專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫合金領(lǐng)域，具體屬于高溫合金精密鑄造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微型機(jī)械在航空航天、航海、生物工程、國(guó)防、化工、衛(wèi)生醫(yī)療、電子、機(jī)器人等各個(gè)方面有著非常廣泛的用處，這一領(lǐng)域的發(fā)展將大大影響人類(lèi)未來(lái)的生活。世界各國(guó)都對(duì)該領(lǐng)域給予極大的重視，并不斷取得更新的進(jìn)展，各種微細(xì)加工新工藝不斷出現(xiàn)，如高能束刻蝕工藝、超精密機(jī)械加工工藝、微細(xì)電火花加工工藝等等。近幾年，德國(guó)采用了微精密鑄造的工藝來(lái)制造整體尺寸在微米尺度或帶有微米尺度微細(xì)結(jié)構(gòu)的金屬微型結(jié)構(gòu)件，主要應(yīng)用于外科手術(shù)的儀器、生物工藝儀器領(lǐng)域。該工藝依托于傳統(tǒng)的鑄造工藝，通過(guò)浸漿制殼及其他工序制得模殼，通過(guò)澆注、清理最后得
到微鑄件。日本通過(guò)將預(yù)熱到200。C的鑄型浸入到熔化的金屬液中，然后將裝著金屬液和鑄型的爐子放置到真空爐中，隨后進(jìn)行抽真空排氣及加熱鑄型，平衡后，打開(kāi)真空爐，進(jìn)氣1分鐘后，使金屬液在大氣壓力下充填。最后在水中潰散鑄型，得到微鑄件。LG-RPC中心提出的工藝與傳統(tǒng)的熔模鑄造工藝區(qū)別很大，接近砂型鑄造，首先將金屬液澆到鑄型中，然后把注滿(mǎn)合金液的鑄型放置在真空室中，借助合金液自身的重力充填鑄型，充填完成后在空氣中冷卻，起模后就得到了金屬微構(gòu)件。中國(guó)曾采用金屬型分型鑄造的方式，使液態(tài)金屬充填到金屬模具中，最后制得微型鑄件。
對(duì)于鑄件的尺寸在微米量級(jí)的鑄造過(guò)程而言，由于合金液的表面張力作用及金屬液的冷卻速度比傳統(tǒng)速度快很多的原因，使充型過(guò)程極為困難, 所以通常要求合金要具有良好的流動(dòng)性及較低的熔點(diǎn)，熔模型殼要預(yù)熱到 很高溫度下進(jìn)行，這將使合金的組織粗大，造成材料性能下降；另外，微 熔模鑄造工藝流程復(fù)雜，具有一定的偶然性，以上原因制約了其發(fā)展。
高溫合金使用溫度在60(TC以上，具有較高的熔點(diǎn)，較高的高溫強(qiáng)度， 良好的抗氧化性和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性等綜合 性能，廣泛用于航天、航空、能源、交通、化工等領(lǐng)域。該類(lèi)合金通常應(yīng) 用在宏觀較大尺寸的鑄件上，由于在制殼方面存在的困難及合金流動(dòng)性差、 充型能力差等原因的限制下，使其在微熔模鑄造方面的應(yīng)用非常少，因此 有必要開(kāi)發(fā)一種新的工藝，使制備高溫合金微型件成為可能

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型工藝用于制備高溫合金微型鑄件，采用 真空浸滲加傳統(tǒng)涂料方法制備微型鑄件模殼，以保證合金具有良好的充型 性，采用化學(xué)方法去除模殼，最后得到微型鑄件。
本發(fā)明提供一種制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，首先制備微 型鑄件的蠟?zāi)；蚪炋幚砗蟮臉?shù)脂類(lèi)模型，然后將蠟?zāi)；蚪炋幚淼臉?shù)脂 類(lèi)模型置于浸涂室內(nèi)，采用二氧化硅基或氧化鋁基涂料作為面層涂料，進(jìn) 行真空浸涂，室溫空氣中干燥，再經(jīng)常規(guī)涂料工序后進(jìn)行封漿、干燥、脫 蠟、燒結(jié)制得模殼；其次將高溫預(yù)熱后的模殼置入真空熔煉爐澆注室內(nèi)， 進(jìn)行澆注得帶有模殼的微型鑄件；最后將帶有模殼的微型鑄件放入模殼脫 除設(shè)備中，進(jìn)行脫除模殼及后期處理，得到成品。
