專利名稱：復(fù)合材料、連續(xù)鑄造用部件、連續(xù)鑄造用噴嘴、連續(xù)鑄造方法、鑄造材料和鎂合金鑄造卷材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合于制造純鎂或鎂合金的鑄造材料的連續(xù)鑄造用部件，并且特別是涉及適合用于連續(xù)鑄造用噴嘴中的復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及使用所述連續(xù)鑄造用噴嘴的連續(xù)鑄造方法和通過所述方法得到的鑄造材料和鎂合金鑄造卷材。
背景技術(shù)：
如下的連續(xù)鑄造是已知的其中，將在熔化爐中熔融的金屬熔融液從中間包供給至由輥、帶等構(gòu)成的動(dòng)模，并且通過使所述金屬熔融液與所述動(dòng)模接觸而使其冷卻并固化，從而連續(xù)地制造鑄造材料。金屬熔融液經(jīng)由噴嘴被供給至動(dòng)模。這種鑄造用噴嘴的例子包括在專利文獻(xiàn)I和2中描述的噴嘴。在專利文獻(xiàn)I中，公開了具有前端的噴嘴，所述前端具有包括高熱導(dǎo)率層、低熱導(dǎo)率層和高強(qiáng)度彈性層的三層結(jié)構(gòu)，其降低了鑄造期間金屬熔融液在材料寬度方向上的溫度變化。專利文獻(xiàn)2公開了適用于純鎂或鎂合金的連續(xù)鑄造中的 噴嘴。為了防止噴嘴形成材料和作為活性金屬的鎂的金屬熔融液之間的反應(yīng)，這種噴嘴包含由氧化物材料構(gòu)成的主體，和由低氧材料構(gòu)成并設(shè)置在所述主體與所述金屬熔融液接觸的表面上的包覆層?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2006-015361號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2006-263784號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題然而，當(dāng)將金屬熔融液從噴嘴供給至動(dòng)模時(shí)，所述噴嘴不斷地接觸非常熱的金屬熔融液。因此，由于所述金屬熔融液的熱所造成的氧化和所述金屬熔融液的滲透，所述部件的構(gòu)成成分可能被所述金屬熔融液消耗或者發(fā)生部件的耗損或劣化。這在一些情況下可能導(dǎo)致部件的破損。因?yàn)橛刹考踊斐傻牟考冃闻c金屬熔融液的組成變化使得所述金屬熔融液的流動(dòng)不均勻，所以變得難以繼續(xù)長時(shí)間的連續(xù)鑄造。此外，在噴嘴和動(dòng)模之間在供給金屬熔融液的部位形成間隙。該間隙產(chǎn)生于由動(dòng)模和從噴嘴前端的內(nèi)周緣起在噴嘴軸方向上延伸的延長線限定的區(qū)域中。少量已經(jīng)流入間隙中的金屬熔融液被動(dòng)模冷卻并在間隙中固化，由此局部地干擾金屬熔融液流并導(dǎo)致鑄造材料的表面性狀的下降。固化的金屬熔融液也附著到動(dòng)模(例如，輥)上并可能成為產(chǎn)生鑄造材料的表面缺陷的原因。在上述情況下做出了本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供適合于形成連續(xù)鑄造用部件的復(fù)合材料，使用該復(fù)合材料盡管可以進(jìn)行長時(shí)間鑄造，但是抑制了部件的劣化和耗損與金屬熔融液的組成變化；阻止了金屬熔融液流入噴嘴和動(dòng)模之間的間隙中；并且可以長時(shí)間連續(xù)鑄造表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料。本發(fā)明的另一目的是提供使用所述復(fù)合材料的連續(xù)鑄造用部件，特別是連續(xù)鑄造用噴嘴。本發(fā)明的又一目的是提供使用連續(xù)鑄造用噴嘴的連續(xù)鑄造方法，和通過該方法獲得鑄造材料和鎂合金鑄造卷材。解決問題的手段通過使機(jī)械強(qiáng)度高并且與諸如純鎂熔融液或鎂合金熔融液的金屬熔融液的反應(yīng)性低的多孔體的至少一部分和對金屬熔融液的潤濕性低的填充材料形成復(fù)合材料,本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了上述目的。本發(fā)明的復(fù)合材料涉及如下復(fù)合材料，其構(gòu)成在純鎂熔融液或鎂合金熔融液的連續(xù)鑄造時(shí)使用的連續(xù)鑄造用部件的至少一部分。所述復(fù)合材料具有具有孔的多孔體，和在所述多孔體的表面部中與所述金屬熔融液接觸的部位的至少一部分中包含的填充材料。所述填充材料含有選自氮化物、碳化物和碳的至少一種作為主成分。這些材料是相比于所述多孔體對所述金屬熔融液的潤濕性低的材料(下文中稱為金屬熔融液排斥材料)。此處，所述表面部是指距所述多孔體的表面具有特定深度的三維區(qū)域。因?yàn)樗鎏畛洳牧闲枰辽?包含在所述表面部中，因此所述填充材料可以不僅存在于所述表面部中，而且存在于所述多孔體的內(nèi)側(cè)中。所述填充材料的主成分是指占所述填充材料的60質(zhì)量％以上的成分。當(dāng)使用本發(fā)明的復(fù)合材料時(shí)，在包含含有金屬熔融液排斥材料的填充材料的部位可排斥純鎂、鎂合金等的金屬熔融液。