基于增材制造的陶瓷过滤浇注系统整体制备研究

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铝合金铸造过程中使用陶瓷过滤器,不仅能稳定金属液流动,更能有效过滤金属液中的杂质,从而减少铸件中的氧化夹杂、缩孔等缺陷,提高铸件性能。目前,常用陶瓷过滤器(网)与浇注系统分别制备,再将陶瓷过滤器安装在浇注系统内、组合使用,存在定位不准、固定不牢、工艺较复杂等问题。增材制造技术的应用,可以克服上述不足,为快速整体制备包含过滤器的浇注系统提供新方案。本文采用分层挤出成形(LEF)及喷射粘结成形(BJ)两种增材制造方法,整体制备铝合金精密铸造用复杂多孔陶瓷过滤器及过滤浇注系统,研究了成形工艺参数对陶瓷过滤器性能的影响。本文主要工作及成果如下:(1)设计了多种新型多孔陶瓷过滤器结构,通过流体模拟仿真获得了优选的陶瓷过滤器结构;构造了陶瓷过滤浇注系统整体结构,通过对无过滤器和有过滤器浇注系统的铸造过程进行模拟仿真,验证了陶瓷过滤浇注系统整体的优势。(2)采用LEF方法制备氧化铝陶瓷过滤器,研究了陶瓷浆料的挤出特征,通过正交试验、响应面分析优选挤出成形参数。结果表明,当填充角度为0/90/45/-45°(第一层0°、第二层90°、第三层45°、第四层-45°,依次重复),挤出直径0.34mm,填充率20%,烧结温度1400°C时,过滤器试样抗弯强度是14.35 MPa,总孔隙率67.60%,宏观孔隙率53.40%,线性收缩率2.51%,过滤器的综合性能最优。采用多材料多头挤出设备,初步探索了陶瓷过滤浇注系统的整体制备方案,通过铝合金浇注实验验证了陶瓷过滤浇注系统的使用效果。(3)采用BJ方法整体制备陶瓷过滤浇注系统,研究了成形参数及后处理工艺对陶瓷过滤器性能的影响。当分层厚度为0.1 mm、设备喷墨浓度为100%时,坯体经200°C固化4 h、浸渗硅溶胶90 s后在1300°C下高温烧结2 h,多孔陶瓷过滤器试样抗弯强度为11.84 MPa,总孔隙率71.66%、宏观孔隙率47.50%。通过铝合金浇注实验,验证了BJ方法整体制备的陶瓷过滤器及过滤浇注系统的使用效果。
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