一种钛合金模壳的制备方法技术

本发明专利技术公开的一种钛合金模壳的制备方法，首先制备二氧化钛溶胶，将其作为粘结剂，再将其与氮化硼粉、Al2O3粉结合配置成浆料进行钛合金模壳层的制作，最后进行脱蜡及烧结，即得稳定性较好且环保的钛合金模壳；本发明专利技术的钛合金模壳的制备方法，采用氮化硼做面层，采用Y2O3和Al2O3做过渡层，采用电熔莫来石做撒砂层，确保面层与背层的结合牢固性，这几种陶瓷的选择和组合解决了现有钛合金模壳制作精度低、稳定性差且具有一定危害的问题，且成本低廉。

Preparation of a titanium alloy mold shell

A method for preparing a titanium alloy shell disclosed by the invention, first prepared titania sol as binder, and then make the boron nitride powder and Al2O3 powder with the configured slurry for titanium alloy mold shell, the dewaxing and sintering, the stability is good and the titanium alloy shell environmental protection; preparation method of titanium alloy shell mold of the invention, the boron nitride surface, using Y2O3 and Al2O3 as transition layer, using fused mullite as Samuel sand, ensure the firmness of the connection of the surface layer and the back layer, selection and combination of these ceramic solves existing titanium alloy shell production of low precision and poor stability and has certain harm, and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金模壳的制备方法
本专利技术属于铸造钛合金
，涉及一种钛合金模壳的制备方法。
技术介绍
钛是在钢、铁、铜和铝之后迅速崛起的新型工程金属材料，具有强度高、密度小、耐腐蚀、无磁性、生物相容性好等特点，越来越受到人们青睐。初期，主要用于军工领域，现在正逐步向民用领域扩展，且增长迅速。目前使用较多的钛合金精密铸造用模壳，大致可分为：石墨模壳、钨面层陶瓷模壳、氧化物陶瓷模壳等。其中，石墨模壳所浇注出来的铸件，在表面上有一层渗碳的α脆性层，厚度大约为0.2～0.3mm，它有可能在应力作用下引发裂纹的产生和扩展。石墨模壳的热稳定性有一的限度，当石墨与钛液接触，在达到反应激活能的条件下，有可能发生急剧的放热连锁反应，因此石墨模壳不宜浇注大型复杂钛合金铸件。另外，石墨模壳的收缩率高，是普通精密铸造陶瓷模壳的两倍，这影响了精密铸造石墨模壳钛合金精密铸件的精度。钨面层陶瓷模壳制备时，钨粉作为涂料中的填料使用，钨粉的性能对模壳的品质有重大影响，钨粉要求有极高的强度，否则会影响钛合金铸件的质量。钨面层精密铸造模壳α必须采用溶剂脱蜡，因而对人体健康有伤害，同时也污染环境；另外钨面层模壳在还原性气氛下焙烧，脱蜡石沉积在模壳表面上的模料灰分很难烧掉，在浇注时很容易与液钛反应，在铸件表面形成气孔。氧化物陶瓷模壳的面层和邻层涂料中使用的氧化锆、氧化钇等与钛液反应较小的氧化物，其性能较高；其中的氧化钇作为填料的面层涂料铸造性能较好，但氧化钇容易发生水化作用，其浆料对pH值变化十分敏感，易胶凝。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钛合金模壳的制备方法，解决了现有钛合金模壳制作精度低、稳定性差且具有一定危害的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种钛合金模壳的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、二氧化钛溶胶的制备：按钛化合物与醇的摩尔比为1∶1～8的比例，将钛化合物与醇配置成钛化合物的醇溶液，边搅拌边将钛化合物的醇溶液滴加到酸的水溶液中水解且钛化合物与酸的水溶液中的摩尔比为1∶75～90，在50～75℃条件下回流6～40小时后，将所得的溶胶在50～55℃下蒸发除去醇类，得到二氧化钛溶胶；步骤2、三层钛合金模层制备：1)制备面层：将粒度