因此，當(dāng)連續(xù)鑄造用部件(特別是連續(xù)鑄造用噴嘴)由這種復(fù)合材料制成時(shí)，可抑制鑄造期間的金屬熔融液流的干擾，并且作為結(jié)果，可獲得表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料。由于存在填充材料，所以可容易地抑制由于金屬熔融液的熱、金屬熔融液的氧化和金屬熔融液到多孔體中的滲透而對多孔體造成的損傷。因此，通過使用本發(fā)明的復(fù)合材料而制成的連續(xù)鑄造用部件是耐損傷的。結(jié)果，可獲得表面品質(zhì)長期穩(wěn)定的鑄造材料。此外，由于所述復(fù)合材料具有包含多孔體和包含在其孔中的填充材料的結(jié)構(gòu)，因此所述復(fù)合材料可顯示高韌性并且難以產(chǎn)生機(jī)械破損。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料，可制造具有適合于連續(xù)鑄造的薄壁和/或復(fù)雜形狀的連續(xù)鑄造用噴嘴。在使用具有這種結(jié)構(gòu)的噴嘴的情況下，可減少在將金屬熔融液供給至動(dòng)模時(shí)形成的彎液面。結(jié)果，可抑制波痕尺寸增大和鑄造材料的表面缺陷的產(chǎn)生。關(guān)于構(gòu)成所述填充材料的主成分，氮化物對由與鎂的反應(yīng)引起的腐蝕特別具有耐性，因?yàn)榈锸堑脱醪牧?。氮化物也具有高熱?dǎo)率和低熱膨脹性，并且因此在源自金屬熔融液的熱下經(jīng)歷較小的膨脹和收縮，并且很少從多孔體中剝離。這樣的復(fù)合材料具有高韌性并且難以發(fā)生機(jī)械破損。此外，由與金屬熔融液和空氣的接觸造成的劣化小，并且可容易地保持均勻的金屬熔融液流。根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實(shí)施方式，包覆層優(yōu)選還設(shè)置在所述多孔體的包含所述填充材料的部分的表面上。在這種情況下，包覆層含有選自氮化物、碳化物和碳的至少一種作為主成分。包覆層的主成分是指占包覆層的60質(zhì)量％以上的成分。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置有包覆層的部分可更有效地排斥金屬熔融液。在氮化物、碳化物和碳中，氮化物在顯示化學(xué)穩(wěn)定性的同時(shí)不被金屬熔融液潤濕，不與金屬熔融液反應(yīng)，并且高度排斥金屬熔融液。由于氮化物是基本上不含氧的低氧材料，因此氮化物對由與純鎂熔融液或鎂合金熔融液的反應(yīng)造成的腐蝕具有耐性。此外，由于氮化物具有高熱導(dǎo)率和低熱膨脹性，因此氮化物的由源自金屬熔融液的熱造成的膨脹和收縮較小，并且包覆層很少從多孔體的表面剝離且難以破損。根據(jù)包含上述包覆層的本發(fā)明復(fù)合材料的實(shí)施方式，所述包覆層可含有氧化鋁作為主成分以外的成分。包覆層的密度是決定金屬熔融液對包覆層的潤濕性的要素中的重要要素。其對于層的耐久性，即對剝離和破損的耐性，以及與金屬熔融液和空氣的反應(yīng)性也是重要要素。氧化鋁具有提高包覆層的密度的效果。根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實(shí)施方式，所述包覆層的相對密度優(yōu)選為30%以上且95%以下，并且更優(yōu)選40%以上且85%以下。包覆層隨其密度升高而更加排斥金屬熔融液。因此，當(dāng)將這種復(fù)合材料用于連續(xù)鑄造用噴嘴中時(shí)，防止金屬熔融液流入噴嘴和動(dòng)模之間的間隙中。當(dāng)包覆層的密度為上述上限以下時(shí)，可能降低包覆層的熱導(dǎo)率。特別是當(dāng)在噴嘴構(gòu)件的不與金屬熔融液接觸的前
端區(qū)域中設(shè)置包覆層時(shí)，可抑制由從噴嘴構(gòu)件至鑄造輥的排熱而引起的金屬熔融液的溫度降低，并且這對于穩(wěn)定鑄造是優(yōu)選的。在此，所述相對密度是指由(包覆層的密度)/(主成分的理論密度X主成分含量+副成分的理論密度X副成分含量)X 100 (%)確定的值。包覆層的主成分的密度是通過體積密度測定或阿基米德法測定的值。根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實(shí)施方式，所述包覆層的厚度為200 μ m以上。當(dāng)將復(fù)合材料用于連續(xù)鑄造用部件中時(shí)，過薄的包覆層可能由于金屬熔融液的滲透而剝離或破裂，因此所述厚度優(yōu)選為200 μ m以上。更優(yōu)選地,所述厚度為300 μ m以上。然而，當(dāng)包覆層過厚時(shí)，在包覆層和噴嘴主體之間的粘附性可能降低，并且包覆層可能從多孔體剝離。因此，所述厚度優(yōu)選為IOOOym以下，并且更優(yōu)選500 μ m以下。根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實(shí)施方式，所述包覆層通過經(jīng)由熱處理將粉末固定至所述多孔體的表面而形成。用于形成包覆層的方法的例子是包括如下的方法將用作包覆層原料的粉末(主成分的粉末)與特定量的溶劑和粘合劑混合以制備漿體，將該漿體涂布至多孔體的表面，并對涂布的漿體進(jìn)行熱處理?？