專利名稱：鈦鋁基及鈮硅基合金定向凝固熔模精鑄模殼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熔模精密鑄造模殼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到鈦鋁基及鈮硅基合金定向凝固熔模精鑄模殼的制備方法。
背景技術(shù)：
鈦鋁基合金及鈮硅基合金是優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、良好的抗蠕變及抗氧化等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。但阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸在于其室溫塑性和難加工性。熔模精密鑄造作為一種可生產(chǎn)形狀復(fù)雜、近凈形結(jié)構(gòu)件的技術(shù)，適合于批量制造、無(wú)加工余量及難于機(jī)加工的復(fù)雜構(gòu)件。
定向凝固是利用凝固時(shí)對(duì)熱傳導(dǎo)方向的控制，在凝固金屬與未凝固熔體中建立起特定方向的溫度梯度，達(dá)到控制晶體取向，消除橫向晶界，改善室溫力學(xué)性能，提高其塑性、斷裂韌性和抗蠕變性能。定向凝固技術(shù)能極大提高鈦鋁基合金和鈮硅基合金的室溫塑性、斷裂韌性、蠕變強(qiáng)度等性能，為鑄件制備開辟了一條新道路，為今后鈦鋁基合金和鈮硅基合金定向凝固產(chǎn)品的應(yīng)用提供了廣闊的前景。
鈦鋁基合金及鈮硅基合金活性比較大，容易與目前常用的高溫合金定向及單晶葉片用剛玉模殼發(fā)生反應(yīng)，使鑄件的表面形成污染層，惡化鑄件質(zhì)量，影響鑄件的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
為解決鈦鋁基合金及鈮硅基合金在定向凝固過(guò)程中高溫熔融金屬液與模殼間的相互作用問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種適合于鈦鋁基合金及鈮硅基合金定向凝固熔模精密鑄造模殼的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，制備步驟如下I)隔離層粘結(jié)劑(A)制備用聚乙二醇、聚乙烯醇或縮甲基纖維素中的一種或幾種與去離子純凈水按質(zhì)量比0. I: I 0. 5:1混合攪拌均勻，充分溶解，加入表面潤(rùn)濕劑和燒結(jié)助劑備用；2)料漿配制配制隔離層料漿，把氧化釔粉倒入隔離層粘結(jié)劑中，充分混合，攪拌均勻，粉液比為4:1 8:1 ;配制加固層料漿，把氧化釔粉和鋯溶膠按粉液比3:1 8:1混合均勻，充分?jǐn)嚢鑲溆茫?)隔離層制備把隔離層料漿涂掛在蠟型件上，撒氧化釔砂，干燥12 48小時(shí)；重復(fù)上述操作2 4次形成隔離層；4)加固層制備隔離層制備完成后，涂掛加固層料漿，撒氧化鋯砂，干燥8 36小時(shí)；重復(fù)上述操作4 7次，然后，再涂掛一層加固層料漿，干燥24 48小時(shí)；5)蠟型脫除，高溫?zé)Y(jié)。所述隔離層粘結(jié)劑制備中加入的潤(rùn)濕劑為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. 02 0. 1%。，燒結(jié)助劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦中的一種或幾種的混合物，添加量為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. I 1%。所述隔離層料漿流杯粘度為30 110s，氧化釔粉粒度為200 500目；所述加固層料漿流杯粘度為20 90s，氧化鋯粉粒度為200 400目。所述隔離層制備中的 氧化釔砂粒度為30 150目，所述加固層制備中的氧化鋯砂粒度為20 110目，干燥環(huán)境為溫度20 26°C，相對(duì)濕度30 90%。所述蠟型脫除后的型殼在1000 1900°C的高溫下燒結(jié)，保溫4 6小時(shí)，冷卻到
