一种用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳及制备该模壳的方法技术

一种用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳及制备该模壳的方法，属于熔模精密铸造模壳的制备技术领域。该方法所涉及的模壳面层和临面层浆料以铝溶胶为粘结剂、以高纯电熔氧化钇粉和电熔白刚玉粉为耐火填料，焙烧后的模壳面层成分为Y2O3与Y3Al5O12、Y4Al2O9和YAlO3三种钇铝氧化物中的至少一种。模壳采用熔模精密铸造工艺制备，包括蜡模、挂浆、撒砂、脱蜡、焙烧等工序。本发明专利技术的模壳浆料性能稳定，涂挂及流动性能好，易于保存，模壳具有化学稳定性高、高温强度、抗热震性和高温抗蠕变性优良等特点，精密铸造或定向凝固得到的TiAl合金表面光洁，污染层薄。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳及制备该模壳的方法，属于熔模精密铸造模壳的制备

技术介绍
TiAl基金属间化合物具有熔点高(1460℃)、密度低(3.9-4.2g/cm3)、高温强度优良、抗蠕变及抗氧化等优点，是850℃～1050℃温度区间内唯一候选的减重结构材料，在航空发动机领域有非常好的应用前景。TiAl基合金熔模精密铸造技术可实现任意形状零部件的近无余量甚至无余量整体成形，是制备TiAl基合金零部件的首选方法。研究表明，TiAl基合金的性能对组织非常敏感，采用定向凝固技术控制初生相的取向和片层生长方向，可获得具有最佳综合性能的合金组织。采用定向凝固精密铸造技术对TiAl基合金进行制备，不仅能控制晶粒的取向，得到具有最佳综合性能的合金组织，还可以实现叶片类复杂铸件的近净成形，对于提高发动机的性能、降低生产成本具有重要意义。然而，TiAl基合金熔体具有很高的化学活性，精密铸造或定向凝固过程中容易与型壳材料发生反应，对合金造成污染，这限制了精密铸造或定向凝固精密铸造技术在TiAl基合金中的应用。
技术实现思路
本专利技术针对TiAl基合金的高活性及精密铸造或定向凝固工艺的要求，为了消除或降低精密铸造或定向凝固过程中TiAl基合金与模壳材料间的反应，制备表面及内部无污染的TiAl基合金部件。本专利技术提出一种适用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳，该模壳焙r>烧后的面层和临面层成分为Y2O3与Y3Al5O12、Y4Al2O9和YAlO3三种钇铝氧化物中的至少一种。该模壳的使用温度为1500～1800℃，可用于TiAl基合金的精密铸造或定向凝固。本专利技术采用熔模精密铸造工艺制备用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳的方法，具体步骤如下：步骤一：配制模壳惰性层浆料惰性层浆料由氧化钇粉、氧化铝粉、铝溶胶、分散剂、消泡剂、表面活性剂组成，其中，氧化钇粉和氧化铝粉占浆料总重量的45～85％，氧化铝粉占氧化钇粉和氧化铝粉总重量的比例不高于30％；铝溶胶占料浆总重量的14％～54％，消泡剂占料浆总重量的0.01％～1％、分散剂占料浆总重量的0.01～1％，表面活性剂占料浆总重量的0.01％～1％；并且铝溶胶、氧化钇粉、氧化铝粉、消泡剂、分散剂和表面活性剂的总量之和为100％；步骤二：配制模壳过渡层浆料及背层浆料过渡层浆料及背层浆料均由氧化铝粉、铝溶胶、分散剂、消泡剂和表面活性剂组成，其中，氧化铝粉占料浆总重的45～85％，铝溶胶占料浆总重的14～54％，消泡剂占料浆总重的0.01％～1％，分散剂占料浆总重量的0.01～1％，表面活性剂占料浆总重量的0.01～1％；并且氧化铝粉、铝溶胶、消泡剂、分散剂和表面活性剂的总量之和为100％；步骤三：制备模壳惰性层将形状为铸件形状的蜡模浸入步骤一制得的惰性层浆料中3～15s后取出，均匀撒上电熔氧化钇砂，干燥8～24h；重复上述挂浆、撒砂和干燥过程2～4次，形成模壳惰性层；步骤四：制备模壳过渡层将步骤三制备好的模壳惰性层浸入步骤二制得的过渡层浆料中3～20s后取出，均匀撒上电熔白刚玉砂，干燥7～20h；并重复该挂浆、撒砂和干燥过程1～3次；步骤五：制备模壳背层将步骤四制备好的模壳过渡层浸入步骤二制得的背层浆料中3～20s后取出，均匀撒上电熔白刚玉砂，干燥7～15h；并重复该挂浆、撒砂和干燥过程3～7次，最后一层只挂浆不撒砂，制备完成后干燥8～36h，制得模壳预成型件；步骤六：脱蜡将步骤五中制得的模壳预成型件置于温度为200～500℃脱蜡炉内，脱蜡5～25分钟，制得模壳生坯；步骤七：焙烧将步骤六中脱蜡后的模壳生坯放入电阻炉内进行焙烧，设定升温速率为0.2～6℃/min，焙烧温度为1000℃～1800℃，并在1000℃～1800℃条件下保温1h～6h，然后随炉冷却至室温后取出，制得用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳。消泡剂是正辛醇、正戊醇、有机硅树脂中的一种；分散剂是OP-10、JFC、OP-7中的一种。