梢岳盟⒆踊蛲ㄟ^使用空氣噴射的噴涂來涂布漿體。當(dāng)對涂布的漿體進(jìn)行熱處理時(shí)，對粉末進(jìn)行焙燒或燒結(jié)，并且形成緊密地粘附至多孔體表面的高強(qiáng)度高硬度包覆層。所述粉末優(yōu)選具有使得在熱處理之后包覆層的表面粗糙度Ra為10 μ m以下的平均粒徑。根據(jù)所述粉末固定方法，不僅獲得堅(jiān)固并且具有低潤濕性的包覆層，而且可容易地控制密度。這樣的材料可能不具有足以用于噴嘴主體中的強(qiáng)度，但是對于包覆層中的應(yīng)用是優(yōu)選的。粉末固定還提供了高生產(chǎn)率。用于形成包覆層的方法的其它例子包括CVD法和PVD法。然而，使用有機(jī)溶劑稀釋至20%以下和使用有機(jī)粘合劑的市售脫模劑(噴霧劑)是不優(yōu)選的，因?yàn)槊芏鹊?、粘附?qiáng)度低、耐久性差、并且不能充分實(shí)現(xiàn)本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)的效果。根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實(shí)施方式，所述多孔體的彎曲彈性模量優(yōu)選為90GPa以下。通過使用包含彎曲彈性模量為90GPa以下的柔性多孔體的復(fù)合材料制備的連續(xù)鑄造用噴嘴較少遭遇缺陷和破損，并且即使當(dāng)所述噴嘴是薄壁時(shí)，也顯示高耐久性。因此，可獲得小型且薄壁的噴嘴，其對于長時(shí)間連續(xù)鑄造是優(yōu)選的。這樣的多孔體的構(gòu)成材料的例子包括碳化物和碳。由于碳化物和碳具有高機(jī)械強(qiáng)度，因此噴嘴變得對連續(xù)使用期間的耗損和劣化具有耐性，顯示高耐久性，并且可長時(shí)間連續(xù)使用。此外，由于熱導(dǎo)率高，所以可將在與金屬熔融液接觸的部位的溫度變化抑制至低水平。此外，由于氧含量低，因此可避免鎂與氧的結(jié)合。例如，多孔體優(yōu)選由在壓力下成型的SiC纖維或碳纖維，或者C/C復(fù)合材料(碳-碳復(fù)合材料，含有碳作為基質(zhì)并含有碳纖維作為強(qiáng)化材料的復(fù)合材料)形成。
根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實(shí)施方式，所述多孔體的平面方向的熱導(dǎo)率優(yōu)選為15W/m · K以上。當(dāng)通過使用包含平面方向的熱導(dǎo)率為15W/m · K以上的多孔體的復(fù)合材料制備連續(xù)鑄造用噴嘴時(shí)，可使得在鑄造期間在平面方向連續(xù)鑄造用噴嘴的溫度是均勻的。結(jié)果，可使得在鑄造期間在平面方向金屬熔融液的溫度是均勻的，可均勻地固化動(dòng)模中的金屬熔融液，并且可獲得表面性狀優(yōu)異的鑄造材料。用于這樣的多孔體的材料的例子包括由碳和SiC構(gòu)成的材料。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用部件是在純鎂或鎂合金的連續(xù)鑄造時(shí)使用的連續(xù)鑄造用部件，其中與純鎂或鎂合金的金屬熔融液接觸的部位的至少一部分由本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成。當(dāng)通過使用本發(fā)明的復(fù)合材料形成連續(xù)鑄造用部件時(shí)，可抑制與鎂的反應(yīng)，可抑制由金屬熔融液的氧化和金屬熔融液的滲透造成的耗損和劣化，可提高耐久性，并且可長時(shí)間繼續(xù)連續(xù)鑄造。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴將純鎂或鎂合金的金屬熔融液供給至連續(xù)鑄造用動(dòng)模,并且由本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成。當(dāng)將本發(fā)明的復(fù)合材料用于形成連續(xù)鑄造用噴嘴時(shí)，可抑制與鎂的反應(yīng)，可抑制由金屬熔融液的氧化和金屬熔融液的滲透造成的耗損和劣化，可提高耐久性，并且可長時(shí)間繼續(xù)連續(xù)鑄造。此外，在用作金屬熔融液的通道的噴嘴內(nèi)部，可以將金屬熔融液流保持均勻，并且可防止金屬熔融液流的局部干擾。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴的實(shí)施方式，相比于復(fù)合材料的多孔體對金屬熔融液的潤濕性低的包覆層至少設(shè)置在從動(dòng)模側(cè)的前端面向外周面延伸的前端區(qū)域中，所述前端區(qū)域是連續(xù)鑄造用噴嘴的表面的一部分。在這種情況下，包覆層含有選自氮化物、碳化物和碳中的至少一種作為主成分。當(dāng)連續(xù)鑄造用噴嘴的前端區(qū)域由本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成時(shí)，金屬熔融液不易流入到噴嘴和動(dòng)模之間的間隙中。因此，避免了在所述間隙中的金屬熔融液流的局部干擾，可防止金屬熔融液的固化，并且可獲得表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料。