用于制造渦輪機(jī)葉片的浸漬陶瓷型芯的方法
【專(zhuān)利摘要】用于機(jī)械地增強(qiáng)在通過(guò)熔模鑄造方法的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件制造中使用的陶瓷型芯的浸漬方法，該方法涉及在通過(guò)在水中溶解聚乙烯醇(PVAl)獲得的混合物中浸涂所述芯，隨后將所述芯浸沒(méi)在純水中并熱聚合反應(yīng)，其特征在于，劑量在每升水100到200克PVAl之間。浸漬時(shí)間優(yōu)選地在20分鐘到1小時(shí)30分鐘之間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制造渦輪機(jī)葉片的浸漬陶瓷型芯的方法
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地，是這些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的金屬葉片組件的制造。
[0002]為了制造如用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的金屬葉片組件等部件，其具有帶有復(fù)雜幾何形狀的內(nèi)部空腔，通常使用被稱(chēng)為熔模鑄造的技術(shù)。這包括用之后可很容易除去的蠟或其他等同材料生產(chǎn)部件的初始模型。
[0003]制造過(guò)程開(kāi)始于生產(chǎn)一種形成翻砂型芯并包括葉片組件的內(nèi)部空腔的內(nèi)部部件。然后使用注射模具進(jìn)行蠟?zāi)?，芯放置到注射模具?nèi)以及蠟注射到注射模具內(nèi)。然后在該模型周?chē)纬商沾赏鈿?，該外殼包括通過(guò)在幾個(gè)料漿內(nèi)連續(xù)浸涂而生產(chǎn)的多個(gè)層。料漿由帶有膠狀礦物粘合劑以及必要時(shí)添加劑的陶瓷材料顆粒組成。
[0004]外殼模具然后脫蠟，脫蠟是一種除去形成原始蠟?zāi)Ｐ偷牟牧系牟僮?。在已除去該模型后，獲得了陶瓷模具，其內(nèi)腔再產(chǎn)生葉片的所有形狀并且該模具仍封裝用于產(chǎn)生葉片的內(nèi)部空腔的陶瓷型芯。模具然后經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚砘颉昂婵尽?，這賦予它必要的力學(xué)性能。
[0005]外殼模具因此準(zhǔn)備用于通過(guò)鑄造制造金屬部件。在已經(jīng)檢查了外殼模具的內(nèi)部和外部完整性之后，下一步驟包括鑄造熔融金屬，其占據(jù)外殼模具內(nèi)壁和芯之間的空余空間，然后固化所述金屬。最后，在已經(jīng)鑄造了合金后，外殼通過(guò)抖動(dòng)操作斷裂，然后經(jīng)由化學(xué)處理除去了在葉片中保持封裝的陶瓷型芯以及用通過(guò)加工或拋光的精加工制造金屬部件端部。
[0006]陶瓷型芯經(jīng)常遇到的問(wèn)題是它們具有非常精細(xì)的幾何圖形并且在經(jīng)由注蠟的過(guò)模過(guò)程中它們?nèi)菀讛嗔鸦蜃冃?。因此在制造過(guò)程結(jié)束時(shí)有必要實(shí)施加固操作。目前使用的一種方法包括使用與稀釋劑混合的樹(shù)脂填充芯的孔隙，然后聚合反應(yīng)該樹(shù)脂，其然后能使其機(jī)械強(qiáng)度翻兩番。常用的產(chǎn)品是聚環(huán)氧化物樹(shù)脂，如環(huán)氧樹(shù)脂以及由混合溶劑組成的稀釋劑，如甲苯和甲醇。
[0007]這些產(chǎn)品的缺點(diǎn)是，它們通常有毒(分類(lèi)為CMR，即致癌，致突變或生殖有毒的)并且它們需要由操作者實(shí)施的保護(hù)措施。除此之外，它們需要，在[法國(guó)]勞動(dòng)法下，他們需要穿戴個(gè)人防護(hù)設(shè)備和對(duì)于每個(gè)操作者接觸的特定監(jiān)視，以及以下的前提，抽吸系統(tǒng)和干燥設(shè)備符合ATEX (爆燃性空氣)命令。
[0008]已經(jīng)通過(guò)專(zhuān)利申請(qǐng)GB2263658提供了一種解決方案，其建議使用水作為溶劑以及使用不同的浸潰產(chǎn)品，包括聚乙烯醇。它建議酒精濃度在10%的極限內(nèi)，換句話(huà)說(shuō)，每升水大約10克，并且認(rèn)為該濃度是不被超過(guò)的極限值，因?yàn)楫a(chǎn)品然后變得太粘稠。
