[其他]中間合金法制造石墨鋁合金

無效

• 申請號: 85100579
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100579A
• 公開（公告）日: 1986-08-20
• 發明（設計）人: 楊靜煜;朱明光;舒光冀
• 申請（專利權）人: 南京工學院
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C1/10;C22C21/00
• 代理公司: 南京工學院專利事務所
• 代理人: 姚建楠

本發明屬于金屬基粒子型復合材料

內燃機中的活塞、汽缸，其它滑動部件如軸瓦等一般采用不含固體潤滑劑的合金。當連續的潤滑油膜被破壞時，摩擦副運動受阻，甚至損壞。如果合金成分中含有固體潤滑劑的話，就可依靠固體潤滑劑起自潤滑作用。這種補充潤滑作用是十分重要的。眾所周知，石墨是一種優良的固體潤滑劑。因此國內外大力研制各種含石墨的合金。石墨鋁合金即為其中之一。它既具有自潤滑特性，又有密度小的優點。然而制造石墨鋁合金相當困難，因為石墨在鋁液中溶解度極微，約為0.05%，鋁和碳難以形成合金。石墨與鋁液不潤濕，潤濕角約為160°，石墨與鋁液還存在較大密度差。所以石墨很難混入鋁液，暫時混入鋁液的石墨也極易漂浮排出。

在以往的發明中，制造石墨鋁合金都采用特殊工藝，如：

惰性氣體噴入法〔1〕：通過噴槍，利用惰性氣體將表面包復鎳層的石墨粒子噴入熔融的鋁液中。

旋渦法〔2〕：采用機械攪拌裝置攪拌鋁液，造成旋渦，然后將表面包復鎳層的石墨粒子加入旋渦中，使石墨粒子混入鋁液并彌散開去。

壓塊法〔3〕：取表面包復鎳層的石墨粒子兩份，鋁液一份，混合均勻并壓成塊，再用鐘罩將壓塊壓入鋁液中，待壓塊熔凈后取出鐘罩，攪拌鋁液。

超聲波法〔4〕：將鋁液加熱至液相線以上溫度20～25℃，向鋁液表面投撒預熱過的石墨粒子，然后在15～20千周的超聲波作用下，使石墨粒子混入鋁液中。

流變法（又稱復合鑄造法）〔5〕：將鋁合金加熱至固液相共存區間，待凝固析出的固相組分達50%左右時，采用機械攪拌方法攪拌合金液，使其呈漿狀，再將預熱過的石墨粒子投入漿料，混入合金中去。

上述發明均需要專用設備及掌握特殊技巧。如旋渦法，混入石墨粉后，至澆注允許停留的時間很短，甚至只有幾十秒，動作稍一遲緩，石墨就全部從鋁液中排出。制得的有些材料在750℃澆注，鑄件就出現嚴重偏析，升溫至800℃，石墨就全部排出〔6〕。根據國際鎳公司（INCO）的試驗結果〔7〕，材料經二次重熔，石墨損失嚴重。而在生產實際中，要回收廢鑄件，澆口、冒口等，因而材料必須能反復重熔。

本發明的目的在于提供一種簡單的制造石墨鋁合金的方法，使只具備傳統冶煉手段，又不掌握特殊技巧的鑄造廠也能制造多種鋁合金系的石墨鋁合金產品，并使制得的石墨鋁合金可以反復重熔，可以加熱至800℃。

本發明的要點是：采用鋁-石墨中間合金，將它與鋁合金液混合，使中間合金中的石墨粒子均勻地分布到鋁液中去，然后澆成錠坯或零件。

實行本發明的工藝有兩種辦法。第一種：首先計算好鋁合金爐料數量，按傳統工藝熔煉，精煉后，扒除鋁液表面的復蓋劑。待露出潔凈的鋁液表面時，按預先計算好的數量，投入預熱過的鋁-石墨中間合金（圖1）。接著加上壓蓋，壓蓋先預熱，其直徑比熔池表面略小，以便壓蓋放下和提起。壓蓋采用比鋁液密度小，且不與鋁液反應的材料。加上壓蓋的同時，朝壓蓋與坩堝間的縫隙處噴吹惰性氣體，盡量減少合金液的氧化。待鋁-石墨中間合金全部熔化，鋁液溫度調整至澆注溫度，就可揭去壓蓋，進行澆注。

第二種：將鋁-石墨中間合金加熱至半固態，或接近液相線溫度的全液態。加熱過程中，可加壓蓋或噴吹惰性氣體，減少氧化。同時，將計算好的鋁合金爐料加熱至溫度超過正常的澆注溫度30～50℃，精煉后到入盛放中間合金的坩堝中，調整溫度至澆注溫度，即可澆注。

圖1，是含石墨26%（體積）的鋁-石墨中間合金的金相照片（200倍）。

實施例1，稱取Al-4%Cu合金1900克，及含石墨26%（體積）的鋁-石墨中間合金約900克。先將Al-4%Cu合金放在一口徑110mm的鑄鐵坩堝內，在4千瓦電阻爐內加熱，待鋁液溫度升至680～700℃時通干燥氮氣精煉，然后扒掉表面的復蓋劑，將250℃預熱的中間合金加入鋁合金液中去，并迅速加上250℃預熱的壓蓋。壓蓋用廢電板加工而成，形狀呈園餅狀，直徑105mm厚20mm。同時在壓蓋與坩堝縫隙處噴吹氮氣，待合全液升溫至720～740℃，揭去壓蓋立即澆注。制得的石墨鋁合金，石墨粒子分布均勻，含量約為11%（體積），其金相照片見圖2。