本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法包括通過使用本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴和雙輥型動(dòng)模來進(jìn)行雙輥鑄造。當(dāng)通過雙輥法進(jìn)行連續(xù)鑄造時(shí)，可以容易地將模具表面(與金屬熔融液接觸的模具的表面)保持在特定位置，并且也可進(jìn)行快速冷卻。由于與金屬熔融液接觸的表面隨著輥的旋轉(zhuǎn)而連續(xù)出現(xiàn)，因此生產(chǎn)率高，并且可以在用于鑄造的表面與金屬熔融液再次接觸之前有效地進(jìn)行脫模劑的涂布和附著物質(zhì)的除去，由此簡化了其中進(jìn)行諸如涂布和除去的處理的設(shè)備。自然地，根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴也可以用于雙輥鑄造以外的任何連續(xù)鑄造中。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法的實(shí)施方式，優(yōu)選在將連續(xù)鑄造用噴嘴設(shè)置為面向所述雙輥型動(dòng)模以使得Dl〈l. 4XD2的同時(shí)進(jìn)行所述雙輥鑄造，其中Dl是在所述連續(xù)鑄造用噴嘴和所述雙輥型動(dòng)模之間的間隙中形成的所述金屬熔融液的彎液面部分的厚度，且D2是所述輥間的距離。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，可快速冷卻金屬熔融液，并且可制造品質(zhì)長時(shí)間穩(wěn)定的鑄造材料。連續(xù)鑄造用噴嘴優(yōu)選盡可能地接近動(dòng)模。如果連續(xù)鑄造用噴嘴和動(dòng)模之間的間隙大，則金屬熔融液泄漏到間隙中、在其中固化并附著至動(dòng)模，由此造成鑄造材料的表面缺陷。此外，穩(wěn)定且快速的冷卻變得困難，并且很少獲得良好的品質(zhì)。如果連續(xù)鑄造用噴嘴接觸動(dòng)模，則所述連續(xù)鑄造用噴嘴被冷卻，并且在所述噴嘴內(nèi)部的金屬熔融液也被冷卻并且在其接觸所述動(dòng)模之前可能固化。相反，當(dāng)將連續(xù)鑄造用噴嘴設(shè)置為面向動(dòng)模以使得DKl. 4XD2時(shí)，可有效地避免這些問題。通過使用Dl和D2滿足上述關(guān)系的本發(fā)明連續(xù)鑄造用噴嘴的連續(xù)鑄造，可制造表面性狀優(yōu)異的鑄造材料。 本發(fā)明的鑄造材料通過上述本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法來制造。通過本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法獲得的鑄造材料具有均勻的表面性狀。 通過將本發(fā)明的鑄造材料卷繞而制造本發(fā)明的鎂合金鑄造卷材，并且所述鑄造材料的長度為IOOm以上。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法，可獲得在IOOm以上的長度上沒有缺陷的本發(fā)明鑄造材料。本發(fā)明的鎂合金鑄造卷材可通過將本發(fā)明的鑄造材料卷繞來制造。在本發(fā)明中，純鎂是指在沒有故意添加其它元素的情況下以質(zhì)量計(jì)含有99. O質(zhì)量％以上的Mg成分的材料，且鎂合金是指含有添加元素并且余量為Mg和雜質(zhì)的材料。所述添加元素為例如選自 Al、Zn、Mn、Si、Cu、Ag、Y、Zr、Ca、Sr、Sn、Li、Ce、Be、Ni、Au 和稀土元素(不包括Y和Ce)的至少一種元素。這樣的添加元素優(yōu)選以7. 3質(zhì)量％以上的量包含在鎂合金中。含有添加元素的鎂合金的例子包括根據(jù)ASTM命名系統(tǒng)的AZ系列、AS系列、AM系列和ZK系列合金。特別優(yōu)選含有7. 3至12質(zhì)量％A1的鎂合金與含有總計(jì)O. I質(zhì)量％以上的選自Y、Ce、Ca和稀土元素的至少一種的鎂合金，因?yàn)樗鼈兙哂懈邚?qiáng)度和高耐腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴還可用于含有鎂合金和碳化物的復(fù)合材料與含有鎂合金和氧化物的復(fù)合材料的連續(xù)鑄造。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料，可以在包含填充材料的部位排斥純鎂或鎂合金等的金屬熔融液。因此，當(dāng)通過使用所述復(fù)合材料來制造連續(xù)鑄造用部件(特別是連續(xù)鑄造用噴嘴)時(shí)，可抑制在鑄造期間金屬熔融液流的干擾，并且作為結(jié)果，可獲得表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料。


