CN100431738C

CN100431738C - 钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料

Info

Publication number: CN100431738C
Application number: CNB2006101173215A
Authority: CN
Inventors: 沈彬; 刘宏葆; 蒋留全; 李重河; 程申涛; 周星; 朱明�; 毛协民
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: Shanghai University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: CN1943908A

Abstract

本发明涉及一种钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料，属有色金属熔模精密铸造技术领域。特征在于其组成的重量百分含量为：29～65wt%氮化硼、33～70wt%钇溶胶或二醋酸锆、0.1～5wt%表面活性剂和0.1～5wt%消泡剂；氮化硼为热解氮化硼、或冷压氮化硼块经过破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒，或高纯氮化硼、或氮化硼与少量助熔剂，经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒。本发明的氮化硼复合涂料具有悬浮性好，易保存不易凝胶，工艺简单的特点。

Description

钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料

技术领域

本发明涉及一种钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料，属有色金属熔模精密铸造技术领域。

背景技术

钛及钛合金由于具有密度小、比强度高、耐腐蚀等一系列优异的特性，被广泛地应用于航空航天工业、能源工业、海上运输、化学工业等方面。但是钛和钛合金在高温下具有很高的化学活性，要与常用的各种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。目前钛及钛合金的铸造主要的方法是熔模精密铸造。钛及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，在表面上有一层由于渗碳生成的α相脆性层，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0.02～0.2mm。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料，其特征在于其组成的重量百分含量为：29～65wt％氮化硼、33～70wt％钇溶胶或二醋酸锆、0.1～5wt％表面活性剂和0.1～5wt％消泡剂；所用氮化硼是热解氮化硼经过破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒；或是高纯氮化硼经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒；或是高纯氮化硼与少量助熔剂经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒。

一种钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料，其特征在于其组成的重量百分含量为：33～80wt％氮化硼和氧化钇或氧化锆的混合物、19～65wt％钇溶胶或二醋酸锆、0.1～5wt％表面活性剂和0.1～5wt％消泡剂；所用氮化硼是热解氮化硼经过破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒；或是高纯氮化硼经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒；或是高纯氮化硼与少量助熔剂经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒。

涂料的制备方法：在粘结剂中加入29～65wt％氮化硼或33～80wt％氮化硼和氧化钇或氧化锆的混合物，并用搅拌器不断搅拌，按需要加入0.1～5wt％添加剂表面活性剂和0.1～5wt％消泡剂)控制涂料浆的粘度大约在10～60s。

氮化硼是一种化学性质非常稳定的耐火材料，将氮化硼涂料涂抹在金属型表面可有效减少铸型与钛合金的反应；有研究表明热解氮化硼的坩埚可以熔炼钛合金。此外由于氮化硼稳定的化学性质，其在水、弱酸、强碱中都不发生化学反应，所以含有氮化硼的涂料稳定不易胶凝。但是普通工艺制备的六方氮化硼大多数为片状，这种颗粒形状不利于涂料中氮化硼含量的提高。因此氮化硼的颗粒需要进行处理后才能使用。此外由于氮化硼的润湿性较差，必须加入表面活性剂。为了减少加入表面活性剂所带来的大量气泡则需加入相应量的消泡剂。氮化硼涂料悬浮性保存性好、成本较氧化钇涂料低，用氮化硼涂料制备熔模精铸型壳与钛及钛合金反应程度小，形成α粘污层厚度小。本发明的氮化硼复合涂料主要用于钛及钛合金的熔模精密铸造面层和次面层。由于氮化硼的化学性质非常稳定，它具有材料来源广泛，与钛及钛合金反应层厚度小，涂料悬浮性好，易保存不易凝胶，工艺简单的特性。本发明中少量助熔剂为氧化铝、氮化铝、石墨、氧化钇、氧化锆中的一种或一种以上混合物。本发明涂料中氮化硼与粘结剂的重量比在29～65wt％，氧化钇或氧化锆的加入则减少粘结剂的含量。本发明中涂料中的表面活性剂可以是JFC型表面活性剂、气溶胶OT型表面活性剂等。消泡剂可以是正辛醇、活性聚硅氧烷水溶液等，粘度大约在10～60s。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

涂料的制备：在300g粘结剂钇溶胶中加入325目的氮化硼230g，使用的氮化硼为高纯氮化硼经过热压烧结后经过破碎筛分后的颗粒，并用搅拌器不断搅拌，加入7.5gJFC型表面活性剂和7.5g正辛醇，所制涂料粘度大约在15s。将此涂料作为钛合金面层涂料制备型壳。型壳的制备：涂料制备好后，将蜡模浸入上述配好的涂料中，当多余的涂料流淌地差不多，涂料均匀地涂挂在蜡模上时，可撒砂，将80目氮化硼均匀地散在涂挂了涂料蜡模上。涂料充分干燥和硬化后，重复上述步骤；然后进行背层涂挂，背层涂料中的粘结剂为硅溶胶，背层涂料中的填料300目莫莱石，撒砂所用耐火材料10～200目莫莱石。背层涂挂5次。将干燥好地型壳脱蜡放入高压蒸汽釜中脱蜡。将已脱蜡的型壳放入焙烧炉中在氮气或氩气保护下焙烧，焙烧温度1000℃，保温2小时，随炉冷却至室温。最后制得氮化硼陶瓷型壳。将制得的氮化硼陶瓷型壳置于真空水冷铜坩埚中浇注钛合金，所制得的钛合金TC4铸件表面光洁度好、表面沾污层厚度小于0.1mm，而氮化硼陶瓷型壳的成本仅为氧化钇陶瓷型壳的1/5。

