專利名稱：一種用于鎂及鎂合金熔煉的復(fù)合型坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域的熔煉技術(shù)，是一種用于鎂及鎂合金熔煉的復(fù)合型坩堝。
背景技術(shù)：
我國(guó)有著豐富的鎂資源，原鎂的生產(chǎn)量居世界首位。鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、減震性和磁屏蔽性、可再生利用等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在汽車、飛機(jī)、計(jì)算機(jī)及通訊設(shè)備上獲得了日益廣泛的應(yīng)用。
鎂及鎂合金純度越高，其耐蝕性越好，應(yīng)用范圍越廣泛。原鎂形成商品純鎂錠或高品質(zhì)鎂合金錠，必須經(jīng)過熔化精煉以及合金化過程，坩堝是鎂及鎂合金熔煉過程的主要設(shè)備。坩堝作為高溫服役件，長(zhǎng)時(shí)間工作溫度是700℃左右，在高溫條件下，坩堝同時(shí)受到鎂液或鎂合金液、空氣、熔劑以及其它氣體等腐蝕作用。作為鎂及鎂合金熔煉坩堝，應(yīng)具有高溫強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、熔煉過程不對(duì)鎂及鎂合金液產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)中一般采用耐熱不銹鋼、高溫合金以及普通碳鋼制做坩堝。
耐熱不銹鋼、高溫合金具有高溫強(qiáng)度高、抗氧化、耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，但這些材料內(nèi)一般含有Fe、Ni、Cr、Cu等金屬元素，這些元素如果與高溫鎂液或鎂合金液接觸，或與高溫條件下的某些氣體接觸，由于長(zhǎng)時(shí)間的作用，很容易被置換或發(fā)生反應(yīng)而溶解到鎂及鎂合金液中。而Fe、Ni、Cr、Cu等元素對(duì)鎂及鎂合金極為有害，鎂及鎂合金中如果含有微量的Fe、Ni、Cr、Cu等元素，其力學(xué)性能、耐蝕性能將急劇下降。所以對(duì)于鎂及鎂合金的熔煉，具有優(yōu)良性能的耐熱不銹鋼以及高溫合金是很少被直接用作坩堝材料來使用。
用普通碳鋼材料制作鎂及鎂合金熔煉坩堝，對(duì)鎂及鎂合金液造成的污染相對(duì)較小，價(jià)格低廉，可以重熔再生，且制造方便，所以鎂及鎂合金實(shí)際生產(chǎn)中通常采用碳鋼材料坩堝。但是在實(shí)際使用過程中，碳鋼坩堝內(nèi)表面的金屬鐵在高溫金屬鎂液、熔劑以及某些氣體的作用下部分產(chǎn)生置換溶解或反應(yīng)，離開坩堝基體表面，進(jìn)入鎂液，造成鎂液中鐵含量的升高。而對(duì)于高純鎂及鎂合金的熔煉，鐵元素是危害性較大的雜質(zhì)元素，它的含量增加會(huì)大大降低鎂合金的抗蝕性，造成鎂合金鑄件機(jī)械性能的下降，甚至報(bào)廢。鐵元素離開坩堝基體表面進(jìn)入鎂液中也是一個(gè)溶解腐蝕的過程，熔煉過程中鐵坩堝受到高溫鎂液不斷的沖擊，不斷地熔解到鎂液中，使坩堝強(qiáng)度降低，可能導(dǎo)致坩堝的腐蝕穿透而發(fā)生事故。碳鋼坩堝外表面在高溫條件下易產(chǎn)生氧化，氧化皮逐漸脫落，導(dǎo)致坩堝壁變薄，強(qiáng)度減小，直至坩堝報(bào)廢。由于普通碳鋼材料坩堝使用過程中的內(nèi)表面的腐蝕以及外表面的氧化脫落，使坩堝的使用壽命大大縮短，從而增加了鎂及鎂合金的熔煉生產(chǎn)成本。所以，采用普通碳鋼材料制成的坩堝，使用壽命低，可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中坩堝在高溫使用過程中易產(chǎn)生腐蝕穿透、氧化脫落以及污染鎂及鎂合金液，使用壽命短等不足，本發(fā)明提出了一種用于鎂及鎂合金熔煉的復(fù)合型坩堝。
