一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳及其制备方法，以锆酸钙为填料，醋酸锆或钇溶胶等不与钛合金反应的粘结剂，经过预处理、成型、硬化、烧结等工序制成型壳。该型壳与钛及钛合金反应程度小，铸件表面形成的粘污层厚度小；锆酸钙陶瓷型壳的强度高，铸件表面的光洁度高；含有锆酸钙的涂料稳定不易胶凝，悬浮性好，保存时间长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳及其制备方法。
技术介绍
钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀，生物相容性好等一系列优异的特性，广泛应用于航空、航天、化工、医疗等各个领域。但是钛是高化学活性金属，在熔融状态下，几乎会与所有已知的耐火材料发生化学反应。这就需要钛合金铸造使用的耐火材料和粘结剂的具有非常高的化学稳定性。目前使用较多的钛合金精密铸造用型壳，大致可分为:石墨型壳、钨面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳等。其中，石墨型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 0.3 mm，它有可能在应力作用下引发裂纹的产生与扩展。石墨型壳的热稳定性有一定的限度，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，因此石墨型壳不宜浇注大型复杂钛合金铸件。另外，石墨型壳的收缩率高，是普通熔模陶瓷型壳的两倍，这影响了熔模石墨型壳钛合金精铸件的精度。钨面层陶瓷型壳制备时，钨粉作为涂料中的填料使用，钨粉的性能对型壳的品质有重大的影响，钨粉应具较高的纯度，杂质含量不能超过规定的标准，氧、碳含量的超标，将影响钛铸件的品质。钨面层熔模型壳必须采用溶剂脱蜡，因而对人体健康有很大的伤害，同时也污染环境。钨面层型壳在还原性气氛下焙烧，脱蜡后沉积在型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。氧化物陶瓷型壳的面层和邻层涂料中主要使用了氧化锆、氧化钇、氧化钙等与钛液反应较小的氧化物，其中以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。另外氧化物陶瓷型壳无法避免在铸件表面形成α粘污层，α粘污层的厚度从0.02、.2mm不等。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳，由面层、次面层和背层组成，所述面层由面层填料和面层粘结剂组成，所述面层填料为锆酸钙，所述锆酸钙为小于200目的粉末颗粒，所述面层粘结剂为不与钛合金反应的粘结剂，面层填料与面层粘结剂的重量配比为3:1 5:1 ;所述背层或次面层由背层或次面层粘结剂以及背层或次面层填料组成。上述面层粘结剂为胶体氧化锆、胶体氧化钇、醋酸锆、硝酸锆或钇溶胶的一种。上述背层或次面层粘结剂为水玻璃、硅熔胶或硅酸乙酯的一种。上述背层或次面层填料为莫来石粉。一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳的制备方法，具有以下的过程和步骤:a锆酸钙原料的预处理:将酸洗后的锆酸钙粉粒经球磨磨细，得到小于200目的锆酸I丐颗粒； b面层涂料的制备:在面层粘结剂中加入经过预处理的锆酸钙，并用搅拌器不断搅拌，适量加入添加剂；添加剂由表面活性剂和消泡剂组成；面层涂料的重量配比为:65 84.5wt°/c^g酸钙、15 35wt%面层粘结剂、0.Γθ.5wt%表面活性剂和0.Γθ.5wt°/c^f|泡剂组成；使用美制4号流杯控制涂料浆的粘度在15飞5s ； c背层或次面层涂料的制备:背层或次面层涂料的重量配比为:背层或次面层填料:背层或次面层粘结剂=(3.5-4.5):1 ； d型壳的制备:涂料制备好后，将蜡模浸入面层涂料中，当多余的面层涂料流淌下来，并使面层涂料均匀地涂挂在蜡模上时进行撒砂，将8(Γ120目的锆酸钙粉末均匀地撒在涂挂了涂料蜡模上；涂料充分干燥和硬化后，再重复1-2次上述步骤；然后再涂背层或次面层涂料，组成的涂料其粘度控制在l(T20s，然后再用莫来石粉撒砂；重复2-3次；然后干燥；e型壳的脱蜡:将干燥好的型壳使用高压蒸汽釜或微波脱蜡；f型壳的烧结:将已脱蜡的型壳放入 焙烧炉中在空气中烧结，焙烧温度85(Tl350°C，烧结一小时，然后在300°C下保温2 3小时，随后随炉冷却至室温，即得型壳成品。上述步骤b中的表面活性剂为如硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠的一种。上述步骤b中的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯的一种。与现有技术相比，本专利技术具有如下的突出的实质性特点和显著的进步: CaZrO3是CaO-ZrO2体系中含量最高且最稳定的一种化合物，它不仅具有很好的抗水化性能，也具有很高的熔点。CaZrO3型壳强度高，表面的光洁度高，与钛及钛合金反应程度小，铸件表面形成的粘污层厚度小；含有CaZrO3的涂料稳定不易胶凝，悬浮性好，保存时间长。