一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法技术

技术编号:14423143 阅读:320 留言:0更新日期:2017-01-13 01:39
本发明专利技术公开了一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法,属于高温合金熔模精密铸造工艺技术领域。该方法通过在陶瓷型壳的面层涂料预吸收一定量的金属氧化物混合物,可以防止陶瓷型壳中的低价氧化物与熔融合金中的铬反应,从而减少和防止熔融合金中的铬转入陶瓷型壳内,消除了化学粘砂倾向,提高了铸件表面的质量。所制备的陶瓷型壳化学稳定性好,表面致密度高,可以保证叶片毛坯的表面质量及尺寸精度,能够满足先进定向/单晶叶片生产的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温合金熔模精密铸造工艺
,具体涉及一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法
技术介绍
高温合金主要应用于制造涡轮叶片及喷嘴等形状复杂、精度高及表面粗糙度低的零件,因此高温合金多采用熔模精密铸造成形工艺。熔模精密铸造的生产工艺过程为熔模制造、型壳、合金重熔、浇注和铸件清理及修补。其中型壳材质与制造工艺直接影响铸件的尺寸精度和表面粗糙度。定向凝固精密铸造过程中,型壳是在高温状态下浇注金属液,型壳作为一个“容器”充满了熔融金属,它与金属的界面作用既有热机械渗透作用,又有热物理化学作用。定向凝固过程中,合金在型壳内保持液态的时间长达几十分钟到几小时,型壳材料各组分很容易与液态合金发生化学反应。因此定向凝固型壳表面层耐火材料不仅要软化点高,杂质含量低,而且材料本身的化学稳定性要好,以防止型壳表面与熔融合金发生化学反应。型壳/金属界面行为对铸件内在和外观质量有重要影响。高温合金叶片的成分非常复杂,为了提高合金的流动性,通常铸件的浇注温度在1400℃以上,有的甚至要达到1600℃。在如此高的温度下,陶瓷型壳的主要成分二氧化硅或氧化铝都会与高温合金中的碳反应,生成低价的氧化物,而低价的氧化物又会氧化高温合金中的铬,从而使叶片表面形成化学粘砂,但是由于防止铸件再结晶等原因,铸件表面化学粘砂无法采用机械方法去除,因此,制备一种防粘砂高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳是生产中急待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法,所制备陶瓷型壳化学稳定性好,表面致密度高,可以保证铸件(叶片毛坯)的表面质量及尺寸精度,且基本消除了高温合金熔融金属液与型壳内表面在高温情况下的化学反应,具有良好的防粘砂性能,能够满足先进定向/单晶叶片生产的需要。为实现上述目的,本专利技术所采取的技术方案如下:一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法,该方法包括如下步骤:(1)面层料浆配制:以Al2O3陶瓷粉、硅溶胶、润湿剂、消泡剂和氧化物粉为原料,将硅溶胶倒入涂料桶内,加入润湿剂和消泡剂后,在搅拌条件下缓慢加入Al2O3陶瓷粉,搅拌2小时后,加入氧化物粉继续搅拌2小时,再倒入L型涂料搅拌机内继续搅拌24小时后备用;面层料浆粘度控制在20~35s;(2)加固层料浆配制:将硅溶胶倒入涂料桶内,再加入润湿剂和消泡剂,在搅拌条件下缓慢加入Al2O3陶瓷粉,搅拌时间大于2小时后停止,制得加固层料浆备用;加固层料浆粘度控制在5~15s;(3)型壳的涂挂操作:首先在蜡模上涂挂1~2层面层料浆,粘度控制在20~35s,撒砂为刚玉砂,自然干燥3~16小时后获得所述型壳面层;然后在型壳面层上涂挂加固层料浆,粘度控制在5~15s,撒砂为刚玉砂,自然干燥3~10小时后在面层上获得型壳加固层;(4)型壳的脱蜡:将步骤(3)获得的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡,压力控制在0.6~0.7MPa,温度165~170℃,脱蜡时间为15~20分钟;(5)型壳的焙烧:将步骤(4)脱蜡后的型壳平放在电炉底板上进行焙烧,焙烧温度500~1000℃,焙烧时间≥2小时,即获得所述高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳。上述步骤(1)中,所述硅溶胶是二氧化硅的溶胶,由无定形二氧化硅的微小颗粒分散在水中形成的稳定胶体溶液,该步骤中选择830硅溶胶,其化学成分中SiO2含量29-31%,Na2O≤0.5%;所述润湿剂为JFC润湿剂;消泡剂为正辛醇;氧化物粉为氧化钼(MoO3)、氧化钇(Y2O3)、氧化铬(Cr2O3)和氧化钨(WO3和WO2)中的一种或几种。