專利名稱：用于鋯及鋯合金熔模精密鑄造氧化物陶瓷型殼的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于鋯及鋯合金熔模精密鑄造氧化物陶瓷型殼的制備工藝。
背景技術：
鋯及鋯合金是一種比較昂貴的金屬材料，在許多強腐蝕介質中具有非常優(yōu)異的耐 腐蝕性能，并且有良好的機械性能。目前，鋯材作為一種特殊耐腐蝕材料已經(jīng)得到非常廣泛 的應用，尤其是在高濃度高溫度的還原酸性介質中，鋯材是化工設備制造的首選材料。鋯材 熔點高，熱導率較低，線膨脹系數(shù)較小。鋯材高溫時活性很高，幾乎能和所有的耐火材料發(fā) 生不同程度的化學反應，并且高溫時鋯材在非常容易和co2、02、N2和H2等氣體發(fā)生化學反 應使鋯材脆化造成設備失效。這使得鋯及鋯合金鑄造必須選用高化學穩(wěn)定性的鑄型材料， 保證鋯合金不與模型發(fā)生化學反應，具有較小的表面污染層。目前，用于活潑有色金屬及合金鑄造的最常用的方法有機加石墨型鑄造和熔模精 密鑄造。由于鋯合金價格昂貴及其使用環(huán)境多數(shù)是具有強腐蝕介質的流體機械部件，因此 提高鑄件表面質量和減少加工余對提升設備性能和降低成本有著重要意義。鋯合金熔模精 密鑄造特別適用于批量生產、無加工量及難于加工的復雜零件，尤其是適用于強腐蝕介質 工況下流體機械中對形狀尺寸和表面光潔度要求比較高的葉輪和過流部件的鑄造。但是， 鋯合金熔模精密鑄造的最大工藝難點就是制作耐高溫、高化學穩(wěn)定性、高強度和高表面光 潔度的熔模精密鑄造型殼。從國家知識產權局網(wǎng)上查的2009年12月2日公開了申請?zhí)枮?CN200910012462. 4的“一種生產鋯及鋯合金泵、閥精密鑄件的工藝方法”專利，其技術采用 熔模陶瓷型殼精密鑄造和熱等靜壓方法生產鋯及鋯合金泵、閥精密鑄件，熔模陶瓷型殼精 密鑄造是指在真空自耗凝殼爐中采用熔模陶瓷型殼進行鑄件的近凈成型鑄造，熔模陶瓷型 殼按照與泵閥構件幾何形狀尺寸一致的蠟型翻制而成，其內表面前兩層型殼材料由特種氧 化物構成，整個型殼經(jīng)壓蠟、涂料、掛殼、脫臘、焙燒等工藝環(huán)節(jié)制成；熱等靜壓，是將要處理 的鑄件置于密閉耐高壓和可加熱至高溫的容器內，先抽真空后充入高壓惰性氣體，加熱升 溫至預定溫度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種用于鋯及鋯合金熔模精密鑄造的氧 化物陶瓷型殼的制備方法。采用該制殼工藝，能夠制作出化學穩(wěn)定性高，耐熱溫度超過 2000°C，型殼表面光潔度Ra彡3. 2um,表面污染層厚度<100um，制殼工藝簡單，型殼強 度高的目的；實現(xiàn)用于鋯及鋯合金熔模精密鑄造的氧化物陶瓷型殼滿足復雜零件鑄造的需 求。本發(fā)明的方法是按下述步驟實現(xiàn)的
采用本發(fā)明制作的型殼具有以下優(yōu)點(1)采用該制殼工藝制作的型殼具有較高的高 溫化學穩(wěn)定性和高溫強度。型殼能夠承受2000°C以上的高溫。(2)采用該制殼工藝生產出的鋯及鋯合金鑄件表面質量高，表面粗糙度Ra彡3. 2um以下，表面污染層厚度<100um。(3) 采用該制殼工藝可生產出壁厚小于3mm的復雜鋯及鋯合金鑄件。(4)制殼工藝簡單，材料來 源廣泛。(5)試驗經(jīng)過生產直徑為400mm，材料牌號為702C離心泵葉輪鑄件證明，鑄件表 面粗糙度Ra彡3. 2um,表面污染層厚度<100um，鑄件化學成分符合ASTM B752中要求，抗拉 強度o b > 400Mpa ；符合企業(yè)生產標準。