室溫出爐。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明利用聚乙烯醇、聚乙二醇、縮甲基纖維素等用作隔離層粘結(jié)劑，以氧化釔、氧化鋯等用做高溫惰性隔離層及加固層的耐火材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，(I)高溫隔熱層粘結(jié)劑原材料豐富、價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)污染。(2)高溫惰性隔離層料漿和蠟型間的涂敷性較好，料漿性能穩(wěn)定，易于長(zhǎng)期保存。(3)高溫?zé)Y(jié)后高溫惰性隔離層粘結(jié)劑揮發(fā)，不產(chǎn)生降低模殼惰性的雜質(zhì)元素。(4)燒結(jié)助劑的添加及高溫惰性隔離層與加固層的工藝組合使模殼有耐高溫、抗熱震穩(wěn)定性好、高化學(xué)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，可以承受2000°C左右的高溫而不變形，在定向凝固大溫度梯度下的條件下不開裂，制備出的定向凝固鑄件尺寸精度高，表面污染層極薄。本發(fā)明主要用于制備航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)及燃機(jī)葉片領(lǐng)域，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式I)惰性隔離層粘結(jié)劑制備用聚乙二醇、聚乙烯醇或縮甲基纖維素中的一種或幾種與去離子純凈水按質(zhì)量比0. I: I 0. 5:1混合攪拌均勻，充分溶解，加入表面潤(rùn)濕劑和燒結(jié)助劑備用。2)料漿配制配制高溫惰性隔離層料漿，把氧化釔粉倒入中充分混合，攪拌均勻，粉液比為4:1 8:1 ;配制加固層料漿，把氧化鋯粉和鋯溶膠按粉液比3:1 8:1混合均勻，充分?jǐn)嚢鑲溆谩?)高溫惰性隔離層制備把料漿涂掛在蠟?zāi)＜?，撒氧化釔砂，干?2 48小時(shí)；重復(fù)上述操作2 4次形成高溫惰性隔離層。4)加固層制備步驟3)完成后涂掛料漿，撒氧化鋯砂，干燥8 36小時(shí)；重復(fù)上述操作4 7次,然后再涂掛料衆(zhòng),干燥24 48小時(shí)。5)蠟型脫除，高溫?zé)Y(jié)。所述步驟I)中加入的潤(rùn)濕劑為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. 02 0. 1%。，燒結(jié)助劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦中的一種或幾種的混合物，添加量為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. I 1%。所述步驟2)中隔離層料漿流杯粘度為30 110s，氧化釔粉粒度為200 500目；料漿流杯粘度為20 90s，氧化鋯粉粒度為200 400目。所述步驟3)和4)中氧化釔砂粒度為30 150目，氧化鋯砂粒度為20 110目，干燥環(huán)境為溫度20 26°C，相對(duì)濕度30 90%。所述步驟5)中蠟型脫除后的型殼在1000 1900°C的高溫下燒結(jié)，保溫4 6小時(shí)，冷卻到室溫出爐。實(shí)施例一I)惰性隔離層粘結(jié)劑制備用聚乙二醇、聚乙烯醇或縮甲基纖維素中的一種或幾種與去離子純凈水按質(zhì)量比0. 2:1混合攪拌均勻，充分溶解，加入表面潤(rùn)濕劑和燒結(jié)助劑備用。2)料漿配制配制高溫惰性隔離層料漿，把氧化釔粉倒入中充分混合，攪拌均勻，粉液比為4:1 8:1 ;配制加固層料漿，把氧化鋯粉和鋯溶膠按粉液比3:1 8:1混合均勻，充分?jǐn)嚢鑲溆谩?)高溫惰性隔離層制備把料漿涂掛在蠟?zāi)＜希鲅趸惿?，干?2 48小時(shí)； 重復(fù)上述操作2 4次形成高溫惰性隔離層。4)加固層制備步驟3)完成后涂掛料漿，撒氧化鋯砂，干燥8 36小時(shí)；重復(fù)上述操作4 7次,然后再涂掛料衆(zhòng),干燥24 48小時(shí)。5)蠟型脫除，高溫?zé)Y(jié)。