本發(fā)明提供的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，所述的蠟?zāi)ＤＰ筒捎米⑸涑尚突蚣庸こ尚偷姆绞?；?shù)脂類(lèi)模型采用激光成型方式，樹(shù)脂 為感光樹(shù)脂。
本發(fā)明提供的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，所述的面層涂 料粉末粒度為300 600目，面層涂料的粘結(jié)劑為硅溶膠或硅酸乙脂。
本發(fā)明提供的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，所述的真空浸 涂的真空度在0.01-0.05Mpa之間。
本發(fā)明提供的制備高溫合金微型精密鑄件工藝方法的真空浸涂設(shè)備，具 體包括涂料室l、浸涂室2、涂料閥3、真空泵4、攪拌機(jī)5、真空度真空度 控制閥6、真空連接管7、涂料管8、排涂料閥9、涂料進(jìn)口 10、真空表ll、 備用閥12、防濺擋板13、蠟?zāi)旒?4，見(jiàn)圖一；
其中涂料室1與浸涂室2之間通過(guò)涂料管8連接，涂料管8上裝有涂 料閥3，涂料進(jìn)口 IO位于涂料室1上，攪拌機(jī)5從上方伸進(jìn)涂料室1內(nèi)部； 真空泵4通過(guò)真空連接管7與浸涂室2連接，真空度控制閥6安裝在真空 連接管7上，排涂料閥9安裝在浸涂室2的底部側(cè)面位置，真空表11安裝 在浸涂室2上，備用閥12安裝在浸涂室2上面，防濺擋板13安裝在浸涂 室2內(nèi)部，靠近涂料管8的位置，蠟?zāi)旒?4安裝在浸涂室2的內(nèi)部。
真空浸涂的具體工藝過(guò)程將制備好的蠟?zāi)；蚪晗灥臉?shù)脂類(lèi)模型固 定在浸涂室2內(nèi)，蓋好浸涂室端蓋，關(guān)閉排涂料閥9、真空度控制閥6、備 用閥12，啟動(dòng)真空泵4，待真空度達(dá)到0.01-0.05MPa時(shí)，關(guān)閉真空泵4,關(guān)閉 真空表11及真空度控制閥6，打開(kāi)涂料閥3，使涂料在真空條件下被吸入浸 涂室2內(nèi)，待涂料進(jìn)入量達(dá)到浸涂室容積的2/3時(shí)，關(guān)閉涂料閥3,保持2 4分 鐘后,打開(kāi)真空度控制閥6放氣,待浸涂室2壓力達(dá)到常壓時(shí)，打開(kāi)浸涂室端蓋，取出蠟?zāi)＿M(jìn)行空氣中干燥，重復(fù)該過(guò)程l-2次，然后進(jìn)入常規(guī)涂料工序。
本發(fā)明提供的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，所述的澆注工 藝的具體參數(shù)為模殼預(yù)熱溫度為900aC-1100°C，澆注溫度在合金液相線上 100°C-300。C。
本發(fā)明提供的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，采用化學(xué)方法 進(jìn)行脫除模殼，具體為采用熔融堿液脫除三氧化二鋁模殼，采用氫氟酸脫 除二氧化硅模殼，其中熔融堿為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物，兩者的比
例為1: l或l: 2。
本發(fā)明中，后期處理包括微型鑄件的熱處理及噴砂拋光處理，其中熱 處理工藝采用高溫合金的標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝。