具體實施例方式模殼的配方和制備過程直接影響到鑄件的質量，是熔模鑄造的核心內容。簡單的 說，本發(fā)明工藝包括以下步驟(1)涂層制備用電熔Y203粉做面層耐火材料，用釔溶膠做粘 結劑配制漿料。漿料制好后，將鑄件的蠟模浸入漿料中10 15分鐘取出，待干燥硬化后再 重復上述漿料涂掛撒砂過程1 2次；然后進行背層漿料涂掛，背層用粘結劑和莫來石粉配 成的漿料在涂掛8 10次；(2)干燥脫蠟；(3)在電爐中焙燒。實施例1 生產材料牌號為702C，型號XCA100-125-400離心泵葉輪鑄件，工藝如 下
(1)面層涂層制備在粘結劑中加入粒度等級配好的電熔Y203粉，一邊加入一邊攪拌， Y203粉全部加入后仍再攪拌1小時，漿料的粘度控制在70 100s ；漿料制好后，將鑄件的 蠟模浸入漿料中10 15分鐘取出，當蠟模上剩余的漿料流動均勻而不再連續(xù)下滴時，將經(jīng) 過粒度級配的電熔Y203粉均勻地撒在涂掛了漿料的蠟模上，撒砂要均勻全面，待干燥后然 后，在這個基礎上再進行上述涂掛和撒砂工序，重復1 2次。其中電熔Y203粉粗粉的粒度 為200 300目，細粉的粒度< 300目，細粉與粗粉的重量比為1 2 1 1. 2，漿料的耐火粉 與液體重量體積比為1:0. 4 1:0. 25 ；面層漿料所用粘結劑為釔溶膠粘結劑；
(2)背層涂層制備背層涂掛撒砂耐火材料莫來石粉，漿料所用粘結劑為硅溶膠；背層 涂掛撒砂的層數(shù)為8 10層，每層涂掛前必須進行充分干燥和硬化；第3層以后涂掛撒砂 所用的粉料為莫來石，粒度為20 200目，漿料所用粘結劑為硅溶膠；涂掛撒砂的層數(shù)為 8 10層。背層漿料的耐火粉與液體重量體積比為1:0. 3 1:0. 2，粘度控制在40 60s。需要說的是厚度和涂掛次數(shù)有關，可以通過次數(shù)控制厚度。另外背層是指從第3 層以后的涂層。(3)型殼的脫蠟將涂過涂料的蠟模自然干燥20 36h，將干燥好的涂層及蠟模 放入高壓脫蠟釜中進行高壓蒸汽脫蠟，壓力為0. 4 0. 6Mpa，脫蠟時間為10 16分鐘。(4)將已經(jīng)脫蠟完畢的型殼放入電阻焙燒爐中進行焙燒，然后隨爐冷卻至室溫即可。(5)將出爐的模殼預熱至200°C，采用真空自耗電極凝殼爐熔煉澆注；真空度小于 lPa。實施例2 生產705C泵體鑄件為例。工藝如下
(1)面層涂層制備在粘結劑中加入粒度等級配好的電熔Y203粉，一邊加入一邊攪拌， Y203粉全部加入后仍再攪拌1小時，漿料的粘度控制在70 100s ；漿料制好后，將鑄件的 蠟模浸入漿料中10 15分鐘取出，當蠟模上剩余的漿料流動均勻而不再連續(xù)下滴時，將經(jīng) 過粒度級配的電熔Y203粉均勻地撒在涂掛了漿料的蠟模上，撒砂要均勻全面，待干燥后然 后，在這個基礎上再進行上述涂掛和撒砂工序，重復1 2次。其中電熔Y203粉粗粉的粒度為200 300目，細粉的粒度< 300目，細粉與粗粉的重量比為1 2 1 1. 2，漿料的耐火粉 與液體重量體積比為1:0. 4 1:0. 25 ；面層漿料所用粘結劑為釔溶膠粘結劑；
(2)背層涂層制備背層涂掛撒砂耐火材料莫來石粉，漿料所用粘結劑為硅溶膠；背層 涂掛撒砂的層數(shù)為8 10層，每層涂掛前必須進行充分干燥和硬化；第3層以后涂掛撒砂 所用的粉料為莫來石，粒度為20 200目，漿料所用粘結劑為硅溶膠；涂掛撒砂的層數(shù)為 8 10層。背層漿料的耐火粉與液體重量體積比為1:0. 3 1:0. 2，粘度控制在40 60s。(3)型殼的脫蠟將涂過涂料的蠟模自然干燥20 36h，將干燥好的涂層及蠟模放 入高壓脫蠟釜中進行高壓蒸汽脫蠟，壓力為0. 4 0. 6Mpa，脫蠟時間為10 16分鐘。(4) 將已經(jīng)脫蠟完畢的型殼放入電阻焙燒爐中進行焙燒，然后隨爐冷卻至室溫即可。(4)將出爐的模殼預熱至200°C，采用真空自耗電極凝殼爐熔煉澆注；真空度小于 lPa。