步骤(1)中,所述硅溶胶与Al2O3陶瓷粉重量比例为1:(2.0~5.5),所述润湿剂和消泡剂的用量均为硅溶胶体积的0.1~0.15%,所述氧化物粉占面层涂料制备原料总重量的4~15%。上述步骤(2)中,所述硅溶胶为1430硅溶胶,润湿剂为JFC润湿剂,消泡剂为正辛醇。上述步骤(2)中,所述硅溶胶与Al2O3陶瓷粉的重量比例为:1:(1.0~1.8),所述润湿剂和消泡剂的用量均为硅溶胶体积的0.1~0.15%。上述步骤(5)焙烧过程中,允许低于500℃入炉,到保温时间后允许开炉门降温。本专利技术设计原理及有益效果如下:1、本专利技术通过在陶瓷型壳的面层涂料预吸收一定量的金属氧化物混合物,可以防止陶瓷型壳中的低价氧化物与熔融合金中的铬反应,从而减少和防止熔融合金中的铬转入陶瓷型壳内,消除了化学粘砂倾向,提高了铸件表面的质量。2、本专利技术制备陶瓷型壳化学稳定性好,表面致密度高,可以保证叶片毛坯的表面质量及尺寸精度,能够满足先进定向/单晶叶片生产的需要。附图说明图1为对比例1制备的铸件直浇道。图2为对比例2制备的铸件直浇道。图3为实施例1制备的铸件直浇道。图4为定向叶片经对比例1和实施例1工艺处理后铸件表面质量对比;其中:(a)对比例1;(b)实施例1。具体实施方式以下结合附图及实施例详述本专利技术。对比例11、配制面层涂料:准备好Al2O3陶瓷粉,硅溶胶(830),润湿剂(JFC),消泡剂(正辛醇);配制比例:硅溶胶与Al2O3陶瓷粉重量比为1:2.0~5.5,润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积0.1~0.15%,本例不加入氧化物粉;配制过程:将定量的硅溶胶倒入涂料桶内,再按比例加入润湿剂和消泡剂,同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入Al2O3陶瓷粉,搅拌时间大于2小时,搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时后方可使用;面层涂料粘度要求20~35s。2、配制加固层涂料:配制比例:硅溶胶(1430)与Al2O3陶瓷粉比例为:1:1.0~1.8,润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积的0.1~0.15%;配制过程:将定量的硅溶胶倒入涂料桶内,再加入润湿剂和消泡剂,同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入Al2O3陶瓷粉,搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度),搅拌时间大于2小时后方可使用;身体和精神战线不统一粘度控制在5~15s。3、对型壳进行涂挂操作:先在蜡模上涂挂面层涂料,粘度要求20~35s,撒砂要求80#刚玉砂,握住模组的手柄或浇口杯,缓缓浸入面层料浆内,10~15s后取出模组,使多余的料浆滴入料浆桶内,用喷枪轻轻吹去盲孔,窄槽的气泡,使模组各部位均匀地覆盖一层料浆,重复以上操作后,把模组送入淋砂机(手工挂砂)内挂砂,挂砂时间约为10秒,然后将模组挂在模组架上自然干燥3~16小时。第二层涂挂加固层涂料:粘度要求5~15s,撒砂要求60#刚玉砂,首先用喷枪轻轻吹掉面层涂料的浮砂,重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后再浸入硅溶胶中,浸硅溶胶约2秒钟即可迅速取出、控掉多余硅溶胶后浸入二层料浆,操作同面层操作,挂砂后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥3~10小时。第三层涂挂加固层涂料:粘度要求5~15s,撒砂要求46#刚玉砂,用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂,重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后,其余同第一层操作。第四层至第六层涂挂加固层涂料:操作同第三层,撒砂要求24#刚玉砂。第七层封浆,然后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥3~10小时。4、型壳的脱蜡:将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡,压力控制在0.6~0.7M本文档来自技高网...