为200～400目的氮化硼粉与步骤1制得的二氧化钛溶胶按重量比为2～4∶1配置成流杯粘度为10～25秒的料浆；将上述料浆涂挂在蜡模上，撒砂粒度为40～100目的电熔莫来石砂，干燥，制备面层；2)制备过渡层：采用200～400目的Al2O3粉与二氧化钛溶胶按重量比3～5∶1配置成流杯粘度为10～30秒的料浆，涂挂第2层；撒40～80目粒度的电熔莫来石砂，干燥；3)制备加固层：再采用铝矾土与二氧化钛溶胶按重量比为3～5∶1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为16～24目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂3～4层，最后涂挂一次上述制备的铝矾土料浆，干燥；步骤3、脱蜡，烧结，最终制得钛合金模壳。本专利技术的特点还在于：步骤1中钛化合物为有机钛化合物，且有机钛化合物为钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯或者钛酸四正丁酯。步骤1中钛化合物为无机钛化合物，且所述无机钛化合物为四氟化钛、四氯化钛、硫酸氧钛或者硫酸钛。步骤1中醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇或者异丁醇。步骤1中酸为硝酸或盐酸，且酸的水溶液的pH为1.0～4.0。步骤2中，在制备面层时，料浆制备过程中添加润湿剂、消泡剂，其中润湿剂占料浆的重量百分比为1～3‰，消泡剂占料浆的重量百分比1～3‰，在搅拌状态下加入氮化硼粉，之后依次加入润湿剂、消泡剂，搅拌7小时以上，方可涂料；润湿剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚、低泡润湿分散剂RFCF～10或辛基酚聚氧乙烯醚；所述消泡剂为异丙醇、硅树脂或正戌醇。步骤2中，在制备面层时，干燥温度为30℃～40℃，干燥时间为4～5小时；在制备过渡层时，干燥温度为40℃～50℃，干燥时间为7～8小时；在制备加固层时，干燥温度为60℃～70℃，干燥时间为8～10小时。步骤3中，脱蜡后形成的模壳在室温放置4～8小时后再进行烧结，烧结的温度在700～1000℃，保温2～4小时，炉冷至300℃以下即可取出。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术一种钛合金模壳的制备方法，采用稳定性好的氮化硼作为壳型的面层材料，控制钛合金的进氧量，适合铸造钛合金，氮化硼是一种化学性质非常稳定的耐火物质，氮化硼陶瓷模壳与钛及钛合金反应程度小，形成α粘污层厚度小。氮化硼稳定的化学性质，其在水、酸、碱中都不发生化学反应，所以含有氮化硼的涂料稳定且不凝胶；本专利技术采用氮化硼做面层、采用Y2O3和Al2O3做过渡层，采用电熔莫来石做撒砂层，确保面层与背层的结合牢固性，这几种陶瓷的选择和组合使得模壳的各项性能指标都满足使用要求，且成本低廉。(2)本专利技术一种钛合金模壳的制备方法，采用的粘结剂是传统的二氧化钛溶胶，该溶胶的二氧化钛重量百分比在20～30％，该溶胶性能稳定，耗能更低，而且涉及的仪器、工艺条件非常简单。另外，本专利技术采用水代替大部分的有机溶剂，使得制备过程更加环保，且避免了高温热处理过程，节约了能源，实用性更强，更具应用前景。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种钛合金模壳的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、二氧化钛溶胶的制备：按钛化合物与醇的摩尔比为1∶1～8的比例，将钛化合物与醇配置成钛化合物的醇溶液，边搅拌边将钛化合物的醇溶液滴加到pH为1.0～4.0的硝酸或盐酸的水溶液中水解且钛化合物与酸的水溶液中的摩尔比为1∶75～90，在50～75℃条件下回流6～40小时后，将所得的溶胶在50～55℃下蒸发除去醇类，得到二氧化钛溶胶；其中，钛化合物为有机钛化合物，且有机钛化合物为钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯或者钛酸四正丁酯；钛化合物也可为无机钛化合物，且无机钛化合物为四氟化钛、四氯化钛、硫酸氧钛或者硫酸钛。醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇或者异丁醇，步骤2、三层钛合金模层制备：1)制备面层：将粒度为200～400目的氮化硼粉与步骤1制得的二氧化钛溶胶按重量比为2～4∶1配置成流杯粘度为10～25秒的料浆；将上述料浆涂挂在蜡模上，撒砂粒度为40～100目的电熔莫来石砂，在温度为30℃～40℃下干燥4～5小时，制备面层；在制备面层时，料浆制备过程中添加润湿剂、消泡剂，其中润湿剂占料浆的重量百分比为1～3‰，消泡剂占料浆的重量百分比1～3‰，在搅拌状态下加入氮化硼粉，之后依次加入润湿剂、消泡剂，搅拌7小时以上，方可涂料；润湿剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚、低泡润湿分散剂RFCF～10或辛基酚聚氧乙烯醚；消泡剂为异丙醇、硅树脂或正戌醇。