圖I (A)是其中將金屬熔融液供給至動(dòng)模的連續(xù)鑄造用裝置的示意圖，圖I (B)是形態(tài)與圖I(A)的裝置中所裝配的連續(xù)鑄造用噴嘴不同的連續(xù)鑄造用噴嘴的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。<實(shí)施方式>
〈〈復(fù)合材料》本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成用于純鎂熔融液或鎂合金熔融液的連續(xù)鑄造中的連續(xù)鑄造用部件的至少一部分。所述復(fù)合材料包含具有孔的多孔體，和包含在與所述金屬熔融液接觸的部位的至少一部分中的填充材料，所述部位為所述多孔體的表面部的一部分。多孔體的表面部是指從所述多孔體的表面起至所述多孔體的5%深度的區(qū)域。自然地，填充材料可存在于比 表面部更深的位置。[多孔體]可以將通過將碳化硅纖維或碳纖維壓縮成型成坯塊并對所述坯塊進(jìn)行焙燒而形成的主體用作多孔體。碳化硅的形態(tài)沒有限制，并且可以為短纖維或長纖維。也可使用市售的多孔體(例如，平均孔徑為約5μπι的多孔碳基底)。特別地，最優(yōu)選C/C復(fù)合材料?；蛘撸€可以使用由氧化鋁或氧化鋁纖維等構(gòu)成的多孔體。多孔體的尺寸可以是任意尺寸，但是孔隙率優(yōu)選為30至70%。在30%以上的孔隙率下，充分量的填充材料填充孔內(nèi)部，且在70%以下的孔隙率下，可保持機(jī)械強(qiáng)度。[填充材料]包含在多孔體的孔中的填充材料含有相比于多孔體對熔融金屬液的潤濕性低的材料(下文中稱為金屬熔融液排斥材料)作為主成分。所述材料的例子包括氮化物例如Α1Ν、ΒΝ和SiN，碳化物例如SiC和TaC，和C。特別優(yōu)選BN。主成分是指占填充材料的60質(zhì)量％以上的成分。填充有填充材料的孔相對于多孔體表面部中的孔的比例優(yōu)選為80%以上。以這種方式，復(fù)合材料可充分地排斥金屬熔融液并可具有提高的強(qiáng)度。根據(jù)孔的尺寸，金屬熔融液排斥材料的平均粒徑優(yōu)選為20 μ m以下。當(dāng)平均粒徑降低時(shí)，金屬熔融液排斥材料的表面積增大，并且復(fù)合材料更加排斥金屬熔融液。因此，平均粒徑優(yōu)選為5μπι以下?？紤]到金屬熔融液排斥材料的易于處理，平均粒徑優(yōu)選為Iym以上。金屬熔融液排斥材料相對于多孔體的含量優(yōu)選為10至70質(zhì)量％。在10質(zhì)量％以上的氮化硼含量下，復(fù)合材料可有效地排斥金屬熔融液。在70質(zhì)量％以下的含量下，復(fù)合材料可保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度。除了金屬熔融液排斥材料之外，填充材料還可以含有使得填充材料的填充狀態(tài)更致密的粘合劑如氧化鋁。例如，將諸如氧化鋁的粘合劑添加至含有金屬熔融液排斥的填充材料中，使得所述粘合劑用作膠粘劑并且將金屬熔融液排斥材料緊密地固定至孔。粘合劑的平均粒徑優(yōu)選為I μ m以下。當(dāng)粘合劑的平均粒徑為I μ m以下時(shí)，可將金屬熔融液排斥材料緊密地固定至孔。相對于金屬熔融液排斥材料，填充材料中的粘合劑含量優(yōu)選為O. I至30質(zhì)量％。在O. I質(zhì)量％以上的含量下，可將金屬熔融液排斥材料緊密地固定至孔，且在30質(zhì)量％以下的含量下，可以使得相對于金屬熔融液排斥材料的混合比低，并且因此金屬熔融液排斥材料可充分地排斥金屬熔融液。用于使得將填充材料包含在多孔體的孔中的方法的例子是包括如下的方法將多孔體浸潰在含有分散于有機(jī)溶劑或水介質(zhì)中的粉末狀金屬熔融液排斥材料(以及如果需要的粘合劑)的漿體中，使得填充材料浸滲到孔內(nèi)部中。當(dāng)使多孔體以這種狀態(tài)保持特定長的時(shí)間時(shí)填充材料在孔中沉降，并且不僅多孔體的表面部而且多孔體的內(nèi)側(cè)均被填充材料填充。然后，通過干燥除去溶劑，并且在600至800 V的溫度下進(jìn)行熱處理以將填充材料固定至孔。結(jié)果，可獲得期望的復(fù)合材料。用于使填充材料包含在多孔體的孔中的其它方法包括氣相法和化學(xué)氣相浸滲法(CVI)法。所述CVI法包括在置于密閉室中的多孔體周圍導(dǎo)入原料氣體并且使填充材料在多孔體的孔的內(nèi)部以膜狀析出。[包覆層]在多孔體的包含填充材料的部分的表面上，本發(fā)明的復(fù)合材料可還包含包覆層，所述包覆層相對于所述多孔體對金屬熔融液的潤濕性低。當(dāng)設(shè)置包覆層時(shí)，在設(shè)置包覆層的位置可進(jìn)一步強(qiáng)化排斥金屬熔融液的能力。包覆層的結(jié)構(gòu)可以與上述填充材料的結(jié)構(gòu)基本相同。換言之，與上述填充材料一樣，包覆層含有選自諸如AIN、BN或SiN的氮化物、諸如SiC或TaC的碳化物和碳的至少一
