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Title:
METHOD FOR PROCESSING AND MANUFACTURING METAL STRUCTURE MATERIAL UNDER COILING AND SINTERING PRESSURE OF METAL SCREEN CLOTH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/000739
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for processing and manufacturing a metal structure material under a coiling and sintering pressure of a metal screen cloth: firstly, knitting metal wires into metal screen cloth strips, and tightly coiling the metal screen cloth strips to form a coiled blank body which is coated layer-by-layer and in which an outer-layer material tightly covers an inner-layer material; then, sintering the coiled blank body; reducing gaps within the coiled blank body material by plastic processing, after reaching a porosity that fulfills requirements, finally manufacturing and obtaining the required porous metal structural material, and manufacturing mechanical structural parts by using a mechanical processing method. The method may be used for manufacturing and obtaining a porous metal structural material with high porosity and high mechanical property, and the density of which is smaller than that of a compact metal of the same material. Once processed into a mechanical part, a mechanical structure is capable of being light-weight. The overall technological process is short, making it easy to achieve automatic and large-scale production; overall, the efficiency is high, and the cost is low.

Inventors:
ZHOU, Zhaoyao (No. 381 Wushan Road, Tianhe DistrictGuangzhou, Guangdong 0, 510640, CN)
WU, Fei (No. 381 Wushan Road, Tianhe DistrictGuangzhou, Guangdong 0, 510640, CN)
DUAN, Liuyang (No. 381 Wushan Road, Tianhe DistrictGuangzhou, Guangdong 0, 510640, CN)
YAO, Bibo (No. 381 Wushan Road, Tianhe DistrictGuangzhou, Guangdong 0, 510640, CN)
QIN, Jie (No. 381 Wushan Road, Tianhe DistrictGuangzhou, Guangdong 0, 510640, CN)
CAO, Xiaobing (No. 381 Wushan Road, Tianhe DistrictGuangzhou, Guangdong 0, 510640, CN)
Application Number:
CN2016/109470
Publication Date:
January 04, 2018
Filing Date:
December 12, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SOUTH CHINA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY (No. 381 Wushan Road, Tianhe DistrictGuangzhou, Guangdong 0, 510640, CN)
International Classes:
B22F5/00; B23P15/00
Attorney, Agent or Firm:
GUANGZHOU HUAXUE INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY CO., LTD. (1st Floor Material Building, No. 381 Wushan Road Tianhe Distric, Guangzhou Guangdong 0, 510640, CN)
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构材料的方法, 其特征在 于: 首先, 将金属丝编织成金属网布带料, 再将金属网布带料紧密卷 叠, 形成外层材料紧密包覆内层材料的层层包覆的卷叠坯体; 然后烧 结卷叠坯体; 再通过塑性加工减小卷叠坯体材料内的空隙, 最终达到 要求的孔隙率后便可制造获得所需的含孔隙的金属结构材料, 再通过 机械加工的方法制造成机械结构零件。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 所述塑性加工能够在烧结前进行, 塑性加 工和烧结能够重复进行多次。

[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 所述金属网布带料紧密卷叠吋, 在金属网 布上均匀分布等厚度的金属粉末, 并将金属粉末均匀地紧密卷叠在金 属网布层之间, 烧结并塑性加工之后, 制造获得金属网布增强的粉末 冶金透气金属材料。

[权利要求 4] 根据权利要求 3所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 所述粉末冶金透气金属材料为透气钢。

[权利要求 5] 根据权利要求 3所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 将所述金属粉末轧制在金属网布带料上并 烧结后再卷叠成卷叠坯。

[权利要求 6] 根据权利要求 3所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 将所述金属粉末配制成混合浆料之后再均 匀分布在金属网布上, 然后将金属粉末均匀地紧密卷叠在金属网布层 之间, 干燥之后再烧结。

[权利要求 7] 根据权利要求 3所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 将所述金属粉末配制成含粘接剂的混合料 之后, 再使金属粉末均匀分布粘接在金属网布上, 然后将金属粉末均 匀地紧密卷叠在金属网布层之间, 加热去除粘接剂之后再烧结。 [权利要求 8] 根据权利要求 1所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 所述金属网布带料紧密卷叠是将金属网布 卷叠在芯子上, 通过旋转芯子使带料圈绕在芯子上, 带料的转绕堆积 使材料的厚度增长, 形成层层紧密包覆的卷叠坯体。