实施例2

涂料的制备：在300g粘结剂钇溶胶中加入325目的氮化硼200g和氧化钇250g，使用的氮化硼为热解氮化硼破碎筛分后的颗粒，同时用搅拌器不断搅拌，分别加入6g气溶胶OT型表面活性剂和6g活性聚硅氧烷水溶液，所制涂料粘度大约在25s。型壳的制备：涂料制备好后，将蜡模浸入上述配好的涂料中，当多余的涂料流淌地差不多，涂料均匀地涂挂在蜡模上时，可撒砂，将80目氮化硼均匀地散在涂挂了涂料蜡模上。涂料充分干燥和硬化后，重复上述步骤；然后进行背层涂挂，背层涂料中的粘结剂为硅溶胶，背层涂料中的填料300目莫莱石，撒砂所用耐火材料10～200目莫莱石。背层涂挂5次。将干燥好地型壳脱蜡放入高压蒸汽釜中脱蜡。将已脱蜡的型壳放入焙烧炉中在氮气或氩气保护下焙烧，焙烧温度1000℃，保温2小时，随炉冷却至室温。最后制得氮化硼陶瓷型壳。将制得的氮化硼陶瓷型壳置于真空水冷铜坩埚中浇注钛合金，所制得的钛合金TC4铸件表面光洁度好、表面沾污层厚度小于0.06mm，而这种氮化硼陶瓷型壳的成本为纯氧化钇型壳的1/3。

实施例3

涂料的制备：在粘结剂300g二醋酸锆中加入325目的200g氮化硼和300g氧化锆，并用搅拌器不断搅拌，加入JFC型表面活性剂和正辛醇，所制涂料粘度大约在25s。涂料中加入的氮化硼是将高纯氮化硼和氧化硼、氮化铝的混合物经过热压烧结后的产物破碎筛分后所得。将此涂料作为钛合金面层涂料制备型壳。将此涂料作为钛合金面层涂料制备型壳。型壳的制备：涂料制备好后，将蜡模浸入上述配好的涂料中，当多余的涂料流淌地差不多，涂料均匀地涂挂在蜡模上时，可撒砂，将80目氮化硼均匀地散在涂挂了涂料蜡模上。涂料充分干燥和硬化后，重复上述步骤；然后进行背层涂挂，背层涂料中的粘结剂为硅溶胶，背层涂料中的填料300目莫莱石，撒砂所用耐火材料10～200目莫莱石。背层涂挂5次。将干燥好地型壳脱蜡放入微波炉中脱蜡。将已脱蜡的型壳放入焙烧炉中在氮气或氩气保护下焙烧，焙烧温度1000℃，保温2小时，随炉冷却至室温。最后制得氮化硼陶瓷型壳。将制得的氮化硼陶瓷型壳置于真空水冷铜坩埚中浇注钛合金，所制得的钛合金TC4铸件表面光洁度好、表面沾污层厚度小于0.15mm，而这种氮化硼陶瓷型壳的成本仅为氧化钇陶瓷型壳的1/6。

Claims

1.一种钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料，其特征在于其组成的重量百分含量为：29～65wt％氮化硼、33～70wt％钇溶胶或二醋酸锆、0.1～5wt％表面活性剂和0.1～5wt％消泡剂；所用氮化硼是热解氮化硼经过破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒；或是高纯氮化硼经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒；或是高纯氮化硼与少量助熔剂经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒。

2.一种钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料，其特征在于其组成的重量百分含量为：33～80wt％氮化硼和氧化钇或氧化锆的混合物、19～65wt％钇溶胶或二醋酸锆、0.1～5wt％表面活性剂和0.1～5wt％消泡剂；所用氮化硼是热解氮化硼经过破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒；或是高纯氮化硼经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒；或是高纯氮化硼与少量助熔剂经过热压烧结和破碎筛分后所得小于200目的氮化硼颗粒。

3.按权利要求1或2所述的钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料，其特征在于所述的表面活性剂可以是JFC型表面活性剂、气溶胶OT型表面活性剂等，所述的消泡剂可以是正辛醇、活性聚硅氧烷水溶液等，所述的少量助熔剂为氧化铝、氮化铝、石墨、氧化钇、氧化锆中的一种或一种以上混合物。