末，該粉末包括至少一種氮化硼(BN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，包括具有通過加熱而膨脹性能的無機材料的一對纖維板構(gòu)件在管的兩個端部處夾在內(nèi)部陶瓷管和外部鋼管之間。最好是，形成在內(nèi)部陶瓷管和外部鋼管之間并由板構(gòu)件限定的間隙填充球形或顆粒陶瓷填充劑。
本發(fā)明還提供一種用于制造熔融物供應(yīng)管的方法，該供應(yīng)管包括內(nèi)部陶瓷管和安裝在內(nèi)管上的外部鋼管以便連接熔爐和壓鑄機的柱塞套筒，該方法包括如下步驟在外部鋼管的內(nèi)周表面上形成Ni合金層；將具有Ni合金層的外管埋置在TiC粉末中，并且在真空加熱爐中在真空下將管和粉末加熱到從Ni合金中產(chǎn)生液相的溫度，由此將TiC顆粒粘接到Ni合金層的表面上；以及將內(nèi)部陶瓷管安裝在具有粘接到內(nèi)周表面上的TiC顆粒的外管上，由此組裝熔融物供應(yīng)管。
按照本發(fā)明，外部鋼管可保護內(nèi)部陶瓷管不受到機械撞擊，并且另外可以將足夠的夾緊負載施加到熔融物供應(yīng)管的終端連接部分上，由此防止熔融鋁合金泄漏。另外，由于TiC顆粒致密地分布在外管的內(nèi)周表面上，本發(fā)明的熔融物供應(yīng)管相對于熔融鋁合金來說具有顯著提高的抗熔化損耗能力。因此，具有很高的抗撞擊能力和很高的抗熔化損耗能力的本發(fā)明的熔融物供應(yīng)管可具有顯著延長的壽命。


圖1是表示按照本發(fā)明的第一實施例的用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管的截面圖；圖2是圖1的部分A的放大視圖；圖3是與圖2相對應(yīng)的視圖，表示在TiC顆粒中的間隙內(nèi)填充細小陶瓷顆粒的情況；圖4是表示按照本發(fā)明的第二實施例的用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管的截面圖；圖5是沿著圖4的線V-V截取的截面圖；圖6是表示按照本發(fā)明制造用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管的方法的視圖；以及圖7是表示在按照本發(fā)明制造用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管的方法中將內(nèi)管安裝在外管內(nèi)的步驟的視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是表示按照本發(fā)明的第一實施例的用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管的截面圖。在圖1中，參考標號10表示內(nèi)部陶瓷管，并且參考標號12表示外部鋼管。通過將外管12安裝在內(nèi)管10上來獲得熔融物供應(yīng)管的內(nèi)管10/外管12整體結(jié)構(gòu)。
如作為圖1的部分A的放大視圖的圖2所示，外部鋼管12的整個內(nèi)周表面涂覆Ni合金層13，并且Ni合金層13的表面覆蓋無數(shù)的碳化鈦(TiC)顆粒。TiC顆粒14在顆粒狀態(tài)下粘接到Ni合金層13上，使其從Ni合金層13的表面上部分伸出。最好是，TiC顆粒中的間隙填充細小陶瓷顆粒15，該顆粒包括至少一種氮化硼(BN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)，如圖3所示。細小陶瓷顆粒15可改善粘接有TiC顆粒14的底部Ni合金層13的抗熔化損耗能力。
