專利名稱：一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼及其制備方法，屬于合金精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦及鈦合金由于具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等一系列優(yōu)異的特性，被廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、海上運(yùn)輸、化學(xué)工業(yè)等方面。但是鈦和鈦合金在高溫下具有很高的化學(xué)活性，要與常用的各種耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這就需要鈦合金鑄造使用的耐火材料和粘結(jié)劑的具有非常高的化學(xué)穩(wěn)定性。目前使用較多的鈦合金精密鑄造用型殼，大致可分為石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼等。其中，石墨型殼所澆注出來的鑄件，在表面上有一層滲碳的α脆性層，厚度大約為O. 2 O. 3 _，它有可能在應(yīng)力作用 下引發(fā)裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展。石墨型殼的熱穩(wěn)定性有一定的限度，當(dāng)石墨與鈦液接觸，在達(dá)到反應(yīng)激活能的條件下，有可能發(fā)生急劇的放熱連鎖反應(yīng)，因此石墨型殼不宜澆注大型復(fù)雜鈦合金鑄件。另外，石墨型殼的收縮率高，是普通熔模陶瓷型殼的兩倍，這影響了熔模石墨型殼鈦合金精鑄件的精度。鎢面層陶瓷型殼制備時，鎢粉作為涂料中的填料使用，鎢粉的性能對型殼的品質(zhì)有重大的影響，鎢粉應(yīng)具較高的純度，雜質(zhì)含量不能超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，氧、碳含量的超標(biāo)，將影響鈦鑄件的品質(zhì)。鎢面層熔模型殼必須采用溶劑脫蠟，因而對人體健康有很大的傷害，同時也污染環(huán)境。鎢面層型殼在還原性氣氛下焙燒，脫蠟后沉積在型殼表面上的模料灰分很難燒掉，在澆注時很容易與液鈦反應(yīng)，在鑄件表面形成氣孔。氧化物陶瓷型殼的面層和鄰層涂料中主要使用了氧化鋯、氧化釔、氧化鈣等與鈦液反應(yīng)較小的氧化物，其中以氧化釔作為填料的面層涂料鑄造性能較好，但氧化釔容易發(fā)生水化作用，其漿料對PH值變化十分敏感，易膠凝。另外氧化物陶瓷型殼無法避免在鑄件表面形成α粘污層，α粘污層的厚度從O. 02、. 2mm不等。鋯酸鋇是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的耐火材料，鋯酸鋇陶瓷型殼與鈦及鈦合金反應(yīng)程度小，形成α粘污層厚度小，有研究表明熱解鋯酸鋇坩堝已經(jīng)可以用于鈦合金熔煉，此外由于鋯酸鋇穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，其在水、弱酸、強(qiáng)堿中都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以含有鋯酸鋇的涂料穩(wěn)定不易膠凝。由于鋯酸鋇密度小，涂料的懸浮性也好。本課題組已擁有專利《用于鈦及鈦合金熔煉的BaZrO3耐火材料及其坩堝的制備方法》證實BaZrO3耐火材料與鈦合金不發(fā)生反應(yīng)，沒有明顯界面層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼及制備方法。本發(fā)明是一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼，其特征在于，該型殼由面層、鋯酸鋇顆粒層、多層的由背層加上粗莫來石顆粒組成；所述的面層涂料配方為鋯酸鋇95—65wt%,醋酸鋯粘結(jié)劑5 — 35wt%，且額外加入表面活性劑硬脂酸O. 1—0. 5wt%,消泡劑聚二甲基硅氧烷O. 1-0. 5wt% ;所述的鋯酸鋇為小于200目的粉末顆粒；所述的背層涂料為硅酸乙酯或硅溶膠粘結(jié)劑和填料莫來石粉組成；該背層涂料之后再撒有顆粒的莫來石顆粒層。
本發(fā)明是一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼的制備方法，其特征在于具有以下過程和步驟
A鋯酸鋇原料的預(yù)處理將鋯酸鋇粉末經(jīng)過物理或者化學(xué)方法得到小于200目的鋯酸鎖顆粒；
B面層涂料的制備在粘結(jié)劑中加入經(jīng)過預(yù)處理的鋯酸鋇，并用攪拌器不斷攪拌，適當(dāng)加入添加劑如表面活性劑和消泡劑，涂料的配比為95飛5wt%鋯酸鋇、5 35wt%粘結(jié)劑和
O.f 5wt%表面活性劑和O. r5wt%消泡劑所組成；控制涂料漿的粘度在l(T70s (美制4號流杯)；
C型殼的制備涂料制備好后，將臘|吳浸入上述涂料中，當(dāng)涂料流滴 均勾地涂掛在臘模上時進(jìn)行撒砂，將8(Γ120目的鋯酸鋇均勻地撒在涂掛了涂料的蠟?zāi)Ｉ希煌苛铣浞指稍锖陀不螅貜?fù)上述步驟；然后再涂背層涂料，背層涂料使用硅酸乙酯或硅熔膠粘結(jié)劑和莫來石粉填料；其粘度控制在l(T20s ;最后用20目粗莫來石顆粒撒砂；將制備好的型殼進(jìn)行干燥；