2)制备过渡层：采用200～400目的Al2O3粉与二氧化钛溶胶按重量比3～5∶1配置成流杯粘度为10～30秒的料浆，涂挂第2层；撒40～80目粒度的电熔莫来石砂，在温度为40℃～50℃下干燥7～8小时；3)制备加固层：再采用铝矾土与二氧化钛溶胶按重量比为3～5∶1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为16～24目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂3～4层，最后涂挂一次上述制备的铝矾土料浆，在温度为60℃～70℃下干燥8～10小时；步骤3、脱蜡，脱蜡后形成的模壳在室温放置4～8小时后再进行烧结，烧结的温度在700～1000℃，保温2～4小时，炉冷至300本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金模壳的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、二氧化钛溶胶的制备：按钛化合物与醇的摩尔比为1∶1～8的比例，将钛化合物与醇配置成钛化合物的醇溶液，边搅拌边将钛化合物的醇溶液滴加到酸的水溶液中水解且钛化合物与酸的水溶液中的摩尔比为1∶75～90，在50～75℃条件下回流6～40小时后，将所得的溶胶在50～55℃下蒸发除去醇类，得到二氧化钛溶胶；步骤2、三层钛合金模层制备：1)制备面层：将粒度为200～400目的氮化硼粉与步骤1制得的二氧化钛溶胶按重量比为2～4∶1配置成流杯粘度为10～25秒的料浆；将上述料浆涂挂在蜡模上，撒砂粒度为40～100目的电熔莫来石砂，干燥，制备面层；2)制备过渡层：采用200～400目的Al2O3粉与二氧化钛溶胶按重量比3～5∶1配置成流杯粘度为10～30秒的料浆，涂挂第2层；撒40～80目粒度的电熔莫来石砂，干燥；3)制备加固层：再采用铝矾土与二氧化钛溶胶按重量比为3～5∶1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为16～24目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂3～4层，最后涂挂一次上述制备的铝矾土料浆，干燥；步骤3、脱蜡，烧结，最终制得钛合金模壳。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金模壳的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、二氧化钛溶胶的制备：按钛化合物与醇的摩尔比为1∶1～8的比例，将钛化合物与醇配置成钛化合物的醇溶液，边搅拌边将钛化合物的醇溶液滴加到酸的水溶液中水解且钛化合物与酸的水溶液中的摩尔比为1∶75～90，在50～75℃条件下回流6～40小时后，将所得的溶胶在50～55℃下蒸发除去醇类，得到二氧化钛溶胶；步骤2、三层钛合金模层制备：1)制备面层：将粒度为200～400目的氮化硼粉与步骤1制得的二氧化钛溶胶按重量比为2～4∶1配置成流杯粘度为10～25秒的料浆；将上述料浆涂挂在蜡模上，撒砂粒度为40～100目的电熔莫来石砂，干燥，制备面层；2)制备过渡层：采用200～400目的Al2O3粉与二氧化钛溶胶按重量比3～5∶1配置成流杯粘度为10～30秒的料浆，涂挂第2层；撒40～80目粒度的电熔莫来石砂，干燥；3)制备加固层：再采用铝矾土与二氧化钛溶胶按重量比为3～5∶1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为16～24目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂3～4层，最后涂挂一次上述制备的铝矾土料浆，干燥；步骤3、脱蜡，烧结，最终制得钛合金模壳。2.如权利要求1所述的一种钛合金模壳的制备方法，其特征在于，所述步骤1中钛化合物为有机钛化合物，且所述有机钛化合物为钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯或者钛酸四正丁酯。3.如权利要求1所述的一种钛合金模壳的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉良，刘宝权，王荣生，文锐，
申请(专利权)人：宝鸡市永盛泰钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61