CN100455377C

CN100455377C - 铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN100455377C
Application number: CNB2007100726028A
Authority: CN
Inventors: 陈玉勇; 田竞; 孔凡涛; 卢玉红; 陈艳飞; 王惠光; 肖树龙; 徐丽娟
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2027-08-02
Also published as: CN101099988A

Abstract

铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法，它涉及到铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法。它解决了现有的背层涂料涂挂后，僵硬、不易变形，进而导致铸件在冷却过程中受型壳阻力而产生裂纹的问题。它由硅溶胶、铝矾土粉、润湿剂JFC、消泡剂正辛醇、高聚物及水乳胶组成。它的制备方法为：一、将浓度为15%～35%硅溶胶加入搅拌筒中进行搅拌，同时缓慢加入高聚物及水乳胶；二、将搅拌完成的胶状物放入到L型搅拌桶中进行搅拌，同时逐渐加入消泡剂正辛醇、润湿剂JFC和铝矾土粉；三、在湿度为60%～65%的室温下静置6～10小时。本发明可以广泛地应用到国防、民用钛铝基合金铸件型壳的制造中。

Description

铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及到熔模精密铸造领域，具体涉及到铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法。

背景技术

钛及钛铝基合金具有低密度、较高的杨氏模量和高温强度、良好的抗蠕变及抗氧化性等优点，在航空航天工业、汽车工业中的轻质耐高温结构部件中具有很好的应用前景。但阻碍钛及钛铝基合金大规模应用的瓶颈在于其室温塑性和难加工性。熔模精密铸造作为一种可生产形状复杂、近净形结构件的技术，适于批量制造、无加工余量及难于机加工的复杂构件。目前，钛及钛铝基合金熔模精密铸造主要采用氧化物陶瓷型壳，钛及钛铝基合金熔模精密铸造技术，已为国防、民用领域制造出多种薄壁、复杂的钛及钛铝基合金精铸件产品。然而，钛铝基合金作为一种金属间化合物，其凝固特性不同于一般的合金，钛铝基合金精铸过程中，由于铸件自身结构特点使得铸件在线收缩时，受到来自型壳的阻力，形成受阻收缩。受阻收缩是铸件产生变形、热裂、内应力和冷裂等缺陷的主要原因。对于钛铝基合金来说，在钛中加入铝会使其收缩率增加，易于在凝固过程中产生大的缩孔和集中缩松，如果铸件在浇铸后其收缩受阻，受到型壳的阻力大于其所能承受的应力极限，那么就会导致铸件中裂纹的产生，最终导致在缩松和缩孔处断裂。

现有制作型壳的背层涂料在涂挂后过于僵硬，不易变形，使用这种涂料制作的型壳使铸件在冷却收缩的的过程中，受到来自型壳的阻力较大，形成受阻收缩。而钛及钛铝合金的收缩率比较大，尤其是钛铝合金，易于在凝固过程中产生大的缩孔和集中缩松，当铸件在浇铸后其收缩受阻，受到型壳的阻力大于其所能承受的应力极限，那么就会导致铸件中裂纹的产生，最终导致在缩松和缩孔处断裂。

发明内容

为了解决现有的背层涂料涂挂后，僵硬、不易变形，而导致铸件在冷却过程中受型壳的阻力而产生裂纹的问题，本发明提供了一种铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法。

铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料，它包含有硅溶胶、铝矾土粉、润湿剂JFC和消泡剂正辛醇，它还包含有高聚物及水乳胶，其中铝矾土粉的粒度为250目～400目，所述铝矾土粉与硅溶胶的粉液比为2g/ml～3.5g/ml，高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.01wt％～0.04wt％，润湿剂JFC与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.06wt％，消泡剂正辛醇与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.05wt％。

铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制备方法为：

步骤一：将浓度为15％～35％的硅溶胶加入搅拌筒中进行搅拌，同时缓慢加入高聚物及水乳胶，确保硅溶胶的胶团被搅碎，搅拌成胶状；所述高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.01wt％～0.04wt％；

步骤二：将步骤一搅拌完成的胶状物放入到L型搅拌桶中进行搅拌，同时逐渐加入消泡剂正辛醇、润湿剂JFC和铝矾土粉，然后搅拌3小时以上；所述消泡剂正辛醇与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.05wt％，所述润湿剂JFC与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.06wt％，所述铝矾土粉的粒度为250目～400目，所述铝矾土粉与硅溶胶的粉液比为2g/ml～3.5g/ml；

步骤三：在湿度为60％～65％的室温下静置6～10小时，确保耐火粉料铝矾土的表面完全润湿和气体全部逸出。

本发明的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料，在涂挂后随着温度的降低，收缩趋势或收缩率能够与金属保持一致或趋于一致，减小铸件在冷却过程中所受的阻力；应用本发明的背层涂料制作的型壳，透气性好、降低了型壳的残余强度、改善了型壳的溃散性，提高了钛及钛铝基合金熔模精密铸造的质量，尤其适用于制造厚度小于1mm的钛及钛铝基合金的多孔陶瓷型壳。