[权利要求 9] 根据权利要求 1所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 所述芯子是杆状芯、 板状芯或管状芯。

[权利要求 10] 根据权利要求 1所述的一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方法, 其特征在于: 所述制造获得的含孔隙的金属结构材料为 棒材、 管材、 型材、 板材或块体材料。

Description:
一种金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结构 材料的方 法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属结构材料制造的技术领域, 尤其是指一种金属网布卷叠烧结压 力加工制造金属结构材料的方法。

背景技术

[0002] 日本专利早期公幵文本第 4-72004号公幵了一种生产多孔铸模的方法。 该方法 是将 SUS434不锈钢颗粒压成一种压实体, 再经过烧结、 氮化、 炉冷却并快速冷 却形成烧结多孔块。 日本专利早期公幵文本第 6-33112号公幵了一种生产多孔模 具材料的方法。 该方法将由低 C和低 N-Cr不锈钢颗粒构成的 80%重量粉末与 20% 重量的不锈钢纤维 (纤维矩形横截面的外接圆直径为 20μηι至 100μηι, 长度为 0.4 mm至 3.0mm) 混合体压成压实体, 再将压实体烧结成烧结体, 在氮气中加热烧 结体形成氮化体, 然后冷却和再加热制备多孔模具材料。 中国专利申请号: 961 12336.2公幵了用于铸造的多孔模具材料及其生 方法。 该方法将 SUS434不锈钢 颗粒 (粒度主要为 300μηι至 500μηι) 和采用借助转刀銑床 RCM400粉碎的 SUS434 不锈钢长纤维 (纤维矩形横截面的外接圆直径为 60μηι至 80μηι, 长度为 2.0mm至 3 .5mm) 混合, 不锈钢颗粒与不锈钢纤维的混合比在 40\¥ :60\¥ 至65\¥ :35\¥1 %, 混合物经过加压、 烧结、 进行氮气喷射处理及冷却和再加热形成多孔模 具材 料。 上述专利采用的不锈钢颗粒或纤维为 SUS434铁素体不锈钢材料, 不能通过 淬火、 回火热处理工艺强化。 同吋, 由于具有矩形横截面的 SUS434不锈钢长纤 维由转刀銑床 RCM400粉碎加工而成, 纤维上会留有加工后的微裂纹, 转刀銑床 RCM400粉碎加工而成的长纤维作为生产多孔模具 材料的纤维增强相会因为微裂 纹等缺陷而影响增强效果, 工艺流程长, 成本高。 中国专利申请号: 200610037 007.6公幵了一种自透性金属模具制造及应用方 , 很难将纤维与粉末混匀, 只 能手工操作, 难以实现自动化生产。 中国专利 201410440413.1—种金属短纤维的 制备方法及其短切装置, 本发明所提供的技术方案其金属短纤维的制备 方法为 : 首先, 金属长纤维丝材在夹送机构的作用下向前送进 , 经过导向管进入定刀 刀模的贯通模孔内, 其中, 所述定刀刀模配套有与其配合剪断金属长纤维 丝材 的动刀刀模, 且所述定刀刀模的贯通模孔的出口为刃口; 之后该金属长纤维丝 材在夹送机构的作用下继续向前送进, 穿过定刀刀模的贯通模孔, 当所述金属 长纤维丝材伸出贯通模孔预设长度后, 所述动刀刀模做圆周运动, 其直线刀刃 贴近定刀刀模的模孔刃口经过, 两刃形成对剪运动, 最终剪断伸出贯通模孔的 金属长纤维丝材, 制造获得所需长度的短纤维。 然后将短纤维压制烧结制造出 多孔隙金属材料。 将纤维短切磨损刀具、 消耗电能、 耗费吋间, 而且分布在材 料中的纤维不连续导致力学性能降低。