一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法

【技术保护点】
一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:(1)面层料浆配制:以Al2O3陶瓷粉、硅溶胶、润湿剂、消泡剂和氧化物粉为原料,将硅溶胶倒入涂料桶内,加入润湿剂和消泡剂后,在搅拌条件下加入Al2O3陶瓷粉,搅拌2小时后,加入氧化物粉继续搅拌2小时,再倒入L型涂料搅拌机内继续搅拌24小时后备用;面层料浆粘度控制在20~35s;(2)加固层料浆配制:将硅溶胶倒入涂料桶内,再加入润湿剂和消泡剂,在搅拌条件下加入Al2O3陶瓷粉,搅拌时间大于2小时后停止,制得加固层料浆备用;加固层料浆粘度控制在5~15s;(3)型壳的涂挂操作:首先在蜡模上涂挂1~2层面层料浆,粘度控制在20~35s,撒砂为刚玉砂,自然干燥3~16小时后获得所述型壳面层;然后在型壳面层上涂挂加固层料浆,粘度控制在5~15s,撒砂为刚玉砂,自然干燥3~10小时后在面层上获得型壳加固层;(4)型壳的脱蜡:将步骤(3)获得的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡,压力控制在0.6~0.7MPa,温度165~170℃,脱蜡时间为15~20分钟;(5)型壳的焙烧:将步骤(4)脱蜡后的型壳平放在电炉底板上进行焙烧,焙烧温度500~1000℃,焙烧时间≥2小时,即获得所述高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳。...

【技术特征摘要】
1.一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:(1)面层料浆配制:以Al2O3陶瓷粉、硅溶胶、润湿剂、消泡剂和氧化物粉为原料,将硅溶胶倒入涂料桶内,加入润湿剂和消泡剂后,在搅拌条件下加入Al2O3陶瓷粉,搅拌2小时后,加入氧化物粉继续搅拌2小时,再倒入L型涂料搅拌机内继续搅拌24小时后备用;面层料浆粘度控制在20~35s;(2)加固层料浆配制:将硅溶胶倒入涂料桶内,再加入润湿剂和消泡剂,在搅拌条件下加入Al2O3陶瓷粉,搅拌时间大于2小时后停止,制得加固层料浆备用;加固层料浆粘度控制在5~15s;(3)型壳的涂挂操作:首先在蜡模上涂挂1~2层面层料浆,粘度控制在20~35s,撒砂为刚玉砂,自然干燥3~16小时后获得所述型壳面层;然后在型壳面层上涂挂加固层料浆,粘度控制在5~15s,撒砂为刚玉砂,自然干燥3~10小时后在面层上获得型壳加固层;(4)型壳的脱蜡:将步骤(3)获得的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡,压力控制在0.6~0.7MPa,温度165~170℃,脱蜡时间为15~20分钟;(5)型壳的焙烧:将步骤(4)脱蜡后的型壳平放在电炉底板上进行焙烧,焙烧温度500~1000℃,焙烧时间≥2小时,即获得所述高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑伟申健卢玉章张健楼琅洪
申请(专利权)人:中国科学院金属研究所
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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