本發(fā)明提出的坩堝是由耐熱鋼或鎳基高溫合金材料和普通碳鋼材料制成的雙金屬坩堝與特定陶瓷材料復(fù)合而成，其內(nèi)層為不與鎂和鎂合金反應(yīng)的陶瓷材料，中間層為普通碳鋼材料，外層為耐熱鋼或鎳基高溫合金材料。耐熱鋼或鎳基高溫合金與碳鋼之間采用爆炸焊接結(jié)合，保證整體坩堝的高溫強(qiáng)度和高溫抗蠕變性能，陶瓷材料通過噴涂或激光熔敷方法與碳鋼內(nèi)表面結(jié)合，形成陶瓷材料內(nèi)表面涂層。
具體的方法是首先將耐熱鋼或鎳基高溫合金材料與普通碳鋼材料用爆炸焊接方法結(jié)合，形成雙層金屬鋼板；將雙層金屬鋼板成型為耐熱鋼或鎳基高溫合金為外表面、普通碳鋼為內(nèi)表面的復(fù)合坩堝；通過噴涂或激光熔覆的方法，在已加工成型的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝內(nèi)表面的普通碳鋼上形成陶瓷材料涂層，并打磨拋光，使陶瓷材料成為坩堝的內(nèi)層。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于坩堝內(nèi)層為陶瓷層與金屬液接觸，陶瓷材料自身不會(huì)與高溫鎂及鎂合金液發(fā)生作用，陶瓷涂層隔絕了高溫金屬液與坩堝基體金屬材料的直接接觸，避免了熔煉過程坩堝基體金屬對(duì)熔煉產(chǎn)品的二次污染，保證了熔煉金屬的品質(zhì)；外層的耐熱鋼或鎳基高溫合金材料可確保坩堝在高溫使用時(shí)，不會(huì)發(fā)生腐蝕、氧化脫落；中間碳鋼層有外層耐熱鋼或鎳基高溫合金層以及內(nèi)層陶瓷材料的包覆，避免了自身的氧化和腐蝕，主要起骨架增強(qiáng)作用，承受鎂及鎂合金液的重力；外層耐熱鋼或鎳基高溫合金與碳鋼之間采用爆炸焊接結(jié)合，確保整體坩堝的高溫強(qiáng)度。本發(fā)明具有溫度強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)，熔煉過程的二次污染低；外表面不產(chǎn)生氧化脫落的特點(diǎn)，不但可以用于原鎂的熔煉精煉提純，同樣適用于鎂的合金化熔煉制備鎂合金以及鎂合金的熔化、保溫澆注。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)施例的內(nèi)層為碳化硅陶瓷材料，中間層為厚度為30mm低碳鋼板，外層為厚度為2mm的鎳基高溫合金板材。
實(shí)施中首先采用爆炸焊接方法使鎳基高溫合金鋼板與低碳鋼板結(jié)合成為雙金屬?gòu)?fù)合鋼板；將雙金屬?gòu)?fù)合鋼板加工成外表面為鎳基高溫合金材料，內(nèi)表面為低碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝。
采用等離子噴涂的方法使碳化硅粉體均勻地沉積在已成型的坩堝內(nèi)表面的低碳鋼表面，形成厚度為1mm左右的單組分陶瓷相涂層，并經(jīng)打磨拋光即成復(fù)合坩堝。
實(shí)施例2本實(shí)施例的內(nèi)層為氮化硅粉體陶瓷材料，中間層為厚度為25mm中碳鋼板，外層為厚度為3mm的耐熱鋼板材。