步骤一中配置惰性层料浆中所用氧化钇粉、氧化铝粉的粒度均为200～500目，惰性层料浆流杯粘度为20～100s(室温)。步骤二中配置过渡层和背层料浆中氧化铝粉的粒度为200～400目，过渡层及背层料浆流杯粘度为18～80s(室温)。步骤三中所述的电熔氧化钇砂的粒度为30～180目，模壳的干燥温度为18～30℃，相对湿度为40～90％。步骤四中所述的电熔白刚玉砂的粒度为20～120目，模壳干燥温度为18～30℃，相对湿度为35～80％。步骤五中所述的电熔白刚玉砂的粒度15～100目，模壳的干燥温度为18～30℃，相对湿度为30～70％。本专利技术技术方案中，氧化钇、氧化铝以及氧化钇与氧化铝焙烧生成的Y3Al5O12、Y4Al2O9和YAlO3等钇铝氧化物具有优良的耐热、耐腐蚀和高温稳定性，因此氧化钇、氧化铝粉适合做精密铸造或定向凝固模壳的面层耐火材料，铝溶胶适合做面层粘结剂。本专利技术的优点是：(1)本专利技术所涉及的模壳面层和临面层浆料以铝溶胶为粘结剂、以高纯电熔氧化钇粉和电熔白刚玉粉为耐火填料，焙烧后型壳面层成分为氧化钇和Y3Al5O12、Y4Al2O9和YAlO3三种钇铝氧化物中的至少一种，化学稳定性好，与合金熔体间的反应微弱，精密铸造或定向凝固所得合金铸件表面光洁，表面质量良好。(2)本专利技术过渡层和背层材料为电熔白刚玉，具有熔点高、尺寸稳定、价格便宜、热膨胀系数小等优点。(3)模壳浆料性能稳定，涂挂及流动性能好，易于保存，所制备的模壳具有化学稳定性高、高温强度、抗热震性和高温抗蠕变性优良等特点，定向凝固得到的TiAl合金表面光洁，污染层薄。在对TiAl基合金进行精密铸造或定向凝固过程中，该模壳不发生开裂和变形，没有漏液。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，但本专利技术并不限于以下实施例。本专利技术的一种TiAl基合金精密铸造或定向凝固模壳，焙烧后的主要成分为Y2O3和钇铝氧化物。本专利技术的TiAl基合金精密铸造或定向凝固模壳，充分利用了氧化钇和氧化铝两种材料在低温和高温下的特性，通过对材料的设计和制备工艺的优化，焙烧后的型壳主要成分为Y2O3和Y3Al5O12、Y4Al2O9和YAlO3三种钇铝氧化物中的至少一种，不仅具有良好的化学稳定性、优良的高温强度、高温抗蠕变性和抗热震性，且价本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳，其特征在于，该模壳的面层和临面层成分为Y2O3与Y3Al5O12、Y4Al2O9和YAlO3三种钇铝氧化物中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳，其特征在于，该模壳的面层和临面层
成分为Y2O3与Y3Al5O12、Y4Al2O9和YAlO3三种钇铝氧化物中的至少一种。
2.按照权利要求1所述的一种适用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳，其特征在于，
该模壳的使用温度为1500～1800℃，用于TiAl基合金的精密铸造或定向凝固。
3.制备权利要求1所述的用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳得方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤一：配制模壳惰性层浆料
惰性层浆料由氧化钇粉、氧化铝粉、铝溶胶、分散剂、消泡剂、表面活性剂组成，其中，
氧化钇粉和氧化铝粉占浆料总重量的45～85％，氧化铝粉占氧化钇粉和氧化铝粉总重量的比例
不高于30％；铝溶胶占料浆总重量的14％～54％，消泡剂占料浆总重量的0.01％～1％、分散剂占
料浆总重量的0.01～1％，表面活性剂占料浆总重量的0.01％～1％；并且铝溶胶、氧化钇粉、氧
化铝粉、消泡剂、分散剂和表面活性剂的总量之和为100％；
步骤二：配制模壳过渡层浆料及背层浆料
过渡层浆料及背层浆料均由氧化铝粉、铝溶胶、分散剂、消泡剂和表面活性剂组成，其
中，氧化铝粉占料浆总重的45～85％，铝溶胶占料浆总重的14～54％，消泡剂占料浆总重的
0.01％～1％，分散剂占料浆总重量的0.01～1％，表面活性剂占料浆总重量的0.01～1％；并且氧化
铝粉、铝溶胶、消泡剂、分散剂和表面活性剂的总量之和为100％；
步骤三：制备模壳惰性层
将形状为铸件形状的蜡模浸入步骤一制得的惰性层浆料中3～15s后取出，均匀撒上电熔
氧化钇砂，干燥8～24h；重复上述挂浆、撒砂和干燥过程2～4次，形成模壳惰性层；
步骤四：制备模壳过渡层
将步骤三制备好的模壳惰性层浸入步骤二制得的过渡层浆料中3～20s后取出，均匀撒上
电...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔永双，柴丽华，相志磊，陈子勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11