[0003] 中国专利申请号: 201410225398.9公幵了一种长纤维织构组织金属材 的制造 方法, 首先, 将金属长纤维丝材进行紧密编织, 形成编织体; 然后通过塑性加 工消除编织体内的空隙, 并使丝材之间实现冶金结合, 最终便可制造获得所需 的具有长纤维织构组织的致密金属材料, 即无孔隙金属材料。 编织体为绳索、 管、 型材、 板状或块状。 只有采用三维编织机才能编织出相应的材料, 设备复 杂, 效率低, 成本很高。

技术问题

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷 , 提供一种可靠、 效率高、 易于 控制的金属网布卷叠烧结压力加工制造金属结 构材料的方法, 总体工艺流程短 , 易于实现自动化及大规模生产, 总体成本低。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 为实现上述目的, 本发明所提供的技术方案为: 一种金属网布卷叠烧结压力加 工制造金属结构材料的方法, 首先, 将金属丝编织成金属网布带料, 再将金属 网布带料紧密卷叠, 形成外层材料紧密包覆内层材料的层层包覆的 卷叠坯体; 然后烧结卷叠坯体; 再通过塑性加工减小卷叠坯体材料内的空隙, 最终达到要 求的孔隙率后便可制造获得所需的含孔隙的金 属结构材料, 再通过机械加工的 方法制造成机械结构零件。

[0006] 所述塑性加工可以在烧结前进行, 塑性加工和烧结可以重复进行多次。 [0007] 所述金属网布带料紧密卷叠吋, 在金属网布上均匀分布等厚度的金属粉末, 并 将金属粉末均匀地紧密卷叠在金属网布层之间 , 烧结并塑性加工之后, 制造获 得金属网布增强的粉末冶金透气金属材料。

[0008] 所述粉末冶金透气金属材料为透气钢。

[0009] 将所述金属粉末轧制在金属网布带料上并烧结 后再卷叠成卷叠坯。

[0010] 将所述金属粉末配制成混合浆料之后再均匀分 布在金属网布上, 然后将金属粉 末均匀地紧密卷叠在金属网布层之间, 干燥之后再烧结。

[0011] 将所述金属粉末配制成含粘接剂的混合料之后 , 再使金属粉末均匀分布粘接在 金属网布上, 然后将金属粉末均匀地紧密卷叠在金属网布层 之间, 加热去除粘 接剂之后再烧结。

[0012] 所述金属网布带料紧密卷叠是将金属网布卷叠 在芯子上, 通过旋转芯子使带料 圈绕在芯子上, 带料的转绕堆积使材料的厚度增长, 形成层层紧密包覆的卷叠 坯体。

[0013] 所述芯子是杆状芯、 板状芯或管状芯。

[0014] 所述制造获得的含孔隙的金属结构材料为棒材 、 管材、 型材、 板材或块体材料

发明的有益效果

有益效果

[0015] 本发明与现有技术相比, 具有如下优点与有益效果:

[0016] 1、 可以制造获得高孔隙率、 高力学性能的多孔金属结构材料, 密度小于同种 材料的致密金属, 加工成机械零件, 可以实现机械结构的轻量化。

[0017] 2、 本发明方法制造的具有长纤维织构增强金属结 构材料, 纤维没有被切断, 是连续的, 具有丝材高的抗拉强度和高的疲劳强度性能, 可以像普通金属材料 一样加工成机械结构零件使用, 应用领域量大面广, 可以创造重大的经济效益

[0018] 3、 透气钢可以用于制造模具, 气体可以透过模具材料排出, 用于需要排除模 具型腔中气体的模具成形。

[0019] 4、 材料显微组织均匀, 具有可重复性, 材料加工工艺及性能可控。 [0020] 5、 通过表面处理附着在丝材表面的物质随着丝材 均匀地分布到制备的材料中

[0021] 6、 渗氮渗碳可以渗透连通孔隙到材料内部, 材料的抗腐蚀性能和力学性能得 到大幅提高。

[0022] 7、 本发明的多孔金属结构材料阻尼因子大, 可以吸振减振, 采用本发明的多 孔金属结构材料制造机械零件, 可以降低机械结构的振动。

[0023] 8、 将金属丝编织成金属网布是二维编织效率高、 成本低, 卷叠工艺方法简单 、 可靠、 效率很高、 成本很低, 易于控制。

[0024] 9、 总体工艺流程短, 易于实现自动化及大规模生产, 总体效率高, 总体成本 低。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0025] 下面结合多个具体实施例对本发明作进一步说 明。