按照此實施例的采用內(nèi)部陶瓷管10和外部鋼管12組合的熔融物供應(yīng)管，外部鋼管12可保護內(nèi)部陶瓷管10不受到外部機械撞擊，并且另外可以將足夠的夾緊負載施加在熔融物供應(yīng)管的終端連接部分上，由此防止熔融鋁合金的泄漏。
另外，TiC顆粒14粘接到形成在外部鋼管12的內(nèi)周表面上的Ni合金層13上。TiC顆粒14具有排斥熔融鋁合金的性能。通過采用這種性能，可以防止熔融鋁合金與構(gòu)成外管12的主體的鋼材料的直接接觸，并且因此提高外管的抗熔化損耗能力。另外，使得TiC顆粒14從Ni合金層13的表面部分伸出。這可以增加與熔融鋁合金的接觸角度，由此提高排斥熔融鋁合金的性能。
在TiC在顆粒狀態(tài)下粘接在Ni合金層13上并在該層上致密地分布的結(jié)構(gòu)中，即使外管12熱膨脹或收縮，大的熱應(yīng)力也將不作用在TiC顆粒14上。因此，TiC顆粒14難以剝落，并因此可以長時間保持抗熔化損耗能力。雖然圖2示意表示并排排列的TiC顆粒14，實際上是TiC顆粒14多層堆積的情況。
粘接有TiC顆粒14的底部Ni合金層13其本身相對于熔融鋁合金來說具有不良的抗熔化損耗能力?？谷刍瘬p耗能力可通過將細小陶瓷顆粒15依附到粘合劑層13上來改善，如圖3所示。由于依附的細小陶瓷顆粒15的存在，使其填充在TiC顆粒14中的間隙內(nèi)，細小陶瓷顆粒15在與熔融鋁合金接觸時難以掉落?？赡艿氖羌毿√沾深w粒15還可依附在TiC顆粒14的伸出部分的表面上。
另一方面，通過選擇相對于熔融鋁合金具有出色抗熔化損耗能力的陶瓷材料，可使得內(nèi)管12長時間抵抗熔化損耗。優(yōu)選的陶瓷材料可包括至少一種Al2O3、SiC、Si3N4、MgO、Al2TiO5、ZrO2和硅鋁氧氮聚合材料。
現(xiàn)在將參考圖4和5描述按照本發(fā)明第二實施例的用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管。
在第二實施例的熔融物供應(yīng)管中，一對耐火板16在管的兩端處夾在內(nèi)部陶瓷管10和外部鋼管12之間，并且內(nèi)管和外管之間形成并且通過耐火板16限定的間隙填充陶瓷球17。
耐火板16是包括具有通過加熱而膨脹的性能的無機纖維的板構(gòu)件。最好是，每個耐火板16在整個周邊延伸，并且板的外端與內(nèi)管10和外管12的端表面對準。球17是由陶瓷材料形成的球形填充劑，陶瓷材料包括至少一種Al2O3、SiC、Si3N4、MgO、Al2TiO5、ZrO2和硅鋁氧氮聚合材料。還可以使用顆粒填充劑來代替球17。
按照第二實施例，由于耐火板16的存在，在管的兩端處，在內(nèi)部陶瓷管10和外部鋼管12之間沒有間隙。即使在熔融鋁合金加熱時，由于管之間的熱膨脹系數(shù)差別，間隙形成在內(nèi)管10和外管12之間的情況下，耐火板16也可防止熔融鋁合金進入間隙。
由于由耐火板16以及內(nèi)管和外管10、12限定的內(nèi)部間隙填充球17，在內(nèi)部陶瓷管內(nèi)流動的熔融鋁合金的重量通過球17支承，可以防止熔融鋁合金的重量施加在內(nèi)管10上。
現(xiàn)在將描述按照本發(fā)明制造用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管的方法。
預(yù)先制備內(nèi)部陶瓷管10和外管鋼管12，并且通過以下步驟制造熔融物供應(yīng)管首先，通過在外管12的內(nèi)周表面上熱噴射來形成Ni合金層13。隨后，制備含有TiC粉末20的容器，并且外管12整個埋置TiC粉末20內(nèi)，如圖6所示。
含有TiC粉末20以及埋置其中的外管12的容器放置在真空加熱爐中，并且在真空中加熱到從Ni合金產(chǎn)生液相的溫度，由此將TiC顆粒14粘接到Ni合金層13的表面上。