本發(fā)明中，后期處理包括微型鑄件的熱處理及噴砂拋光處理，其中熱 處理工藝采用高溫合金的標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
1、 采用真空浸涂工藝附加常規(guī)涂料工藝可較易制備微型鑄件模殼；
2、 液相線上10(TC-300'C及真空條件下澆注，可保證鑄件具有良好的 充型性；
3、 采用化學(xué)方法清除模殼可保證鑄件的完整性；
4、 可大批量制備微型鑄件。


圖1真空浸涂設(shè)備的示意圖 圖2微型鑄件實(shí)物 圖3微型鑄件實(shí)物 圖4微型鑄件實(shí)物具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:
首先在涂料室1內(nèi)配制好面層涂料，面層涂料采用三氧化二鋁，粉末粒 度為300/400目，粘結(jié)劑釆用硅溶膠，啟動(dòng)攪拌機(jī)5,使涂料密度均勻，盡量 控制不巻入空氣；將組合好的蠟?zāi)９潭ㄔ诮渴?內(nèi)，蓋好浸涂室端蓋，關(guān) 閉排涂料閥9、真空度控制閥6、備用閥12,啟動(dòng)真空泵4，待真空度達(dá)到 0.02MPa時(shí)，關(guān)閉真空泵4，關(guān)閉真空表11及真空度控制閥6;打開(kāi)涂料閥3， 使涂料在真空條件下被吸入浸涂室2內(nèi)，待涂料進(jìn)入浸涂室2/3容積時(shí)，關(guān)閉 涂料閥3，保持2分鐘后,打開(kāi)真空度控制閥6放氣，待浸涂室壓力達(dá)到常壓時(shí)， 打開(kāi)浸涂室端蓋，取出蠟?zāi)Ｔ诳諝庵懈稍?；清洗浸涂?及相關(guān)附件，重復(fù) 真空浸涂過(guò)程2次后進(jìn)入常規(guī)涂料工序，常規(guī)涂料完成后，進(jìn)行封槳、干 燥、脫蠟、最后燒結(jié)制成模殼；將模殼預(yù)熱到960'C，保溫4小時(shí)后，將模 殼置入浸涂室內(nèi)，采用K441合金，真空熔煉，待合金溫度達(dá)到160(TC時(shí) 澆注；將帶有模殼的微型鑄件置入脫殼設(shè)備中，采用熔融堿掖脫除模殼， 熔融堿為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物，兩者的比例為1: 1;堿液溫度 20(TC-300'C，時(shí)間2-10小時(shí)；模殼脫除后進(jìn)行熱處理，然后進(jìn)行噴砂拋光 處理，最后經(jīng)切割得到成品微型鑄件，實(shí)物見(jiàn)圖二。 實(shí)施例2:
首先在涂料室1內(nèi)配制好面層涂料，面層涂料采用三氧化二鋁，粉末粒 度為300/400目，粘結(jié)劑采用硅溶膠，啟動(dòng)攪拌機(jī)5，使涂料密度均勻，盡量 控制不巻入空氣；將組合好的蠟?zāi)９潭ㄔ诮渴?內(nèi)，蓋好浸涂室2端蓋， 關(guān)閉排涂料閥9、真空度控制閥6、備用閥12,啟動(dòng)真空泵4，待真空度達(dá)到0.01MPa時(shí)，關(guān)閉真空泵4，關(guān)閉真空表11及真空度控制閥6;打開(kāi)涂料閥 3,使涂料在真空條件下被吸入浸涂室2內(nèi)，待涂料進(jìn)入浸涂室容積2/3時(shí)，關(guān) 閉涂料閥3，保持2分鐘后，打開(kāi)真空度控制閥6放氣，待浸涂室2壓力達(dá)到常 壓時(shí)，打開(kāi)浸涂室2端蓋，取出蠟?zāi)Ｔ诳諝庵懈稍?清洗浸涂室2及相關(guān)附件， 重復(fù)浸涂過(guò)程2次后進(jìn)入常規(guī)涂料工序，常規(guī)涂料完成后，進(jìn)行封漿、干 燥、脫蠟、最后燒結(jié)制成模殼；將模殼預(yù)熱到980'C,保溫3小時(shí)后，將模 殼置入浸涂室內(nèi)，采用K418合金，真空熔煉，待合金溫度達(dá)到158(TC時(shí) 澆注；將帶有模殼的微型鑄件置入脫殼設(shè)備中，采用熔融堿掖脫除模殼， 熔融堿為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物，兩者的比例為l: l或l: 2;堿液