[0026] 实施例 1

[0027] 本发明所述的金属网布卷叠烧结压力加工制造 金属结构材料的方法, 其情况为 : 首先, 将金属丝编织成金属网布带料, 再将金属网布带料紧密卷叠, 形成外 层材料紧密包覆内层材料的层层包覆的卷叠坯 体; 然后烧结卷叠坯体, 使材料 之间实现冶金结合; 再通过塑性加工 (锻压、 挤压、 拉拔或轧制等) 减小卷叠 坯体材料内的空隙, 最终达到要求的孔隙率后便可制造获得所需的 含孔隙的金 属结构材料 (可以为棒材、 管材、 型材、 板材或块体材料) , 再通过机械加工 的方法制造成机械结构零件。

[0028] 而在本实施例中, 是采用直径 35微米的 lCrl8Ni9不锈钢丝材, 通过编织机紧密 编织成宽度为 1米的不锈钢金属布, 再将不锈钢网带的一端固定在直径为 20毫米 的不锈钢圆杆芯轴上, 电机驱动机构旋转圆杆芯轴, 将不锈钢网带紧密卷叠在 圆杆芯轴上, 并保持端部对齐, 形成外层材料紧密包覆内层材料的层层包覆的 不锈钢网带圆棒形卷叠坯体; 外形尺寸达到要求的直径 200毫米后, 剪短不锈钢 网带, 并用钢丝捆住不锈钢网带卷叠坯体, 保持卷叠坯体不会松散, 然后将不 锈钢网带卷叠坯体放入真空烧结炉中, 加热达到 1320摄氏度, 保温两小吋, 烧 结不锈钢网带卷叠坯体, 使网带材料层与层之间、 丝材之间实现冶金结合; 烧 结之后, 再通过棒材轧机轧制烧结了的坯体材料, 使坯体材料致密化, 减小卷 叠坯体材料内的空隙, 多次轧制, 最终达到 30%的孔隙率后获得所需的含孔隙的 金属结构材料棒材, 再通过机械加工的方法制造成轴类零件。

[0029] 实施例 2

[0030] 与实施例 1不同的是本实施例在烧结之前, 去除包含在中心的圆杆芯轴。

[0031] 实施例 3

[0032] 与实施例 1不同的是本实施例多次轧制后, 进行二次烧结, 二次烧结后又进行 轧制。

[0033] 实施例 4

[0034] 与实施例 1不同的是本实施例的金属丝材为铜合金, 烧结实现冶金结合吋是在 真空加热炉中加热达到 810摄氏度保温两小吋。

[0035] 实施例 5

[0036] 与实施例 1不同的是本实施例的金属丝材为铝合金, 烧结实现冶金结合吋是在 真空加热炉中加热达到 630摄氏度保温两小吋。

[0037] 实施例 6

[0038] 与实施例 1不同的是本实施例通过编织机编织成 300目孔隙尺寸、 宽度 1米的不 锈钢网带。

[0039] 实施例 7

[0040] 与实施例 1不同的是本实施例采用直径 35微米的 lCrl8Ni9不锈钢丝材束进行编 织, 每束 100根。

[0041] 实施例 8

[0042] 与实施例 2不同的是本实施例将烧结后的材料置于平板 具之间压制。

[0043] 实施例 9

[0044] 与实施例 1不同的是本实施例芯子为 8毫米厚、 40毫米宽、 1200毫米长的金属板 , 卷叠坯体为板状, 去除芯板后轧制烧结, 制造获得含孔隙的金属结构板材, 通过冲压成形为壳体零件。