通過在此步驟中加熱，TiC顆粒14在其從Ni合金層13的表面伸出的狀態(tài)下粘接到Ni合金層上，如圖2所示。在這種情況下，不希望的是TiC顆粒14在加熱過程中完全被熔化的Ni合金覆蓋。為了不用Ni合金完全覆蓋TiC顆粒14，而是將TiC顆粒14牢固粘接到Ni合金層13上，其中顆粒部分暴露在Ni合金層13的表面上，TiC顆粒14的平均顆粒直徑最好在10-500μm的范圍內(nèi)。
在TiC顆粒14的平均顆粒直徑小于10μm時，難以控制真空加熱過程中的溫度，使得TiC顆粒14不能完全被Ni合金的液相覆蓋。如果TiC顆粒14完全被Ni合金的液相覆蓋，將不能獲得所需的抗熔化損耗能力。
另一方面，在TiC顆粒14的平均顆粒直徑大于500μm時，Ni合金的液相將只以小的接觸面積覆蓋顆粒的下部分，造成Ni合金層13和TiC顆粒14之間強度薄弱。因此，TiC顆粒14將容易剝落。
在將TiC顆粒14粘接到Ni合金層13之后，外管12進行如下的過程，該過程包括在外管12的內(nèi)周表面上施加粘合劑和細小陶瓷粉末的混合物的漿體，陶瓷粉末包括至少一種氮化硼(BN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)，以及將陶瓷粉束焙燒在該內(nèi)周表面上。
如圖3所示，TiC顆粒14可通過由Ni合金產(chǎn)生的液相以高強度粘接到Ni合金層13上。另外，由于液相和TiC顆粒14之間進行良好的濕潤，大量TiC顆粒14可致密地粘接到Ni合金層13上。
接著，如圖7所示，內(nèi)管10插入外管12中。在插入之前，耐火板16在其兩端處放置在外管12的內(nèi)周表面上，使得每個板16在整個周邊上延伸。在插入內(nèi)管10的一端之后并且在將另一端插入外管12之前，陶瓷球17填充到內(nèi)管10和外管12之間的間隙內(nèi)。隨后，內(nèi)管10完全插入外管12，直到內(nèi)管10的另一端達到耐火板16為止。
由此制成的熔融物供應(yīng)管固定在實際壓鑄機上，以便通過重復(fù)將熔融鋁合金經(jīng)由熔融物供應(yīng)管從熔爐供應(yīng)到壓鑄機柱塞套筒來進行耐用性試驗。試驗條件如下熔融鋁合金的類型，JISAC4CH；熔融溫度，72℃；以及熔融物供應(yīng)管加熱器的溫度，720℃。同樣，除了使用作為比較的陶瓷熔融物供應(yīng)管1(組分70％SiC/30％Si3N4)(比較試驗1)或包括外部鋼管(JIS S45C)以及熱插入外管內(nèi)的內(nèi)部石墨管的作為比較的熔融物供應(yīng)管2(比較試驗2)來代替本發(fā)明的熔融物供應(yīng)管之外，在相同條件下進行作為比較的耐用性試驗。
因此，在比較試驗1中，在大約400000次之后，作為比較的熔融物供應(yīng)管1的連接部分損壞，并且熔融物開始泄漏。在比較試驗2中，在大約8000次之后，作為比較的熔融物供應(yīng)管2的連接部分由于熔化損耗而損壞，并且熔融物開始泄漏。比較試驗2中的過早熔化損耗認為是由于其熱膨脹系數(shù)的很大差別而造成石墨管和鋼管之間而過早形成間隙所引起的。因此，熔融物引入該間隙可造成鋼管的熔化損耗。相比之下，即使在120000次之后，在本發(fā)明的熔融物供應(yīng)管子中也沒有發(fā)現(xiàn)熔化損耗的缺陷，并且操作可以繼續(xù)進行。
權(quán)利要求
1.一種連接熔爐和壓鑄機的柱塞套筒的熔融物供應(yīng)管，包括內(nèi)部陶瓷管和安裝在內(nèi)管上的外部鋼管，其中Ni合金層形成在外部鋼管的內(nèi)周表面上，并且TiC顆粒粘接到Ni合金層的表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的熔融物供應(yīng)管，其特征在于，TiC顆粒具有10-500μm的平均顆粒直徑，并且在顆粒不被Ni合金層完全覆蓋而是從Ni合金層的表面部分伸出的狀態(tài)下粘接到Ni合金層上。