[0009] 申請(qǐng)人:想知道該極限并想知道更高濃度是否可進(jìn)一步改進(jìn)該情況，以及分析由此可出現(xiàn)的限制。
[0010]本發(fā)明的目的是提出一種比用于機(jī)械增強(qiáng)型芯的當(dāng)前產(chǎn)品更好實(shí)施的產(chǎn)品，并且其符合關(guān)于保護(hù)員工的健康和安全以及保護(hù)環(huán)境的責(zé)任。
[0011]為此，本發(fā)明的主題是一種用于機(jī)械地增強(qiáng)在通過(guò)熔模鑄造的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件制造中使用的陶瓷型芯的浸潰方法，包括在通過(guò)在水中溶解聚乙烯醇(PVAl)獲得的混合物中浸涂所述芯，隨后將所述芯浸沒(méi)在純水中并熱聚合反應(yīng)，其特征在于，混合比例在每升水100到200克PVAl之間。
[0012]有利地，通過(guò)浸涂的浸潰時(shí)間在20分鐘到I小時(shí)30分鐘之間。由于其相對(duì)高的粘度，長(zhǎng)時(shí)間對(duì)于浸潰產(chǎn)品是必要的，以適當(dāng)?shù)貪B透所述陶瓷型芯的孔。
[0013]優(yōu)選地，所述聚合反應(yīng)在90°C到120°C之間的溫度發(fā)生。
[0014]更優(yōu)選地，所述聚合反應(yīng)在30分鐘至2小時(shí)之間的時(shí)期內(nèi)發(fā)生。
[0015]本發(fā)明還涉及一種通過(guò)熔模鑄造制造帶有內(nèi)部空腔的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的方法，所述方法包括生產(chǎn)代表所述內(nèi)部空腔的陶瓷型芯的步驟，其特征在于，它包括經(jīng)由上述方法機(jī)械地增強(qiáng)所述芯的步驟。
[0016]在閱讀以下給出的詳細(xì)的說(shuō)明性描述一本發(fā)明的實(shí)施例作為純粹說(shuō)明性的和非限制性的示例給出一參考示意性附圖，將更好地理解本發(fā)明，以及其他目的，細(xì)節(jié)，特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。在這些圖中:
[0017]一圖1是給出通過(guò)用根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品浸潰葉片芯獲得的結(jié)果的表格；
[0018]一圖2和圖3是使用根據(jù)本發(fā)明的浸潰產(chǎn)品和使用現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品所獲得材料的兩個(gè)物理屬性的比較圖解視圖。
[0019]圖1示出了對(duì)于聚乙烯醇(PVAl)在水中的不同濃度以及對(duì)于各種制造條件(浸潰時(shí)間和烘烤時(shí)間和溫度)，從代表渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的蠟?zāi)Ｐ托镜脑嚇铀@得的結(jié)果。
[0020]在酒精中選定的濃度是50g/l，100g/l和200g/l以及試樣的浸潰時(shí)間范圍從20分鐘到I小時(shí)30分鐘。同時(shí)，烘烤時(shí)間和溫度范圍分別從35分鐘到I小時(shí)30分鐘，一個(gè)示例是16小時(shí)以及從90°C到172°C。需要指出的是:
[0021]—在50g/l的濃度，20分鐘的浸潰時(shí)間以及在從90°C到120°C的溫度下烘烤35分鐘到2小時(shí)，在從14.87到20.07 MPa范圍內(nèi)獲得的斷裂應(yīng)力以及范圍從13.9到16.87GPa的楊氏模量。
[0022]—在100g/l的濃度，范圍從20分鐘到I小時(shí)30分鐘的浸潰時(shí)間以及在90°C到172°C之間的溫度下烘烤I到2小時(shí)，范圍從21.52到29.4 MPa的斷裂應(yīng)力以及范圍從50.3到18.1lGPa的楊氏模量。