步驟I)中加入的潤(rùn)濕劑為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. 02 0. 1%。，燒結(jié)助劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦中的一種或幾種的混合物，添加量為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. I 0. 4%。步驟2)中料漿(B)流杯粘度為30 110s，氧化釔粉粒度為200 500目；料漿(C)流杯粘度為20 90s，氧化鋯粉粒度為200 400目。步驟3)和4)中氧化釔砂粒度為30 150目，氧化鋯砂粒度為20 110目，干燥環(huán)境為溫度20 26°C，相對(duì)濕度30 90%。步驟5)中蠟型脫除后的型殼在1100°C的高溫下燒結(jié)，保溫4 6小時(shí)，冷卻到室溫出爐。實(shí)施例二I)惰性隔離層粘結(jié)劑制備用聚乙二醇、聚乙烯醇或縮甲基纖維素中的一種或幾種與去離子純凈水按質(zhì)量比0. 3:1混合攪拌均勻，充分溶解，加入表面潤(rùn)濕劑和燒結(jié)助劑備用。2)料漿配制配制高溫惰性隔離層料漿，把氧化釔粉倒入中充分混合，攪拌均勻，粉液比為4:1 8:1 ;配制加固層料漿，把氧化鋯粉和鋯溶膠按粉液比3:1 8:1混合均勻，充分?jǐn)嚢鑲溆谩?)高溫惰性隔離層制備把料漿涂掛在蠟?zāi)＜?，撒氧化釔砂，干?2 48小時(shí)；重復(fù)上述操作2 4次形成高溫惰性隔離層。4)加固層制備步驟3)完成后涂掛料漿，撒氧化鋯砂，干燥8 36小時(shí)；重復(fù)上述操作4 7次,然后再涂掛料衆(zhòng),干燥24 48小時(shí)。5)蠟型脫除，高溫?zé)Y(jié)。步驟I)中加入的潤(rùn)濕劑為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. 02 0. 1%。，燒結(jié)助劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦中的一種或幾種的混合物，添加量為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. I 0. 4%。步驟2)中料漿(B)流杯粘度為30 110s，氧化釔粉粒度為200 500目；料漿(C)流杯粘度為20 90s，氧化鋯粉粒度為200 400目。
步驟3)和4)中氧化釔砂粒度為30 150目，氧化鋯砂粒度為20 110目，干燥環(huán)境為溫度20 26°C，相對(duì)濕度30 90%。步驟5)中蠟型脫除后的型殼在1600°C的高溫下燒結(jié)，保溫4 6小時(shí)，冷卻到室溫出爐。實(shí)施例三I)惰性隔離層粘結(jié)劑制備用聚乙二醇、聚乙烯醇或縮甲基纖維素中的一種或幾種與去離子純凈水按質(zhì)量比0. 4:1混合攪拌均勻，充分溶解，加入表面潤(rùn)濕劑和燒結(jié)助劑備用。2)料漿配制配制高溫惰性隔離層料漿，把氧化釔粉倒入中充分混合，攪拌均勻，粉液比為4:1 8:1 ;配制加固層料漿，把氧化鋯粉和鋯溶膠按粉液比3:1 8:1混合均勻，充分?jǐn)嚢鑲溆??！?)高溫惰性隔離層制備把料漿涂掛在蠟?zāi)＜?，撒氧化釔砂，干?2 48小時(shí)；重復(fù)上述操作2 4次形成高溫惰性隔離層。4)加固層制備步驟3)完成后涂掛料漿，撒氧化鋯砂，干燥8 36小時(shí)；重復(fù)上述操作4 7次,然后再涂掛料衆(zhòng),干燥24 48小時(shí)。5)蠟型脫除，高溫?zé)Y(jié)。步驟I)中加入的潤(rùn)濕劑為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. 02 0. 1%。，燒結(jié)助劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦中的一種或幾種的混合物，添加量為粘結(jié)劑總質(zhì)量的
0.I 0. 4%。步驟2)中料漿(B)流杯粘度為30 110s，氧化釔粉粒度為200 500目；料漿(C)流杯粘度為20 90s，氧化鋯粉粒度為200 400目。步驟3)和4)中氧化釔砂粒度為30 150目，氧化鋯砂粒度為20 110目，干燥環(huán)境為溫度20 26°C，相對(duì)濕度30 90%。步驟5)中蠟型脫除后的型殼在1700°C的高溫下燒結(jié)，保溫4 6小時(shí)，冷卻到室溫出爐。