溫度200'C-27(TC，時(shí)間5小時(shí)；模殼脫除后進(jìn)行熱處理和噴砂拋光處理， 最后經(jīng)切割得到成品微型鑄件，實(shí)物見(jiàn)圖三。 實(shí)施例3:
首先在涂料室1內(nèi)配制好面層涂料，面層涂料采用三氧化二鋁，粉末粒 度為400/600目，粘結(jié)劑采用硅溶膠，啟動(dòng)攪拌機(jī)5,使涂料密度均勻,盡量 控制不巻入空氣；將組合好的蠟?zāi)９潭ㄔ诮渴?內(nèi)，蓋好浸涂室端蓋，關(guān) 閉排涂料閥9、真空度控制閥6、備用閥12，啟動(dòng)真空泵4，待真空度達(dá)到 0.03MPa時(shí)，關(guān)閉真空泵4，關(guān)閉真空表11及真空度控制閥6;打開(kāi)涂料控制閥 3，使涂料在真空條件下被吸入浸涂室2內(nèi)，待涂料進(jìn)入浸涂室容積2/3時(shí)，關(guān) 閉涂料閥3，保持2分鐘后，打開(kāi)真空度控制閥6放氣,待浸涂室2壓力達(dá)到常 壓時(shí)，打開(kāi)浸涂室2端蓋，取出蠟?zāi)Ｔ诳諝庵懈稍?清洗浸涂室2及相關(guān)附件， 重復(fù)浸涂過(guò)程2次后進(jìn)入常規(guī)涂料工序，常規(guī)涂料完成后，進(jìn)行封漿、干 燥、脫蠟、最后燒結(jié)制成模殼；將模殼預(yù)熱到98(TC，保溫3小時(shí)后，將模殼置入浸涂室內(nèi)，采用K452合金，真空熔煉，待合金溫度達(dá)到160(TC時(shí) 澆注；將帶有模殼的微型鑄件置入脫殼設(shè)備中，采用熔融堿掖脫除模殼， 熔融堿為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物，兩者的比例為1: 1;堿液溫度 200°C-220°C，時(shí)間10小時(shí)；模殼脫除后進(jìn)行熱處理和噴砂拋光處理，最后 經(jīng)切割得到成品微型鑄件，實(shí)物見(jiàn)圖四。
權(quán)利要求
1、一種制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，其特征在于首先制備微型鑄件的蠟?zāi)；蚪炋幚砗蟮臉?shù)脂類(lèi)模型，然后將蠟?zāi)；蚪炋幚淼臉?shù)脂類(lèi)模型置于浸涂室內(nèi)，采用二氧化硅基或氧化鋁基涂料作為面層涂料，進(jìn)行真空浸涂，室溫空氣中干燥，再經(jīng)常規(guī)涂料工序后進(jìn)行封漿、干燥、脫蠟、燒結(jié)制得模殼；其次將高溫預(yù)熱后的模殼置入真空熔煉爐澆注室內(nèi)，進(jìn)行澆注得帶有模殼的微型鑄件；最后將帶有模殼的微型鑄件放入模殼脫除設(shè)備中，進(jìn)行脫除模殼及后期處理，得到成品。
2、 按照權(quán)利要求1所述的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，其 特征在于所述的蠟?zāi)ＤＰ筒捎米⑸涑尚突蚣庸こ尚偷姆绞?；?shù)脂類(lèi)模型 采用激光成型方式，樹(shù)脂為感光樹(shù)脂。
3、 按照權(quán)利要求1所述的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，其 特征在于所述的面層涂料粉末粒度為300^600目，面層涂料的粘結(jié)劑為 硅溶膠或硅酸乙脂。
