一种燃机单晶叶片模壳及其制备方法技术

一种燃机单晶叶片模壳及其制备方法，其中燃机单晶叶片模壳包括：主体部，主体部包括模壳过渡段；与主体部侧壁连接的若干根底部支撑部，底部支撑部的顶部高度大于模壳过渡段顶部高度在预设范围内。通过所述底部支撑部增强强度，使得所述燃机单晶叶片模壳的结构较为稳固，在组合蜡模和制壳过程中能够保持较好的强度。在后续单晶叶片生长过程中，所述底部支撑部的在燃机单晶叶片单晶生长过程中的温度场影响较小，能够有效改善所述主体部所处整体温度场的均匀性，进而提升单晶叶片产品的质量和成品率。成品率。成品率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃机单晶叶片模壳及其制备方法


[0001]本专利技术涉及燃气轮机单晶叶片制造
，尤其涉及一种燃机单晶叶片模壳及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃气轮机是众多设计、材料、制造等高端技术集成的重大动力装备，被誉为制造业王冠上的一颗明珠。它集中反映一个国家在能源动力、材料冶金、机械制造以及自动控制等多学科和多工程领域科技发展的综合水平。重型燃气轮机广泛应用于发电、机械驱动、船舶动力等领域，是国家发展必不可少的工业重大装备。
[0003]燃气轮机中的关键热端部件
‑
高压涡轮单晶叶片的工作温度较高，通常采用定向凝固工艺单晶生长工艺制备。但是，随着重型燃气轮机单晶叶片尺寸的增加及结构的复杂化，其制备工艺过程中的初始蜡模尺寸及重量也随之增大。复杂的蜡模结构以及较大的尺寸导致模壳制备困难，通常需要增加多个蜡质支撑结构才能防止蜡模变形和断裂。但是，蜡质支撑结构与蜡模一样需要进行涂料制壳过程，最终形成的支撑部分模壳很容易导致温度场的不均匀及横向温度梯度的出现，这将导致叶片中等轴晶、缩孔、雀斑等缺陷的出现，明显降低叶片的合格率。因此，如何制备大尺寸复杂结构的燃机单晶叶片模壳是实际燃机叶片生产中必须解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供一种燃机单晶叶片模壳及其制备方法，确保燃机叶片在蜡模组合和制壳过程中具有足够的强度，同时还能够避免过多支撑结构对单晶叶片生长过程中的温度均匀性造成负面影响，进而提升单晶叶片产品的质量和成品率。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种燃机单晶叶片模壳，包括：主体部，所述主体部包括模壳过渡段；与所述主体部侧壁连接的若干根底部支撑部，所述底部支撑部的顶部高度大于所述模壳过渡段顶部高度在预设范围内。
[0006]可选的，所述预设范围为20毫米～50毫米。
[0007]可选的，所述主体部还包括：模壳起晶段、与所述模壳起晶段连接的模壳选晶段，所述模壳过渡段与所述模壳选晶段连接、与所述模壳过渡段连接的模壳叶片、以及与所述模壳叶片连接的模壳浇口杯。
[0008]可选的，所述底部支撑部包括：底部实心支撑柱、以及包覆于所述底部实心支撑柱表面的模壳层。
[0009]可选的，所述底部实心支撑柱的数量为一个或多个，所述底部实心支撑柱的直径为5毫米～10毫米。
[0010]可选的，所述底部实心支撑柱的材料采用质量百分含量大于99％的氧化铝。
[0011]相应的，本专利技术的技术方案中还提供了一种燃机单晶叶片模壳的制备方法，包括：制备叶片蜡模；在所述叶片蜡模的侧壁插接若干根附加支撑柱和若干根底部实心支撑柱，
所述附加支撑柱的高度大于所述底部实心支撑柱的高度，所述附加支撑柱的材料与所述叶片蜡模的材料相同，所述底部实心支撑柱的材料与所述叶片蜡模的材料不同；在所述叶片蜡模、附加支撑柱和底部实心支撑柱的表面包覆模壳浆料，形成叶片模壳素坯；在形成叶片模壳素坯之后，脱除所述叶片蜡模；在脱除所述叶片蜡模之后，对所述叶片模壳素坯进行烧结处理，形成初始燃机单晶叶片模壳，所述初始燃机单晶叶片模壳包括与所述叶片蜡模对应的主体部、与所述附加支撑柱对应的附加支撑部、以及与所述底部实心支撑柱对应的底部支撑部；沿所述主体部表面切除所述附加支撑部；填补在切除所述附加支撑部之后暴露在所述主体部表面的孔洞，并在常温下进行干燥后，形成所述燃机单晶叶片模壳。
[0012]可选的，所述叶片蜡模包括：蜡模起晶段、与所述蜡模起晶段连接的蜡模选晶段、与所述蜡模选晶段连接的蜡模过渡段、与所述蜡模过渡段连接的蜡模叶片、以及与所述蜡模叶片连接的蜡模浇口杯。
[0013]可选的，在形成叶片模壳素坯之前，还包括：提供底盘，若干根附加支撑柱和若干根底部实心支撑柱位于所述底盘上，且若干根附加支撑柱和若干根底部实心支撑柱与所述底盘连接。
[0014]可选的，在所述叶片蜡模、附加支撑柱和底部实心支撑柱的表面包覆模壳浆料的过程中，还包括：在所述底盘的表面包覆模壳浆料。
[0015]可选的，在对所述叶片模壳素坯进行烧结处理之前，还包括：去除所述底盘以及所述底盘下表面和侧面粘接的模壳浆料，保留所述底盘上表面与所述附加支撑柱和所述底部实心支撑柱相连接的模壳浆料。
[0016]可选的，所述底盘的材料包括：铝合金、工程塑料或蜡料。
[0017]可选的，所述附加支撑柱的直径为20毫米～50毫米，且所述附加支撑柱的高度为所述叶片蜡模高度的2/3～4/5。