權(quán)利要求
1.鈦鋁基及鈮硅基合金定向凝固熔模精鑄模殼的制備方法，其特征在于，制備步驟如下 1)隔離層粘結(jié)劑制備用聚乙二醇、聚乙烯醇或縮甲基纖維素中的一種或幾種與去離子純凈水按質(zhì)量比0. I: I 0. 5:1混合攪拌均勻，充分溶解，加入表面潤(rùn)濕劑和燒結(jié)助劑備用； 2)料漿配制配制隔離層料漿，把氧化釔粉倒入隔離層粘結(jié)劑中，充分混合，攪拌均勻，粉液比為4:1 8:1 ;配制加固層料漿，把氧化釔粉和鋯溶膠按粉液比3:1 8:1混合均勻，充分?jǐn)嚢鑲溆茫? 3)隔離層制備把隔離層料漿涂掛在蠟型件上，撒氧化釔砂，干燥12 48小時(shí)；重復(fù)上述操作2 4次形成隔離層； 4)加固層制備隔離層制備完成后，涂掛加固層料漿，撒氧化鋯砂，干燥8 36小時(shí)；重復(fù)上述操作4 7次，然后，再涂掛一層加固層料漿，干燥24 48小時(shí)； 5)蠟型脫除，高溫?zé)Y(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述鈦鋁基及鈮硅基合金定向凝固熔模精鑄模殼的制備方法，其特征是，隔離層粘結(jié)劑制備中加入的潤(rùn)濕劑為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. 02 0. 1%。，燒結(jié)助劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦中的一種或幾種的混合物，添加量為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. I 1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述鈦鋁基及鈮硅基合金定向凝固熔模精鑄模殼的制備方法，其特征是，所述隔離層料漿流杯粘度為30 110s，氧化釔粉粒度為200 500目；所述加固層料漿流杯粘度為20 90s，氧化鋯粉粒度為200 400目。
4.根據(jù)權(quán)利I中所述鈦鋁基及鈮硅基合金定向凝固熔模精鑄模殼的制備方法，其特征是，所述隔離層制備中的氧化釔砂粒度為30 150目，所述加固層制備中的氧化鋯砂粒度為20 110目，干燥環(huán)境為溫度20 26 °C，相對(duì)濕度30 90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述鈦鋁基及鈮硅基合金定向凝固熔模精鑄模殼的制備方法，其特征是，所述蠟型脫除后的型殼在1000 1900°C的高溫下燒結(jié)，保溫4 6小時(shí)，冷卻到室溫出爐。
全文摘要
本發(fā)明屬于熔模精密鑄造模殼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鈦鋁基及鈮硅基合金定向凝固熔模精鑄模殼的制備方法。本發(fā)明利用聚乙烯醇、聚乙二醇、縮甲基纖維素等用作隔離層粘結(jié)劑，以氧化釔、氧化鋯等用做高溫惰性隔離層及加固層的耐火材料。本發(fā)明高溫隔熱層粘結(jié)劑和高溫惰性隔離層料漿和蠟型間的涂敷性較好，料漿性能穩(wěn)定，易于長(zhǎng)期保存。高溫?zé)Y(jié)后高溫惰性隔離層粘結(jié)劑揮發(fā)，不產(chǎn)生降低模殼惰性的雜質(zhì)元素。燒結(jié)助劑的添加及高溫惰性隔離層與加固層的工藝組合使模殼有耐高溫、抗熱震穩(wěn)定性好、高化學(xué)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，可以承受2000℃左右的高溫而不變形，在定向凝固大溫度梯度下的條件下不開裂，制備出的定向凝固鑄件尺寸精度高，表面污染層極薄。
文檔編號(hào)B22C9/04GK102744366SQ201210209569
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者劉晨光, 王紅紅 申請(qǐng)人:北京百慕航材高科技股份有限公司