權利要求
用于鋯及鋯合金熔模精密鑄造氧化物陶瓷型殼的制備方法，其特征在于它是按下述步驟實現(xiàn)的(1)面層涂層制備在粘結劑中加入粒度等級配好的電熔Y2O3粉，一邊加入一邊攪拌，Y2O3粉全部加入后仍再攪拌1小時，漿料的粘度控制在70～100s；漿料制好后，將鑄件的蠟模浸入漿料中10～15分鐘取出，當蠟模上剩余的漿料流動均勻而不再連續(xù)下滴時，將經(jīng)過粒度級配的電熔Y2O3粉均勻地撒在涂掛了漿料的蠟模上，撒砂要均勻全面，待干燥后然后，在這個基礎上再進行上述涂掛和撒砂工序，重復1～2次；(2)背層涂層制備背層涂掛撒砂耐火材料莫來石粉，漿料所用粘結劑為硅溶膠；背層涂掛撒砂的層數(shù)為8～10層，每層涂掛前必須進行充分干燥和硬化；(3)型殼的脫蠟:將涂過涂料的蠟模自然干燥20～36h，將干燥好的涂層及蠟模放入高壓脫蠟釜中進行高壓蒸汽脫蠟，壓力為0.4～0.6Mpa，脫蠟時間為10～16分鐘；(4)將已經(jīng)脫蠟完畢的型殼放入電阻焙燒爐中進行焙燒，然后隨爐冷卻至室溫即可。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于鋯及鋯合金熔模精密鑄造氧化物陶瓷型殼的制備方法， 其特征在于所述步驟(1)中粒度級配好的電熔Y203粉粗粉的粒度為200 300目，細粉 的粒度< 300目，細粉與粗粉的重量比為1:2 1:1. 2，漿料的耐火粉與液體重量體積比為 1:0. 4 1:0. 25 ；面層漿料所用粘結劑為釔溶膠粘結劑。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于鋯及鋯合金熔模精密鑄造氧化物陶瓷型殼的制備方法， 其特征在于所述步驟(2)中，第3層以后涂掛撒砂所用的粉料為莫來石，粒度為20 200 目，漿料所用粘結劑為硅溶膠；涂掛撒砂的層數(shù)為8 10層；漿料的耐火粉與液體重量體 積比為1:0. 3 1:0. 2，粘度控制在40 60s。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于鋯及鋯合金熔模精密鑄造氧化物陶瓷型殼的制備方法， 其特征在于所述步驟(4)中的焙燒是從500°C保溫1小時，升溫至1050°C后保持溫度2. 5 小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于鋯及鋯合金的熔模精密鑄造氧化物陶瓷型殼的制備方法。目前，用于活潑有色金屬及合金鑄造的最常用的方法有機加石墨型鑄造和熔模精密鑄造。鋯合金熔模精密鑄造的最大工藝難點就是制作耐高溫、高化學穩(wěn)定性、高強度和高表面光潔度的熔模精密鑄造型殼。本發(fā)明工藝有(1)涂層制備及蠟模浸入漿料、漿料涂掛、背層漿料涂掛；(2)干燥脫蠟；(3)在電爐中焙燒。優(yōu)點型殼具有較高的高溫化學穩(wěn)定性和高溫強度。型殼能夠承受2000℃以上的高溫。采用該制殼工藝生產出的鋯及鋯合金鑄件表面質量高，表面粗糙度Ra≤3.2μm以下，表面污染層厚度<100μm?？缮a出壁厚小于3mm的復雜鋯及鋯合金鑄件。
文檔編號B22D21/06GK101947640SQ20101052935
公開日2011年1月19日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權日2010年11月3日
發(fā)明者朱廣, 黃湘云 申請人:西安泵閥總廠有限公司