4、 按照權(quán)利要求1所述的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，其 特征在于所述的真空浸涂的真空度在0.01-0.05Mpa之間。
5、 一種如權(quán)利要求1所述的制備高溫合金微型精密鑄件工藝方法的真 空浸涂設(shè)備，其特征在于所述的真空浸涂設(shè)備包括涂料室(1)、浸涂室 (2)、涂料閥(3)、真空泵(4)、攪拌機(jī)(5)、真空度控制閥(6)、真空 連接管(7)、涂料管(8)、排涂料閥(9)、涂料進(jìn)口 (10)、真空表(11)、 備用閥(12)、防濺擋板(13)、蠟?zāi)旒?14);其中涂料室(1)與浸涂室(2)之間通過(guò)涂料管(8)連接，涂料管(8)上裝有涂料閥(3)，涂料進(jìn)口 (10)位于涂料室(1)上，攪拌機(jī)(5) 從上方伸進(jìn)涂料室(1)內(nèi)部；真空泵(4)通過(guò)真空連接管(7)與浸涂室(2)連接，真空度真空度控制閥(6)安裝在真空連接管(7)上，排涂料 閥(9)安裝在浸涂室(2)的底部側(cè)面位置，真空表(11)安裝在浸涂室(2)上，備用閥(12)安裝在浸涂室(2)上面，防濺擋板(13)安裝在 浸涂室(2)內(nèi)部，靠近涂料管(8)的位置，蠟?zāi)旒?14)安裝在浸涂 室(2)的內(nèi)部。
6、 按照權(quán)利要求1所述的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，其 特征在于所述的真空浸涂過(guò)程重復(fù)1~2次。
7、 按照權(quán)利要求1所述的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，其 特征在于所述的模殼預(yù)熱溫度為90(TC-110(rC。
8、 按照權(quán)利要求1所述的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，其 特征在于所述的澆注溫度在合金液相線上100°C-300°C。
9、 按照權(quán)利要求1所述的制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，其 特征在于采用化學(xué)方法進(jìn)行脫除模殼，具體為采用熔融堿液脫除三氧化 二鋁模殼，采用氫氟酸脫除二氧化硅模殼，其中熔融堿為氫氧化鈉和氫氧 化鉀的混合物，兩者的比例為l: l或l: 2。
全文摘要
一種制備高溫合金微型精密鑄件的工藝方法，首先制備微型鑄件的蠟?zāi)；蚪炋幚砗蟮臉?shù)脂類(lèi)模型，然后將蠟?zāi)；蚪炋幚淼臉?shù)脂類(lèi)模型置于浸涂室內(nèi)，采用二氧化硅基或氧化鋁基涂料作為面層涂料，進(jìn)行真空浸涂，室溫空氣中干燥，再經(jīng)常規(guī)涂料工序后進(jìn)行封漿、干燥、脫蠟、燒結(jié)制得模殼；其次將高溫預(yù)熱后的模殼置入真空熔煉爐澆注室內(nèi)，進(jìn)行澆注得帶有模殼的微型鑄件；最后將帶有模殼的微型鑄件放入模殼脫除設(shè)備中，進(jìn)行脫除模殼及后期處理，得到成品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)采用真空浸涂工藝附加常規(guī)涂料工藝可較易制備微型鑄件模殼，鑄件具有良好的充型性；采用化學(xué)方法清除模殼可保證鑄件的完整性；可大批量制備微型鑄件。
文檔編號(hào)B22C9/04GK101549385SQ200810010808
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者姜衛(wèi)國(guó), 毛萍莉, 胡壯麒 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)