[0023]一在200g/l的濃度，范圍從30分鐘到I小時(shí)30分鐘的浸潰時(shí)間以及在120°C的溫度下烘烤I到16小時(shí)，范圍從31.5到35.79 MPa的斷裂應(yīng)力以及范圍從6.67到6.53GPa的楊氏模量。
[0024]圖2和圖3分別示出了五種試樣的斷裂應(yīng)力和楊氏模量:沒(méi)有浸潰的試樣，浸潰有在水中以50克/升比例的PVAl的試樣，浸潰有以100克/升比例的PVAl的試樣，浸潰有以200克/升比例的PVAl的試樣以及浸潰有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)氧樹(shù)脂的試樣。
[0025]為了解決所引起的問(wèn)題，本發(fā)明首先提出了放棄使用現(xiàn)有技術(shù)的甲苯或甲醇類(lèi)型稀釋劑以及用水代替它們，以除去與健康或環(huán)境保護(hù)有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。為了代替現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，已經(jīng)用不同的商業(yè)產(chǎn)品以及這些產(chǎn)品在水中的不同濃度進(jìn)行了一系列的測(cè)試。也已經(jīng)評(píng)估了與產(chǎn)品的固溶熱處理有關(guān)的不同參數(shù)(濃度、攪拌、溫度)以及不同的干燥和聚合反應(yīng)參數(shù)(溫度、時(shí)間)。
[0026]總之，本發(fā)明選定聚乙烯醇作為浸潰產(chǎn)品，聚乙烯醇溶于水并且其粘性合與乳化性能是已知的。通過(guò)聚醋酸乙烯酯的堿性水解(氫氧化鈉、鉀)獲得聚乙烯醇或PVAl，其化學(xué)式是-(CH2CHOH)η-。它可用作脫模劑或填料，以及因此提供了形成常規(guī)膜的益處，其可環(huán)繞模具并且在制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的情況下其可因此環(huán)繞蠟?zāi)Ｐ偷男尽Ｔ诰哂型扛胶驼持某赡ば阅艿膸讉€(gè)可溶性產(chǎn)品上進(jìn)行一系列測(cè)試后最終被優(yōu)選的該產(chǎn)品具有滲透到芯表面內(nèi)孔，填充它們以及從而形成通過(guò)干燥或通過(guò)聚合反應(yīng)被固化的外殼的優(yōu)點(diǎn)。在測(cè)試完成后，根據(jù)機(jī)械性能的所需增加，所建議的濃度為從100到200g/l。
[0027]由本發(fā)明產(chǎn)品提供的機(jī)械增強(qiáng)效果因此是雙重的:它通過(guò)除去一部分孔隙產(chǎn)生第一增強(qiáng)作用，該孔隙會(huì)減少陶瓷材料的機(jī)械性能，以及通過(guò)在芯周?chē)纬赏繉赢a(chǎn)生第二增強(qiáng)作用，涂層本身具有自己的機(jī)械性能。
[0028]所建議的本發(fā)明的實(shí)施方式包括通過(guò)在加熱到80°的水中溶解PVAl來(lái)制備混合物，以加速其溶解。芯然后浸沒(méi)在混合物中，然后在蒸餾水中，以除去多余的混合物。最后，它們?cè)诳鞠渲羞M(jìn)行聚合反應(yīng)。在芯上獲得的質(zhì)量增益在2%左右。
[0029]由本發(fā)明所提供的第一增益在于使用水作為溶劑，它消除了先前有機(jī)溶劑遇到的毒性問(wèn)題。另一方面，該選擇意味著放棄標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂并且替代地選擇如PVAl的產(chǎn)品，其溶于水并且其聚合反應(yīng)充分地加固芯。在開(kāi)發(fā)本發(fā)明的過(guò)程中遇到的困難之一在于能夠充分地集中混合物以在聚合反應(yīng)后增加其機(jī)械加固的有效性，同時(shí)保持相對(duì)低的粘度以適當(dāng)?shù)亟⑿尽?br> [0030]用水和PVAl所獲得的結(jié)果示出了(見(jiàn)圖2和圖3)在材料屬性上的明顯提高，其事實(shí)上仍不如用現(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)溶劑所獲得的，但對(duì)于用于制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的芯的方法已經(jīng)足夠。因此，可以看出的是，對(duì)于大約100g/l-200g/l的混合物比例，與未處理的試樣相比，斷裂強(qiáng)度增強(qiáng)3倍(在現(xiàn)有技術(shù)中增強(qiáng)4倍)，以及楊氏模量增強(qiáng)2倍(在現(xiàn)有技術(shù)中增強(qiáng)4倍)。