附图说明图1型壳结构示意图。图2浇注前后的型壳(左为浇注后、右为浇注前)。图3敲掉部分型壳后的合金局部。图4完全去掉型壳的合金。具体实施例方式下面结合附图将本专利技术的具体实施例叙述于后。实施例1 本实施例为用锆酸钙型壳制备TiAl合金铸件的制备过程和步骤: (1)涂料的制备:把经过磨细、过200目筛的锆酸钙粉料中加入粘结剂二醋酸锆，用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度大约在30s，锆酸钙粉料与粘结剂的重量比4.5:1 ; (2)型壳的制备:将蜡模浸入上述配置好的涂料中，稍待片刻，让涂料均匀地涂挂在蜡模上时，可撒砂，将锆酸钙干粉均匀地散在涂挂了涂料蜡模上、撒砂过程重复I次；然后再进行背层涂料；背层涂料所用的粘结剂为硅酸乙脂或硅溶胶，所用的填料为莫来石粉，两者重量配比为1:4 ;将该背层涂料浆料涂敷于上述涂层蜡模的外层，随后再用较粗的莫来石粉粒进行撒砂；背层涂料按此操作重复3次；最终形成涂层的总厚度为5mm。(3)将上述具有多层涂层的蜡模进行干燥，待干燥硬化后，脱除蜡模，形成型壳。(4)型壳的烧结；将已脱蜡的型壳放入焙烧炉中在氮气保护下焙烧，焙烧温度1250°C，烧结I小时，于300°C保温2小时，随后随炉冷却至室温，最终制成用于钛及钛合金精密铸造的锆酸钙陶瓷型壳。(5) TiAl合金的浇注将出炉的高温TiAl合金注入制好的锆酸钙型壳，待冷却后去除型壳即制得所需TiAl合金浇铸件。经此工序浇注的钛铝合金铸件，无明显反应层，表面光洁，合金性能良好。实施例2 本实施例为用锆酸钙型壳制备TiNi合金铸件的制备过程和步骤 (1)涂料的制备把经过磨细、过200目筛的锆酸钙粉料中加入粘结剂二醋酸锆，用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度大约在30s，锆酸钙粉料与粘结剂的重量比3. 5:1 ; (2)型壳的制备将蜡模浸入上述配置好的涂料中，稍待片刻，让涂料均匀地涂挂在蜡模上时，可撒砂，将锆酸钙干粉均匀地散在涂挂了涂料蜡模上、撒砂过程重复I次；然后再进行背层涂料；背层涂料所用的粘结剂为硅酸乙脂或硅溶胶，所用的填料为莫来石粉，两者重量配比为1:4 ;将该背层涂料浆料涂敷于上述涂层蜡模的外层，随后再用较粗的莫来石粉粒进行撒砂；背层涂料按此操作重复3次；最终形成涂层的总厚度为5mm。(3)将上述具有多层涂层的蜡模进行干燥，待干燥硬化后，脱除蜡模，形成型壳。(4)型壳的烧结；将已脱蜡的型壳放入焙烧炉中在氮气保护下焙烧，焙烧温度1100°C，烧结I小时，于300°C保温2小时，随后随炉冷却至室温，最终制成用于钛及钛合金精密铸造的锆酸钙陶瓷型壳。(5) TiNi合金的浇注将出炉的高温TiNi合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳，由面层、次面层和背层组成，其特征在于，所述面层由面层填料和面层粘结剂组成，所述面层填料为锆酸钙，所述锆酸钙为小于200目的粉末颗粒，所述面层粘结剂为不与钛合金反应的粘结剂，面层填料与面层粘结剂的重量配比为3:1～5:1；所述背层或次面层由背层或次面层粘结剂以及背层或次面层填料组成。

【技术特征摘要】
1.一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳，由面层、次面层和背层组成，其特征在于，所述面层由面层填料和面层粘结剂组成，所述面层填料为锆酸钙，所述锆酸钙为小于200目的粉末颗粒，所述面层粘结剂为不与钛合金反应的粘结剂，面层填料与面层粘结剂的重量配比为3:1 5:1 ;所述背层或次面层由背层或次面层粘结剂以及背层或次面层填料组成。2.根据权利要求1所述的用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳，其特征在于，所述面层粘结剂为胶体氧化锆、胶体氧化钇、醋酸锆、硝酸锆或钇溶胶的一种。3.根据权利要求1所述的用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳，其特征在于，所述背层或次面层粘结剂为水玻璃、硅熔胶或硅酸乙酯的一种。4.根据权利要求1所述的用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳，其特征在于，所述背层或次面层填料为莫来石粉。5.一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳的制备方法，其特征在于，具有以下的过程和步骤:a锆酸钙原料的预处理:将酸洗后的锆酸钙粉粒经球磨磨细，得到小于200目的锆酸I丐颗粒；b面层涂料的制备:在面层粘结剂中加入经过预处理的锆酸钙，并用搅拌器不断搅拌，适量加入添加剂；添加剂由表面活性剂和消泡剂组成；面层涂料的重量配比为:65 84.5wt°/c^g酸钙、15 35wt%面层粘结剂、0.Γθ.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李重河，周菲菲，鲁雄刚，朱凯亮，陈丽娜，张东，何文英，何建平，
申请(专利权)人：上海大学，上海晋拓金属制品有限公司，
类型：发明
国别省市：