種作為金屬熔融液排斥材料。除了金屬熔融液排斥材料之外，包覆層還可以含有增加包覆層密度的粘合劑如氧化鋁。相對于金屬熔融液排斥材料，即包覆層的主成分，包覆層中的粘合劑(氧化鋁)含量優(yōu)選為2至10質(zhì)量％(換言之，當(dāng)金屬熔融液排斥材料的量以質(zhì)量百分比計(jì)為100時(shí)，氧化鋁的量為2至10)。包覆層可通過借助于熱處理將作為包覆層原料的粉末固定至多孔體的表面而形成。例如，在待形成含有BN作為主成分并且含有氧化鋁作為主成分以外的成分的包覆層的情況下，首先制備含有BN粉末和氧化鋁粉末的漿體。然后，將該漿體涂布至多孔體的表面，之后進(jìn)行熱處理。BN粉末的平均粒徑優(yōu)選為5 μ m以下，并且氧化鋁粉末的平均粒徑優(yōu)選為Iym以下。以這種方式，可以使包覆層3的表面平滑。包覆層的厚度優(yōu)選為200 μ m以上。當(dāng)包覆層過薄時(shí)，當(dāng)其與金屬熔融液接觸時(shí)包覆層可能從多孔體的表面剝離。更優(yōu)選地，所述厚度為300 μ m以上。當(dāng)包覆層過厚時(shí)，在包覆層和多孔體之間的粘附性降低，并且包覆層可能從多孔體剝離。因此，包覆層的厚度優(yōu)選為1000 μ m以下并且更優(yōu)選500 μ m以下。當(dāng)包覆層由純BN構(gòu)成時(shí),包覆層可能變得易碎并且在過大的厚度下破裂。 連續(xù)鑄造用裝置>>接著，描述其中將上述本發(fā)明復(fù)合材料應(yīng)用于連續(xù)鑄造用裝置的實(shí)例。圖I(A)是將諸如純鎂熔融液或鎂合金熔融液的金屬熔融液10供給至動(dòng)模20的連續(xù)鑄造用裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。該裝置包含將純鎂或鎂合金熔化成金屬熔融液10的熔化爐(未示出)、暫時(shí)貯存源自熔化爐的金屬熔融液10的中間包30、用于將金屬熔融液10從熔化爐輸送至中間包30的流槽31和通過其將金屬熔融液10從中間包30供給至動(dòng)模20的噴嘴I。還包含用于將金屬熔融液10鑄造成鑄造材料100的一對輥21 (動(dòng)模20)。噴嘴I是管狀的并且其內(nèi)周側(cè)用作金屬熔融液10的輸送路徑。噴嘴I的一端具有開口并用作供液口 4，通過該供液口 4將金屬熔融液10供給至動(dòng)模20。供液口 4具有與鑄造材料100的橫斷面匹配并滿足如下關(guān)系的矩形形狀供液口 4的長徑(鑄造材料100的寬度)>> 供液口 4的短徑(鑄造材料100的厚度)。供液口 4的長徑和短徑根據(jù)期望的鑄造材料100的寬度和厚度進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈兏??；蛘?，可以在供液?4的兩側(cè)形成堰以改變鑄造材料100的寬度。噴嘴I的另一端固定至中間包30。流槽31與中間包30連接，并且源自熔化爐的金屬熔融液10通過流槽31供給至中間包30。金屬熔融液10從中間包30輸送至噴嘴I并且從噴嘴I輸送至輥21之間的間隙。輥21各自為圓筒狀構(gòu)件，被設(shè)置為以其間具有特定間隙的方式相互面對，并且如圖I中的箭頭所示以相互相反的方向旋轉(zhuǎn)。輥21之間的間隙根據(jù)期望的鑄造材料100厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且優(yōu)選等于或略小于噴嘴I的供液口 4的短徑。水路22形成在各個(gè)輥21的內(nèi)部，并且根據(jù)必要使水流通。通過這種水來冷卻輥21的表面。換言之，輥21配備有水冷卻結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用噴嘴I和輥21進(jìn)行鑄造時(shí)，可獲得鑄造材料100。隨著在噴嘴I中輸送金屬熔融液10并將其從噴嘴I前端的供液口 4供給至輥21之間的間隙，將金屬熔融液10逐漸冷卻。當(dāng)供給的金屬熔融液10接觸旋轉(zhuǎn)的輥21時(shí)，其被快速冷卻并固化，并作為鑄造材料100從輥21間的間隙排出。如上所述，通過將金屬熔融液10連續(xù)供給至輥21之間的間隙，獲得了長的鑄造材料100。在該實(shí)例中，制造了板狀的鑄造材料100。本發(fā)明的特征是連續(xù)鑄造用裝置的部件由上述復(fù)合材料構(gòu)成。連續(xù)鑄造用裝置的部件的例子包括噴嘴I、中間包30、流槽31和堰(在圖中未示出)。至少在與金屬熔融液10接觸的部位中，這些連續(xù)鑄造用部件由所述復(fù)合材料構(gòu)成。此外，當(dāng)與金屬熔融液10接觸
的部位完全由所述復(fù)合材料構(gòu)成時(shí)，可進(jìn)一步抑制連續(xù)鑄造用部件的耗損和劣化。或者，連續(xù)鑄造用部件整體可以由所述復(fù)合材料構(gòu)成。例如，噴嘴I整體可以作為多孔體2而形成，并且可以在多孔體2的表面部中包含填充材料以抑制由于源自金屬熔融液10的熱與金屬熔融液10到多孔體中的滲透而對多孔體2(噴嘴I)造成破壞。結(jié)果，可提高鑄造材料100的表面品質(zhì)。噴嘴I優(yōu)選設(shè)置為面向輥21以使得Dl〈l. 4XD2，其中Dl是在噴嘴I和輥21之間的間隙中形成的彎液面部分的厚度(最大厚度)，D2是輥21之間的距離。以這種方式，可以將噴嘴I和輥21之間的距離d控制為合適的值而與噴嘴I和輥21的尺寸無關(guān)?？赏ㄟ^中斷鑄造而確認(rèn)Dl和D2。噴嘴I的另一種形態(tài)示于圖I (B)中。包覆層3可形成在噴嘴I的前端區(qū)域Ir的部分(圖中交叉陰影線所示的部分)中。以這種方式，抑制金屬熔融液10流入到噴嘴I和動(dòng)模20之間的間隙中。結(jié)果，可獲得表面品質(zhì)高的鑄造材料100。