[0031]再參見(jiàn)圖2和圖3時(shí)，還可以觀察到的是，通過(guò)采用超過(guò)100g/l的PVAl濃度進(jìn)一步提高陶瓷型芯的機(jī)械強(qiáng)度。特別地，在彎曲斷裂強(qiáng)度內(nèi)獲得的增益特別地值得，因?yàn)檫@些芯易碎并且很難操作。實(shí)際上，該增益被獲得到粘度的更大損害程度，其特別地高于由現(xiàn)有技術(shù)建議的極限值。不可否認(rèn)的是，太高的粘度是有害的，因?yàn)樵诩兯械那逑措A段更困難，該階段在浸潰之后以移除芯上的過(guò)多產(chǎn)品。這是因?yàn)槟承┍砻嬉粯O端薄而易碎以及從其凹槽可能很難移出產(chǎn)品一不應(yīng)該過(guò)度地工作。 申請(qǐng)人:因此觀察到，考慮到發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，超過(guò)200g/l的增益不合理。
[0032]盡管更高的濃度提高了浸潰型芯的機(jī)械強(qiáng)度，但必須調(diào)整制造進(jìn)度以考慮粘度。產(chǎn)品必須保持與芯接觸更長(zhǎng)時(shí)間以有時(shí)間深入地滲透到芯的表面以下，從而適當(dāng)?shù)靥畛淇住Ｅc現(xiàn)有技術(shù)中大約5分鐘的極短時(shí)間相比，浸潰時(shí)間因此必須增加到不少于30分鐘的值。
[0033]簡(jiǎn)而言之， 申請(qǐng)人:已經(jīng)反對(duì)將最大允許濃度確定到10g/l的現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)，并觀察到可能進(jìn)一步提高芯的機(jī)械強(qiáng)度，假設(shè)對(duì)制造進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整的話(huà)。
【權(quán)利要求】
1.一種浸潰方法，用于機(jī)械地增強(qiáng)在經(jīng)由熔模鑄造的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件制造中使用的陶瓷型芯，其包括在通過(guò)在水中溶解聚乙烯醇(PVAl)獲得的混合物中浸涂所述芯，隨后將所述芯浸沒(méi)在純水中并熱聚合反應(yīng)，其特征在于，混合比例在每升水100到200克PVAl之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)浸涂的浸潰時(shí)間在20分鐘到I小時(shí)30分鐘之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述聚合反應(yīng)發(fā)生的溫度為90°C到120°C之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述聚合反應(yīng)持續(xù)的時(shí)間為30分鐘至2小時(shí)之間。
5.通過(guò)熔模鑄造制造帶有內(nèi)部空腔的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的方法，所述方法包括生產(chǎn)代表所述內(nèi)部空腔的陶瓷型芯的步驟，其特征在于，它包括經(jīng)由根據(jù)權(quán)利要求1到4任一所述的方法機(jī)械地增強(qiáng)所述芯的步驟。
【文檔編號(hào)】B22C3/00GK104185517SQ201380014369
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月16日
【發(fā)明者】尚塔爾·蘭洛伊斯 申請(qǐng)人:斯奈克瑪