實(shí)施中首先采用爆炸焊接方法使耐熱鋼板與中碳鋼板結(jié)合成為雙金屬?gòu)?fù)合鋼板；將雙金屬?gòu)?fù)合鋼板加工成外表面為耐熱鋼材料，內(nèi)表面為中碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝。
采用激光熔覆的方法使氮化硅粉體材料均勻地熔覆在已成型的坩堝內(nèi)表面的中碳鋼表面，形成厚度為3mm左右的碳化硅陶瓷涂層，并經(jīng)打磨拋光即成復(fù)合坩堝。
實(shí)施例3本實(shí)施例的內(nèi)層為碳化硅與氮化硅的混合粉體陶瓷材料，中間層為厚度為20mm普通碳鋼板，外層為厚度為4mm的鎳基高溫合金板材。
實(shí)施中首先采用爆炸焊接方法使鎳基高溫合金鋼板與普通碳鋼板結(jié)合成為雙金屬?gòu)?fù)合鋼板；將雙金屬?gòu)?fù)合鋼板加工成外表面為鎳基高溫合金材料，內(nèi)表面為普通碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝。
將碳化硅與氮化硅粉體按75∶25比例混合均勻，然后在已成型的坩堝內(nèi)表面采用激光熔覆的方法將預(yù)先混合均勻的復(fù)合陶瓷粉中熔覆在碳鋼表面，形成厚度為6mm左右的碳化硅/氮化硅復(fù)合型涂層，最后經(jīng)打磨拋光即成。
實(shí)施例4本實(shí)施例的內(nèi)層為硼化鈦粉體陶瓷材料，中間層為厚度為25mm高碳鋼板，外層為厚度為3mm的耐熱鋼板材。
實(shí)施中首先采用爆炸焊接方法使耐熱鋼板與高碳鋼板結(jié)合成為雙金屬?gòu)?fù)合鋼板；將雙金屬?gòu)?fù)合鋼板加工成外表面為耐熱鋼，內(nèi)表面為高碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝。
采用等離子噴涂的方法使硼化鈦粉體均勻地噴涂在已成型的坩堝內(nèi)表面的高碳鋼表面，形成厚度為1mm左右的單組分陶瓷相涂層，并經(jīng)打磨拋光即成復(fù)合坩堝。
實(shí)施例5本實(shí)施例的內(nèi)層為氮化硅與硼化鈦的混合粉體陶瓷材料，中間層為厚度為25mm低碳鍋爐鋼板，外層為厚度為3mm的鎳基高溫合金板材。
實(shí)施中首先采用爆炸焊接方法使鎳基高溫合金鋼板與低碳鍋爐鋼板結(jié)合成為雙金屬?gòu)?fù)合鋼板；將雙金屬?gòu)?fù)合鋼板加工成外表面為鎳基高溫合金鋼，內(nèi)表面為低碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝。
將氮化硅與硼化鈦按50∶50比例混合均勻，采用等離子噴涂的方法使混合粉材料均勻地沉積在已成型的坩堝內(nèi)表面的低碳鋼表面，形成厚度為3mm左右的氮化硅/硼化鈦復(fù)合陶瓷涂層，并經(jīng)打磨拋光即成復(fù)合坩堝。
實(shí)施例6本實(shí)施例的內(nèi)層為氧化鋯粉體陶瓷材料，中間層為厚度為30mm低碳鍋爐鋼板，外層為厚度為2mm的鎳基高溫合金板材。
實(shí)施中首先采用爆炸焊接方法使鎳基高溫合金鋼板與低碳鍋爐鋼板結(jié)合成為雙金屬?gòu)?fù)合鋼板；將雙金屬?gòu)?fù)合鋼板加工成外表面為鎳基高溫合金鋼，內(nèi)表面為低碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝。