[0045] 实施例 10 [0046] 与实施例 1不同的是本实施例芯子为边长为 20毫米方形杆, 制造获得方形截面 含孔隙的金属结构材料。

[0047] 实施例 11

[0048] 与实施例 1不同的是本实施例芯子为内径 30毫米、 壁厚 15毫米的金属管, 烧结 吋不去除芯子, 制造获得管形含孔隙的金属结构材料。

[0049] 实施例 12

[0050] 与实施例 9不同的是本实施例芯子为 2毫米厚、 40毫米宽、 1200毫米长的金属板

, 卷叠坯体为块状, 去除芯板后轧制烧结, 制造获得含孔隙的金属结构块体材 料。

[0051] 实施例 13

[0052] 与实施例 1不同的是本实施例所述不锈钢金属布带料紧 卷叠前, 使金属布带 料保持水平, 送粉机构将不锈钢金属粉末输送到金属布带料 上, 刮粉器将金属 布带上的粉末刮平, 并控制粉末厚度为 0.2毫米厚, 使不锈钢金属网布上均匀铺 设等厚度的不锈钢金属粉末, 然后将不锈钢金属粉末均匀地紧密卷叠在金属 布 层之间, 烧结使丝材和粉末实现冶金结合后对材料进行 塑性压力加工制造获得 金属布均匀增强的粉末冶金透气金属材料, 用于制造具有透气性能的塑料成型 模具。

[0053] 实施例 14

[0054] 与实施例 13不同的是本实施例进行了二次烧结、 二次塑性压力加工。

[0055] 实施例 15

[0056] 与实施例 13不同的是本实施例采用的是金属混合粉末。

[0057] 实施例 16

[0058] 与实施例 1不同的是本实施例采用的丝材为 20号钢材料。

[0059] 实施例 17

[0060] 与实施例 1不同的是本实施例所述的金属丝材在进行编 前, 先经过渗氮表面 处理, 丝材表面生成氮化表面膜, 具有氮化表面膜层的金属丝材紧密编织制造 成具有长纤维织构组织增强的多孔隙金属结构 材料。

[0061] 实施例 18 [0062] 与实施例 17不同的是本实施例所述的金属丝材经过渗碳 面处理, 丝材表面生 成碳化表面膜。

[0063] 实施例 19

[0064] 与实施例 17不同的是本实施例所述的金属丝材经过碳氮 渗表面处理。

[0065] 实施例 20

[0066] 与实施例 17不同的是本实施例所述的金属丝材经过镀镍 面处理。

[0067] 实施例 21

[0068] 与实施例 17不同的是本实施例所述的金属丝材经过镀镍 后再镀铬。

[0069] 与实施例 1不同的是本实施例所述金属丝材为轴承钢丝 。

[0070] 实施例 22

[0071] 与实施例 1不同的是本实施例采用的丝材直径为 500微米。

[0072] 实施例 23

[0073] 与实施例 13不同的是本实施例将金属粉末轧制在金属网 带料上, 然后将金属 粉末烧结在金属网布带料上, 然后再卷叠成卷叠坯。

[0074] 实施例 24

[0075] 与实施例 13不同的是本实施例将金属粉末配制成混合浆 之后再均匀分布在金 属网布上, 然后将金属粉末均匀地紧密卷叠在金属网布层 之间, 加热干燥之后 再烧结使丝材和粉末实现冶金结合。

[0076] 实施例 25

[0077] 与实施例 13不同的是本实施例将所述金属粉末配制成含 分子粘接剂的混合料 之后再均匀分布粘接在金属网布上, 然后将金属粉末均匀地紧密卷叠在金属网 布层之间, 加热使高分子粘接剂分解挥发, 去除粘接剂, 再烧结使丝材和粉末 实现冶金结合。

[0078] 综上所述, 本发明方法的原理是: 当把金属丝材编织成金属网布, 金属网布卷 叠在一起尺寸增长, 达到一定的尺寸, 烧结塑形压力加工后获得金属体积材料 。 丝材由编织结构和层层包覆相互约束, 由于丝材没有被切断, 长纤维织构在 制备的新材料中是连续的, 则由丝材组成的新材料具有长纤维织构组织, 因而 具有丝材的高抗拉强度和高疲劳强度性能。 同吋丝材之间烧结实现冶金结合后 , 就形成了由丝材构成的体积材料, 丝材组成的新材料具有常规体积材料的刚 度, 可以像普通金属材料一样加工成机械零件或模 具使用, 比普通金属材料的 力学性能更高、 使用寿命更长, 因而零件的安全可靠性得到了提高, 值得推广 以上所述实施例子只为本发明较佳实施例, 并非以此限制本发明的实施范围, 故凡依本发明之形状、 原理所作的变化, 均应涵盖在本发明的保护范围内。