本发明可以广泛地应用到国防、民用钛及钛铝基合金铸件型壳的制造中。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料，它包含有硅溶胶、铝矾土粉、润湿剂JFC和消泡剂正辛醇，它还包含有高聚物及水乳胶，其中铝矾土粉的粒度为250目～400目，所述铝矾土粉与硅溶胶的粉液比为2g/ml～3.5g/ml，高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.01wt％～0.04wt％，润湿剂JFC与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.06wt％，消泡剂正辛醇与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.05wt％。

铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制备方法为：

步骤一：将浓度为15％～35％的硅溶胶加入搅拌筒中进行搅拌，同时缓慢加入高聚物及水乳胶，确保硅溶胶的胶团被搅碎，搅拌成胶状；

步骤二：将步骤一搅拌完成的胶状物放入到L型搅拌桶中进行搅拌，同时逐渐加入消泡剂正辛醇、润湿剂JFC和铝矾土粉，然后搅拌3小时以上；

本实施方式中所述的高聚物及水乳胶是高聚物与水乳胶以1∶1的质量比混合在一起的混合物。

本实施方式中在背层涂料中混合的高聚物及水乳胶，与硅溶胶混合无明显的促凝作用，对涂料性能无不利影响，同时粘结后的高聚物及水乳胶在高温下能够烧失，使用本实施方式所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料制作型壳的背层，在型壳焙烧的过程中，由于涂料中添加的高聚物及水乳胶被烧失，在所述型壳的背层中形成均匀细小的孔洞，从而降低了型壳的残余强度，达到改善型壳退让性、减少铸件裂纹的目的。

经测试，使用加有高聚物及水乳胶的背层涂料制作的型壳的背层，其型壳残余强度为5.06MPa，使用现有没有添加高聚物及水乳胶的背层涂料制作的型壳，其型壳残余强度为6.47Mpa，型壳残余强度明显降低。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述铝矾土粉的粒度为250目～300目。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述铝矾土粉的粒度为300目～350目。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述铝矾土粉的粒度为350目～400目。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述铝矾土粉的粒度为325目或者375目。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述铝矾土粉与硅溶胶的粉液比为2g/ml～2.5g/ml。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述铝矾土粉与硅溶胶的粉液比为2.5g/ml～3g/ml。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述铝矾土粉与硅溶胶的粉液比为3g/ml～3.5g/ml。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.01wt％～0.02wt％。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.04wt％。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.015wt％或者0.03wt％。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述润湿剂JFC与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.03wt％。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述润湿剂JFC与硅溶胶的重量百分比为0.03wt％～0.04wt％。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述润湿剂JFC与硅溶胶的重量百分比为0.04wt％～0.06wt％。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述润湿剂JFC与硅溶胶的重量百分比为0.03wt％或者0.05wt％。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述消泡剂正辛醇与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.04wt％。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述消泡剂正辛醇与硅溶胶的重量百分比为0.04wt％～0.05wt％。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的区别在于，所述消泡剂正辛醇与硅溶胶的重量百分比为0.03wt％或0.04wt％。

具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法的区别在于，在步骤一中使用浓度为30％的硅溶胶。

具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法的区别在于，在步骤二中，搅拌3小时到5小时。

具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法的区别在于，在步骤三中所述的室温的温度为22℃～24℃。

具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法的区别在于，在步骤一中，采用转速为80r/min～90r/min的速度进行搅拌，搅拌时间为20分钟～40分钟。

具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式一所述的铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法的区别在于，在步骤二中采用转速为35r/min～40r/min的速度进行低速搅拌。

Claims

1、铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料，其特征在于它由硅溶胶、铝矾土粉、润湿剂JFC、消泡剂正辛醇和高聚物及水乳胶组成，其中铝矾土粉的粒度为250目～400目，所述铝矾土粉与硅溶胶的粉液比为2g/ml～3.5g/ml，高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.01wt％～0.04wt％，润湿剂JFC与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.06wt％，消泡剂正辛醇与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.05wt％。

2、根据权利要求1所述的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料，其特征在于，所述铝矾土粉的粒度为325目。

3、根据权利要求1所述的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料，其特征在于，所述高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.01wt％～0.02wt％。

4、根据权利要求1所述的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料，其特征在于，所述高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.02wt％～0.04wt％。

5、根据权利要求1所述的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料，其特征在于，所述高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.015wt％或者0.03wt％。

6、铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制备方法为：

步骤一：将浓度为15％～35％硅溶胶加入搅拌筒中进行搅拌，同时缓慢加入高聚物及水乳胶，确保硅溶胶的胶团被绞碎，搅拌成胶状；所述高聚物及水乳胶与硅溶胶的重量百分比为0.01wt％～0.04wt％；

7、根据权利要求6所述的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法，其特征在于，在步骤二中，搅拌3小时到5小时。

8、根据权利要求6所述的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法，其特征在于，在步骤三中所述的室温的温度为22℃～24℃。

9、根据权利要求6所述的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法，其特征在于，在步骤一中，采用转速为80r/min～90r/min的速度进行搅拌，搅拌时间为20分钟～40分钟。

10、根据权利要求6所述的铸造钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料的制作方法，其特征在于，在步骤二中采用转速为35r/min～40r/min的速度进行低速搅拌。