采用電弧噴涂的方法使碳化硅粉體均勻地噴涂在已成型的坩堝內(nèi)表面的低碳鋼表面，形成厚度為1mm左右的單組分陶瓷涂層，并經(jīng)打磨拋光即成復(fù)合坩堝。
實(shí)施例7本實(shí)施例的內(nèi)層為碳化硅粉體陶瓷材料，中間層為厚度為30mm低碳鍋爐鋼板，外層為厚度為2mm的耐熱鋼板材。
實(shí)施中首先采用爆炸焊接方法使耐熱鋼板與低碳鍋爐鋼板結(jié)合成為雙金屬?gòu)?fù)合鋼板；將雙金屬?gòu)?fù)合鋼板加工成外表面為耐熱鋼，內(nèi)表面為低碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝。
采用火焰噴涂的方法使氧化鋯粉體均勻地噴涂到已成型的坩堝內(nèi)表面的低碳鋼表面，形成厚度為1mm左右的單組分陶瓷涂層，并經(jīng)打磨拋光即成復(fù)合坩堝。
實(shí)施例8本實(shí)施例的內(nèi)層為氧化鋁粉體陶瓷材料，中間層為厚度為30mm低碳鋼板，外層為厚度為2mm的鎳基高溫合金板材。
實(shí)施中首先采用爆炸焊接方法使鎳基高溫合金鋼板與低碳鋼板結(jié)合成為雙金屬?gòu)?fù)合鋼板；將雙金屬?gòu)?fù)合鋼板加工成外表面為鎳基高溫合金鋼，內(nèi)表面為低碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合坩堝。
采用超音速噴涂的方法使氧化鋁陶瓷粉體均勻地噴涂到已成型的坩堝內(nèi)表面的低碳鋼表面，形成厚度為1mm左右的單組分陶瓷相涂層，并經(jīng)打磨拋光即成復(fù)合坩堝。
權(quán)利要求
1.一種用于鎂及鎂合金熔煉的復(fù)合型坩堝，將用耐熱鋼或鎳基高溫合金與碳鋼復(fù)合而成的雙金屬?gòu)?fù)合板制成坩堝，其特征在于該坩堝內(nèi)表面的金屬材料上復(fù)合有不與高溫鎂及鎂合金液發(fā)生反應(yīng)且穩(wěn)定的陶瓷材料。
2.一種加工權(quán)利要求書1所述復(fù)合型坩堝的方法，其特征在于該坩堝的雙金屬?gòu)?fù)合板采用爆炸焊接而成；陶瓷材料通過噴涂或激光熔覆的方法復(fù)合在坩堝內(nèi)表面。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于鎂及鎂合金熔煉的復(fù)合型坩堝。為克服現(xiàn)有技術(shù)中坩堝在高溫使用中易腐蝕穿透、氧化脫落及產(chǎn)品質(zhì)量低、壽命短的不足，本發(fā)明采用由耐熱鋼或鎳基高溫合金與碳鋼制成的雙金屬坩堝與陶瓷材料復(fù)合而成內(nèi)層為不與鎂和鎂合金反應(yīng)的陶瓷材料，中間層為碳鋼材料，外層為耐熱鋼或鎳基高溫合金材料。雙金屬材料之間采用爆炸焊接結(jié)合，增強(qiáng)坩堝的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能，陶瓷材料通過噴涂或激光熔覆方法在碳鋼表面形成陶瓷內(nèi)涂層。本發(fā)明中，外層使坩堝高溫時(shí)不發(fā)生氧化脫落；碳鋼層避免了高溫氧化；陶瓷層阻止了高溫金屬液及腐蝕氣體對(duì)坩堝金屬材料的腐蝕，避免了熔煉過程的二次污染，可用于原鎂熔煉提純以及鎂合金的熔煉制備、熔化和鑄造。
文檔編號(hào)F27B14/10GK1670458SQ20051004192
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者黃衛(wèi)東, 劉建睿, 陳虎魁 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)