3.如權(quán)利要求1所述的熔融物供應(yīng)管，其特征在于，Ni合金最好具有2.6-3.2％的B、18-28％的Mo、3.6-5.2％的Si以及0.05-0.22％的C，其中余量是Ni和不可避免的雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求2所述的熔融物供應(yīng)管，其特征在于，TiC顆粒的間隙內(nèi)填充粉末，該粉末包括至少一種氮化硼(BN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)。
5.如權(quán)利要求1所述的熔融物供應(yīng)管，其特征在于，包括具有通過加熱而膨脹性能的無機材料的一對纖維板構(gòu)件在管的兩個端部處夾在內(nèi)部陶瓷管和外部鋼管之間。
6.如權(quán)利要求5所述的熔融物供應(yīng)管，其特征在于，形成在內(nèi)部陶瓷管和外部鋼管之間并由板構(gòu)件限定的間隙填充球形或顆粒陶瓷填充劑。
7.如權(quán)利要求6所述的熔融物供應(yīng)管，其特征在于，內(nèi)部陶瓷管或球形或顆粒陶瓷填充劑包括陶瓷材料，陶瓷材料包括至少一種Al2O3、SiC、Si3N4、MgO、Al2TiO5、ZrO2和硅鋁氧氮聚合材料。
8.一種用于制造熔融物供應(yīng)管的方法，該供應(yīng)管包括內(nèi)部陶瓷管和安裝在內(nèi)管上的外部鋼管以便連接熔爐和壓鑄機的柱塞套筒，該方法包括如下步驟在外部鋼管的內(nèi)周表面上形成Ni合金層；將具有Ni合金層的外管埋置在TiC粉末中，并且在真空加熱爐中在真空下將管和粉末加熱到從Ni合金中產(chǎn)生液相的溫度，由此將TiC顆粒粘接到Ni合金層的表面上；以及將內(nèi)部陶瓷管安裝在具有粘接到內(nèi)周表面上的TiC顆粒的外管上，由此組裝熔融物供應(yīng)管。
9.如權(quán)利要求8所述的用于制造熔融物供應(yīng)管的方法，其特征在于，在將TiC顆粒粘接到外管的內(nèi)周表面上之后，粘合劑和包括至少一種氮化硼(BN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)以及氮化硅(Si3N4)的粉末的混合物漿體施加在外管的內(nèi)周表面上，隨后將粉末焙燒到該內(nèi)周表面內(nèi)。
10.如權(quán)利要求8所述的用于制造熔融物供應(yīng)管的方法，其特征在于，內(nèi)部陶瓷管的一端經(jīng)由一對纖維板構(gòu)件插入外部鋼管內(nèi)，纖維板構(gòu)件包括具有通過加熱而膨脹的性能的無機材料，纖維板構(gòu)件在其兩端處放置在外管的內(nèi)周表面上，使得每個板構(gòu)件在整個周邊延伸，并且在將內(nèi)管的另一端插入外管之前，球形或顆粒陶瓷填充劑填充到形成在內(nèi)管和外管之間并通過一個板構(gòu)件限定的間隙內(nèi)。
全文摘要
提供一種用于鋁壓鑄的熔融物供應(yīng)管，該管可以抵抗機械撞擊并且相對于熔融鋁合金來說具有出色的抗熔化損耗能力，而且具有延長的壽命。用于連接熔爐和壓鑄機的柱塞套筒的熔融物供應(yīng)管包括內(nèi)部陶瓷管和安裝在內(nèi)管上的外部鋼管，其中Ni合金層形成在外部鋼管的內(nèi)周表面上，并且TiC顆粒粘接到Ni合金層的表面上。
文檔編號B22F7/04GK1978095SQ200610163790
公開日2007年6月13日 申請日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者增田淳, 藤本亮輔 申請人:東芝機械株式會社