[0018]可选的，制备所述叶片蜡模的工艺包括注射成型工艺；所述注射成型工艺的工艺参数包括：蜡料温度65摄氏度～80摄氏度，注射压力2兆帕～9兆帕，注射时间10秒～60秒，保压时间10秒～30秒。
[0019]可选的，脱除所述叶片蜡模的工艺包括蒸汽法脱除工艺；所述蒸汽法脱除工艺的工艺参数包括：蒸汽温度为150摄氏度～170摄氏度，压力3个标准大气压～7个标准大气压，时间1分钟～5分钟。
[0020]可选的，所述烧结处理的工艺参数包括：焙烧温度850摄氏度～1050摄氏度，保温时间3小时～6小时。
[0021]可选的，填补在切除所述附加支撑部之后暴露在所述主体部表面的孔洞的方法包括：采用耐火水泥或模壳料浆与粉料的混合膏填补所述孔洞；然后对填补后的所述耐火水泥或模壳料浆与粉料混合膏在常温下进行干燥处理，所述干燥处理的时间大于24小时。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：
[0023]本专利技术技术方案的燃机单晶叶片模壳中，包括主体部、以及所述主体部侧壁连接的若干底部支撑部。通过所述底部支撑部提供支撑，使得所述燃机单晶叶片模壳的结构较为稳固，在组合蜡模和制壳过程中能够保持较好的强度。在后续单晶叶片生长过程中，所述底部支撑部的在燃机单晶叶片单晶生长过程中的温度场影响较小，能够有效改善所述主体部所处整体温度场的均匀性，进而提升单晶叶片产品的质量和成品率。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例中一种燃机单晶叶片模壳的结构示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例中一种燃机单晶叶片模壳的底部支撑部剖面结构示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例中一种燃机单晶叶片模壳的制备方法的流程示意图；
[0027]图4至图7、以及图1是本专利技术实施例中一种燃机单晶叶片模壳的制备方法各步骤的结构示意图。
具体实施方式
[0028]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的典型实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0029]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0030]图1是本专利技术实施例的一种燃机单晶叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃机单晶叶片模壳，其特征在于，包括：主体部，所述主体部包括模壳过渡段；与所述主体部侧壁连接的若干根底部支撑部，所述底部支撑部的顶部高度大于所述模壳过渡段顶部高度在预设范围内。2.如权利要求1所述燃机单晶叶片模壳，其特征在于，所述预设范围为20毫米～50毫米。3.如权利要求1所述燃机单晶叶片模壳，其特征在于，所述主体部还包括：模壳起晶段、与所述模壳起晶段连接的模壳选晶段，所述模壳过渡段与所述模壳选晶段连接、与所述模壳过渡段连接的模壳叶片、以及与所述模壳叶片连接的模壳浇口杯。4.如权利要求1所述燃机单晶叶片模壳，其特征在于，所述底部支撑部包括：底部实心支撑柱、以及包覆于所述底部实心支撑柱表面的模壳层。5.如权利要求4所述燃机单晶叶片模壳，其特征在于，所述底部实心支撑柱的数量为一个或多个，所述底部实心支撑柱的直径为5毫米～10毫米。6.如权利要求4所述燃机单晶叶片模壳，其特征在于，所述底部实心支撑柱的材料采用质量百分含量大于99％的氧化铝。7.一种燃机单晶叶片模壳的制备方法，其特征在于，包括：制备叶片蜡模；在所述叶片蜡模的侧壁插接若干根附加支撑柱和若干根底部实心支撑柱，所述附加支撑柱的高度大于所述底部实心支撑柱的高度，所述附加支撑柱的材料与所述叶片蜡模的材料相同，所述底部实心支撑柱的材料与所述叶片蜡模的材料不同；在所述叶片蜡模、附加支撑柱和底部实心支撑柱的表面包覆模壳浆料，形成叶片模壳素坯；在形成叶片模壳素坯之后，脱除所述叶片蜡模；在脱除所述叶片蜡模之后，对所述叶片模壳素坯进行烧结处理，形成初始燃机单晶叶片模壳，所述初始燃机单晶叶片模壳包括与所述叶片蜡模对应的主体部、与所述附加支撑柱对应的附加支撑部、以及与所述底部实心支撑柱对应的底部支撑部；沿所述主体部表面切除所述附加支撑部；填补在切除所述附加支撑部之后暴露在所述主体部表面的孔洞，并在常温下进行干燥后，形成所述燃机单晶叶片模壳。8.如权利要求7所述燃机单晶叶片模壳的制备方法，其特征在于，所述叶片蜡模包括：蜡模起晶段、与所述蜡模起晶段连接的蜡模选晶段、与所述蜡模选晶段连接的蜡模过渡段、与所述蜡模过渡段连接的蜡模叶片、以及与所述蜡模叶片连接的蜡...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭万军，李新川，李鹏飞，孙朔，刘飞扬，
申请(专利权)人：江苏集萃先进金属材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：