制品中夹杂物和α相成像的方法技术

一种探测金属或金属合金制品中夹杂物的方法。该方法的一个实施方案涉及用熔模铸模铸造金属或金属合金制品，其中的铸模表面涂层和可能有一个或多个加固层含有总量足以使夹杂物成像，并在其内均匀分布的成像剂。表面涂层优选含有耐火材料和成像剂的均质混合物。均质混合物可由多种方法制成，但目前优选的方法是将耐火材料，如氧化钇和成像剂，如氧化钆一起煅烧。表面涂层也可含有多种铸模形成材料和／或多种成像剂。制品的线性衰减系数与成像剂的衰减系数之间的差别应该足够大，以使整个制品中的夹杂物都可以成像。然后用Ｎ－射线分析法对金属或金属合金制品中的夹杂物进行分析。该方法还可以包括用Ｘ－射线分析法分析金属或金属合金的步骤。所述成像剂，一般为金属氧化物或盐，包括选自硼、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、镱、镥、铱、它们的物理混合物和化学混合物的物质。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施方案涉及制造铸模，特别是至少在其铸模表面涂层中含有成像剂的熔模铸造铸模的方法，和采用该铸模制造的制品，特别是金属或金属合金制品中的夹杂物和/或α相(alpha case)成像的方法。许多工业，尤其是航天工业，对允许的夹杂物含量和/或大小有严格的标准。夹杂物在铸件中很难定位，并且在本专利技术之前，在某些情况下是无法检测的，有些夹杂物如果能被检测到，就可以从制品中将其去除，从而使制品得到修复而不牺牲其结构完整性。钛在熔模铸造工业中主要用于铸造截面相对铰小的铸件。可是，现在正考虑采用熔模铸造来制造截面比以前铸件大很多的航空器结构零件。较薄制品中的某些夹杂物可利用X-射线分析检测。例如，氧化钍和钨已用作熔模铸造铸模表面涂层的耐火材料。在钛铸件中可以通过X-射线分析检测到一些氧化钍和钨的夹杂物，这是因为氧化钍和钨的密度与钛的密度差别很大从而使得氧化钍或钨的衍生夹杂物能够成像。采用含有氧化钇表面涂层的铸模铸造截面较小的制品也证明了这点。氧化钇和钛之间的密度差别足够检测相对较薄的部件(如发动机零件)。但是，当熔模铸造制品的厚度增大以致超过一定的临界值时，X射线就不能使钛或钛合金制品中的氧化钇夹杂物成像。其中，上述临界厚度由多种因素决定，主要是铸造部件的厚度、铸造金属或合金的类型、夹杂物的大小和形成铸模的材料。如果表面涂层材料和被铸金属的密度差别不够大或者夹杂物尺寸很小时，也不能用X射线来检测夹杂物。在本专利技术之前，铸造工业已使用热中子放射线照相(N-射线)成像剂。例如，在ASTM(美国测试与材料学会)出版物No.E748-95的第五页(大约从第46行开始)中公开了“熔模铸造涡轮叶片中陶瓷残余物的物质可用造影剂进行成像”。该引证是指采用N-射线检测制品中的陶瓷残余物。其中的制品是在陶瓷芯周围凝固而成的具有内腔的东西。将陶瓷芯去除后形成了内腔，然后将硝酸钇溶液放入，保持足够长时间以使溶液渗入到制品表面的多孔陶瓷芯残余物中。然后用N-射线使残余物成像。然而，这种方法不适合夹杂物成像。本方法的一个实施方案首先涉及提供一种采用含成像剂的铸模制造的铸造金属或金属合金制品，所述成像剂的含量足以使该制品中的夹杂物和/或α相成像；然后利用N-射线分析确定制品是否含有夹杂物和/或α相。提供铸造金属或金属合金制品的步骤可包括提供含有N-射线成像剂的铸模，以及使用该铸模铸造金属或金属合金制品。典型的情况是铸模表面涂层和可能的一层或多层加固层中基本上均匀分布有其量足以使夹杂物和/或α相成像的成像剂，然后利用N-射线成像对该制品进行分析。本方法也可包括利用X-射线成像来分析金属或金属合金的步骤。本方法尤其适合检测较厚的制品(如钛或钛合金制品)中的夹杂物，尤其是检测钛铸件的表面涂层夹杂物，其中至少制品的一部分厚度大于2英寸。“夹杂物”可以指铸件中不希望存在的物质，如来自铸模表面涂层的夹杂物。另外，“夹杂物”也可以指铸件中应有的物质，如增强纤维，在该铸件中纤维上可涂覆成像剂，或制成纤维与成像剂的均质混合物使用。检测到的有害夹杂物和和/或α相可用常规方法去除。成像前，α相可能被完全去除也可能去除一部分。也可选择在铸件外部任何部分被切掉(如采用物理或化学研磨)之前，对夹杂物和α相进行成像。可以使用包括一种或多种成像剂和铸模形成材料的简单二元混合物。本专利技术的方法优选形成各种材料的均质混合物(如耐火材料的均质混合物、成像剂的均质混合物，和/或一种或多种成像剂与耐火材料的均质混合物)以实施本专利技术。均质混合物可以用多种方式制造，但目前优选的方法是煅烧或熔化铸模形成材料(如氧化钇)和成像剂(如氧化钆)。另外，可选择在铸造金属制件之前，将成像剂的溶液渗入到铸模中(与铸造相反)。例如，包含成像剂硝酸盐、卤化物、硫酸盐和高氯酸盐的溶液都可以形成包含此类物质的溶液，然后用这些溶液渗透熔模铸造铸模。可将铸模放置在一个抽真空(至少是部分抽真空)的容器中以加强渗透过程。这样可以促进成像剂溶液渗入铸模的孔中。制品的线性衰减系数与成像剂的衰减系数之间的差别应该足够大，以整个制品中的夹杂物用N-射线成像。