D型殼的脫蠟將干燥好的型殼使用高壓蒸汽釜或微波脫蠟；
E型殼的燒結(jié)將已脫蠟的型殼放入焙燒爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒，溫度為80(Tl35(rC，保溫2 3小時，然后隨爐冷卻至室溫，即制得成品型殼。


圖1本發(fā)明型殼的多層結(jié)構(gòu)示意圖。圖2澆注前后的型殼(左為澆注后、右為澆注前λ圖3敲掉部分型殼后的合金局部。圖4完全去掉型殼的合金。
具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。本實施例的型殼制備過程和步驟如下所述
(1)涂料的制備把經(jīng)過磨細(xì)、過325目篩的鋯酸鋇粉料中加入二醋酸鋯粘結(jié)劑用攪拌器不斷攪拌，控制涂料漿的粘度大約在30s，鋯酸鋇與粘結(jié)劑的重量比4:1 ;
(2)型殼的制備將蠟?zāi)＝肷鲜雠渲煤玫耐苛现校源?，讓涂料均勻地涂掛在蠟?zāi)Ｉ蠒r，可撒砂，將鋯酸鋇干粉均勻地散在涂掛了涂料蠟?zāi)Ｉ?、撒砂過程重復(fù)I次；然后再進(jìn)行背層涂料；背層涂料所用的粘結(jié)劑為硅酸乙脂或硅溶膠，所用的填料為莫來石粉，將該背層涂料漿料涂敷于上述涂層蠟?zāi)５耐鈱?，隨后再用膠粗的莫來石粉粒進(jìn)行撒砂；背層涂料按此操作重復(fù)3次；最終形成涂層的總厚度為5mm。(3)將上述具有多層涂層的蠟?zāi)＿M(jìn)行干燥，待干燥硬化后，脫除蠟?zāi)＃纬尚蜌ぁ?4)型殼的燒結(jié)；將已脫蠟的型殼放入焙燒爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒，焙燒溫度115(Tl250°C，燒結(jié)I小時，于300°C保溫2小時，隨后隨爐冷卻至室溫，最終制成用于鈦及鈦合金精密鑄造的鋯酸鋇陶瓷型殼。利用經(jīng)此工序制成的型殼澆注鈦鎳合金，無明顯反應(yīng)層，熔煉后金屬表面光潔，合金性能良好。
權(quán)利要求
1.一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼，其特征在于，該型殼由面層、鋯酸鋇顆粒層、 多層的背層加上粗莫來石顆粒組成；所述的面層涂料配方為鋯酸鋇95— 65wt%，醋酸鋯粘結(jié)劑5 — 35wt%，且額外加入表面活性劑硬脂酸O. 1—0. 5wt%，消泡劑聚二甲基硅氧烷O. ΙΟ. 5wt% ;所述的鋯酸鋇為小于200目的粉末顆粒；所述的背層涂料為硅酸乙酯或硅溶膠粘結(jié)劑和填料莫來石粉組成；該背層涂料之后再撒有顆粒的莫來石顆粒層。
2.一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼的制備方法，其特征在于，具有以下過程和步驟A鋯酸鋇原料的預(yù)處理將鋯酸鋇粉末經(jīng)過物理或者化學(xué)方法得到小于200目的鋯酸鎖顆粒；B面層涂料的制備在粘結(jié)劑中加入經(jīng)過預(yù)處理的鋯酸鋇，并用攪拌器不斷攪拌，適當(dāng)加入添加劑如表面活性劑和消泡劑，涂料的配比為95飛5wt%鋯酸鋇、5 35wt%粘結(jié)劑和O.r5wt%表面活性劑和O. r5wt%消泡劑所組成；用美制4號流杯控制涂料漿的粘度在 10 70s ；C型殼的制備涂料制備好后，將臘|吳浸入上述涂料中，當(dāng)涂料流滴均勾地涂掛在臘模上時進(jìn)行撒砂，將8(Γ120目的鋯酸鋇均勻地撒在涂掛了涂料的蠟?zāi)Ｉ?；涂料充分干燥和硬化后，重?fù)上述步驟；然后再涂背層涂料，背層涂料使用硅酸乙酯或硅熔膠粘結(jié)劑和莫來石粉填料；其粘度控制在l(T20s ;最后用20目粗莫來石顆粒撒砂；將制備好的型殼進(jìn)行干燥；D型殼的脫蠟將干燥好的型殼使用高壓蒸汽釜或微波脫蠟；E型殼的燒結(jié)將已脫蠟的型殼放入焙燒爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒，溫度為 80(Tl35(rC，保溫2 3小時，然后隨爐冷卻至室溫，即制得成品型殼。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼及其制備方法，屬于合金精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以鋯酸鋇為填料，不與鈦反應(yīng)的醋酸鋯或釔溶膠為粘結(jié)劑；經(jīng)過預(yù)處理、成型、硬化、燒結(jié)等工序制成型殼。該型殼與鈦及鈦合金反應(yīng)程度小，鑄件表面形成的粘污層厚度??；該鋯酸鋇陶瓷型殼的強(qiáng)度高，鑄件表面的光潔度高；此外，含有鋯酸鋇的涂料穩(wěn)定不易膠凝，懸浮性好，保存時間長。
文檔編號B22C1/02GK102990006SQ20121049999
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者姜敏, 魯雄剛, 李重河, 張如林, 譚光祥, 張東, 何文英, 何建平 申請人:上海大學(xué), 上海晉拓金屬制品有限公司