噴嘴I的前端區(qū)域Ir是噴嘴I的動(dòng)模20側(cè)區(qū)域，該區(qū)域覆蓋噴嘴I的內(nèi)周緣和外周緣之間的前端區(qū)域和從噴嘴I的前端表面向噴嘴I的外周面連續(xù)延伸的區(qū)域?？梢詫⑴c復(fù)合材料的項(xiàng)目的說明相同的包覆層用作包覆層3?！础葱Ч樊?dāng)連續(xù)鑄造用部件由本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成時(shí)，抑制了由金屬熔融液10的氧化和金屬熔融液10的滲透造成的耗損和劣化，可增強(qiáng)部件的耐久性，并且可形成形狀適合于鑄造的噴嘴，例如薄壁且小型形狀的噴嘴。因此，可以更長時(shí)間地繼續(xù)連續(xù)鑄造。特別地，當(dāng)連續(xù)鑄造用噴嘴I由所述復(fù)合材料構(gòu)成時(shí)，在用作輸送通道的噴嘴I內(nèi)部可容易地保持均勻的金屬熔融液10流，并且可防止金屬熔融液流的局部干擾。如圖I(B)中所示，當(dāng)在噴嘴I的前端區(qū)域Ir上設(shè)置包覆層3時(shí)，抑制了金屬熔融液10流入到噴嘴I和動(dòng)模20之間的間隙中。因此防止了金屬熔融液流的局部干擾，并且可避免金屬熔融液10在所述間隙中固化，并且可獲得表面品質(zhì)高的鑄造材料100。<試驗(yàn)例1>在本試驗(yàn)例中，研究了填充材料對由鎂合金構(gòu)成的所得鑄造材料的影響。
[試樣I]通過將碳化硅纖維壓縮成型并焙燒而制備具有噴嘴I形狀的多孔體2。多孔體2的前端的厚度為1mm，并且寬度為300mm。多孔體2的孔隙率為45%，并且多孔體2的彎曲彈性模量為90GPa。多孔體2的平面方向的熱導(dǎo)率為17W/m · K。然后，以平均粒徑I μ m的氮化鋁填充多孔體2的表面部中的孔。填充有氮化鋁的孔相對于多孔體2中的孔的比例為90%。在以氮化鋁填充多孔體2的孔時(shí)，首先制備含有平均粒徑為I μ m的氮化鋁和平均粒徑為O. 8 μ m的氧化鋁粉末的漿體(以質(zhì)量百分比計(jì)的氧化鋁粉末對氮化鋁粉末的比例為5:100)。然后，將多孔體2浸潰在漿體中，并且用氮化鋁浸滲多孔體2的表面部的孔內(nèi)部。通過干燥除去溶劑，并在800°C下進(jìn)行熱處理以將氮化鋁固定在多孔體2的孔中。將相當(dāng)于AZ91的鎂合金的金屬熔融液10從噴嘴I供給至動(dòng)模20，并制造厚度為5mm且寬度為300mm的板狀鑄造材料100。彎液面部分的厚度Dl為輥21之間的距離D2的 I. 2倍。確定通過使用O. 5噸/批的所述鎂合金金屬熔融液10來制造鑄造材料100的合格率。通過如下來計(jì)算合格率目視檢查所制造的鑄造材料100的表面性狀，并確定鑄造材料100從鑄造開始至表面性狀劣化(由于破裂等)的位置處的長度相對于通過使用所有金屬熔融液鑄造的鑄造材料100的長度的比例合格率。將合格率和噴嘴I的結(jié)構(gòu)示于表I中。在連續(xù)鑄造后，在與金屬熔融液10接觸的部位中目視檢查連續(xù)鑄造用部件(噴嘴
I、中間包30和流槽31)。未觀察到金屬熔融液的滲透，并且未發(fā)現(xiàn)明顯的劣化。[試樣2]試樣2與試樣I除了如下之外都是相同的金屬熔融液排斥材料是平均粒徑O. 6 μ m的BN粉末，并且多孔體2具有通過將碳纖維壓縮成型并且焙燒而制備的噴嘴形狀。[試樣3]試樣3與試樣2除了如下之外都是相同的填充材料由SiC單獨(dú)構(gòu)成，并且噴嘴I (多孔體2)的全部表面部通過化學(xué)氣相浸滲法浸滲有填充材料。[試樣4]試樣4與試樣2除了如下之外都是相同的填充材料由C單獨(dú)構(gòu)成，并且噴嘴I (多孔體2)的全部表面部通過化學(xué)氣相浸滲法浸滲有填充材料。[試樣5]試樣5與試樣2的不同之處在于將氧化鋁多孔體用作多孔體2。氧化鋁多孔體的彎曲彈性模量為180GPa，并且平面方向的熱導(dǎo)率為5W/m · K。由這種材料構(gòu)成的噴嘴的強(qiáng)度差，并且在鑄造期間觀察到噴嘴前端部分的劣化(碎片)。此外，難以確定滿足D〈l. 4XD2的設(shè)置。[試樣6]試樣6與試樣I的不同之處在于噴嘴I全部由SiC纖維材料單獨(dú)構(gòu)成。噴嘴I、鑄造部件的尺寸，鑄造方法和計(jì)算合格率的方法與試樣I中相同。在連續(xù)鑄造后，在與金屬熔融液10接觸的部位中目視檢查連續(xù)鑄造用部件(噴嘴I、中間包30和流槽31)。觀察到了金屬熔融液的滲透，并且發(fā)現(xiàn)了劣化。[結(jié)果]將上述試樣I至6的一般結(jié)構(gòu)和合格率不于表I中。應(yīng)注意，在表中的“填充率”是指在多孔體2的表面部中填充有填充材料的孔的比例，并且在本試驗(yàn)例中通過使用光學(xué)顯微鏡觀察橫斷面來測定。