成像剂典型情况下包括诸如金属一类的物质，这些金属选自锂、硼(如TiB2)、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、镱、镥、铱、硼以及它们的物理混合物和化学混合物。适合的成像剂的实例包括这些金属，如金属氧化物、金属盐、金属互化物和硼化物。目前用于钛或钛合金制品中夹杂物成像的成像剂优选氧化钆。用于制造表面涂层浆料的耐火材料典型情况下包含约0.5重量％至约100重量％的成像剂，更典型情况下包含约1重量％至约100重量％的成像剂，进一步更加典型情况下包含约1重量％至约重量65％的成像剂，最典型情况下包含约2重量％至25重量％的成像剂。附图说明图1B是具有三种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中“ba”指氧化钇和13.11重量％氧化钐的混合物，“bb”指氧化钇和5.14重量％氧化钆的混合物，“3”是100重量％氧化钇的标准参照物。图1C是具有三种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中“ca”指氧化钇和56.03重量％氧化钐的混合物，“cb”指氧化钇和30.8重量％氧化钐的混合物，“3”是100重量％氧化钇的标准参照物。图1D是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟表面涂层夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和45重量％的氧化镝。图1E是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟表面涂层夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和62重量％的氧化镝。图1F是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟表面涂层夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和1重量％的氧化镝。图2G是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟表面涂层夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和14重量％的氧化钆。图2H是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟表面涂层夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和60重量％的氧化钆。图2I是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟铸模夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和14重量％的氧化钐。图2J是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟铸模夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和27重量％的氧化钐。图2K是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟铸模夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和27重量％的氧化钆。图2L是具有一种模拟表面涂层夹杂物的含夹杂物测试棒的N-射线图像；其中该模拟铸模夹杂物包括共同煅烧的氧化钇和39重量％的氧化钆。图3是使用表面涂层含有氧化钇和14重量％的氧化钆的铸模制造的实验铸件的N-射线图像。图4是横截面厚度为1.5英寸的产品部分中α相(厚度用英寸)相对于氧化钆重量百分数的图。图5是横截面厚度为1.0英寸的产品部分中α相(厚度用英寸)相对于氧化钆重量百分数的图。图6是与实时N-射线分析测定夹杂物尺寸以及N-射线和Y-射线分析膜成像相对于钛铸件横截面厚度上可检测到的夹杂物作图。专利技术详述本专利技术涉及利用N-射线分析或利用N-射线分析结合X-射线分析来检测制品，如熔模铸件中的夹杂物和/或α相。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产制品的方法，该方法包括：提供一种含有Ｎ－射线成像剂的铸模，其中成像剂包含选自锂、硼、钕、钐、铕、钆、镝、钬、镱、镥、铱、它们的物理混合物和化学混合物的物质；以及使用该铸模铸造制品。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克E斯皮林哥特，詹姆士R巴雷特，大卫H斯特吉斯，道格拉斯G尼古拉斯，迈赫达德雅瑟比，
申请(专利权)人：PCC结构公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]