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料，其構(gòu)成在純鎂或鎂合金的金屬熔融液的連續(xù)鑄造時(shí)使用的連續(xù)鑄造用部件的至少一部分，所述復(fù)合材料具有 具有孔的多孔體；和 在所述多孔體的表面部中與所述金屬熔融液接觸的部位的至少一部分中包含的填充材料， 其中所述填充材料含有選自氮化物、碳化物和碳的至少一種作為主成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，還具有 在所述多孔體的包含所述填充材料的部分的表面上的包覆層， 其中所述包覆層含有選自氮化物、碳化物和碳的至少一種作為主成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料，其中， 所述包覆層含有氧化鋁作為所述主成分以外的成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的復(fù)合材料，其中， 所述包覆層具有30%以上且95%以下的相對密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中， 所述包覆層具有200 μ m以上的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中， 所述包覆層為通過熱處理將粉末固定至所述多孔體的表面而形成的層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中， 所述多孔體具有90GPa以下的彎曲彈性模量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中， 所述多孔體的平面方向的熱導(dǎo)率為15W/m · K以上。
9.一種連續(xù)鑄造用部件，在連續(xù)鑄造純鎂或鎂合金時(shí)使用，其中， 與純鎂或鎂合金的金屬熔融液接觸的部位的至少一部分由權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料構(gòu)成。
10.一種連續(xù)鑄造用噴嘴，在將純鎂或鎂合金的金屬熔融液供給至連續(xù)鑄造用動(dòng)模時(shí)使用，其中， 所述連續(xù)鑄造用噴嘴由權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的連續(xù)鑄造用噴嘴，其中， 在所述連續(xù)鑄造用噴嘴的表面中至少從所述動(dòng)模側(cè)的前端面向外周面延伸的前端區(qū)域中，具有相比于所述復(fù)合材料的多孔體，對所述金屬熔融液的潤濕性低的包覆層， 所述包覆層含有選自氮化物、碳化物和碳的至少一種作為主成分。
12.—種連續(xù)鑄造方法，包括通過使用權(quán)利要求10或11所述的連續(xù)鑄造用噴嘴和雙輥型動(dòng)模進(jìn)行雙輥鑄造。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的連續(xù)鑄造方法，其中， 在將所述連續(xù)鑄造用噴嘴設(shè)置為面向所述雙輥型動(dòng)模使得D K1.4XD2的同時(shí)進(jìn)行所述雙輥鑄造， 其中Dl是在所述連續(xù)鑄造用噴嘴和所述雙輥型動(dòng)模之間的間隙中形成的所述金屬熔融液的彎液面部分的厚度，D2是所述輥間的距離。
14.一種鑄造材料，其通過權(quán)利要求12或13所述的連續(xù)鑄造方法得到。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鑄造材料，其中， 所述鎂合金含有總計(jì)7. 3質(zhì)量％以上的選自Al、Zn、Mn、Si、Cu、Ag、Y、Zr、Ca、Sr、Sn、Li、Ce、Be、Ni、Au和稀土元素(不包括Y和Ce)的至少一種元素,余量為Mg和雜質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的鑄造材料，其中， 所述鎂合金含有超過7. 3質(zhì)量％且不超過12質(zhì)量％的Al。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鑄造材料，其中， 所述鎂合金含有總計(jì)O. I質(zhì)量％以上的選自Y、Ce、Ca和稀土元素(不包括Y和Ce)的至少一種元素,并且余量為Mg和雜質(zhì)。
18.一種鎂合金鑄造卷材，其通過將權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的鑄造材料卷繞而得到，其中， 所述鑄造材料具有IOOm以上的長度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適合于形成連續(xù)鑄造用部件的復(fù)合材料，所述部件能夠長時(shí)間鑄造表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料并且可以抑制金屬熔融液流入到噴嘴和動(dòng)模之間的間隙中。復(fù)合材料(噴嘴1)包含具有許多孔的多孔體2和在所述多孔體的表面部中與所述金屬熔融液接觸的部位的至少一部分中包含的填充材料。包含在多孔體2中的填充材料是選自氮化物、碳化物和碳的至少一種。
文檔編號B22D21/04GK102933334SQ20118002767
公開日2013年2月13日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者宮永倫正, 內(nèi)原武志, 沼野正禎, 大石幸廣, 河部望 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社