CN101767192A - 浇铸制品的制造方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造浇铸制品(62)的方法(10)和系统(60)。该方法(10)包括下述工序：通过液态金属冷却定向凝固工艺(12)形成浇铸制品(62)，从所述浇铸制品(62)的表面(64)除去金属性材料(66)(24)，和检查所述浇铸制品(62)的表面(64)、(26)。通过将所述表面(64)暴露于显示剂(110)来检查所述金属性材料(66)在所述浇铸制品(62)的表面(64)上的存在。本发明还涉及制造所述浇铸制品(62)的系统(60)。

Description

浇铸制品的制造方法和系统
相关申请的交叉引用
该申请是提交于2008年12月15日的、标题为“A PROCESSFOR REMOVING METALLIC MATERIAL FROM CASTEDSUBSTRATES AND RELATED COMPOSITIONS”的美国专利申请NO.12/334582的部分延续，在此通过引用结合进来。
技术领域
本发明大致涉及浇铸制品，且具体地涉及清洁所述浇铸制品例如涡轮发动机部件。
背景技术
液态金属冷却常常被用于形成高级燃气轮机中的超合金部件以及其它的工业部件的高梯度浇铸件。在冷却过程期间，一些用于冷却所述浇铸件的熔融金属可破坏浇铸容器并作为杂质沉积在所述浇铸制品的表面上。所述浇铸制品典型地在变成有用的浇铸制品之前要经受一系列的热加工和热处理循环。金属杂质，如果存在，则会在热加工循环中扩散到浇铸物品的表面之下，并严重影响终制品的表面质量和整体性质。
因此，需要有效除去该类金属性杂质的方法。如果该工艺不会导致不可接受量的有害烟尘的形成，则也会是合意的。所述工艺还应当显示一些程度的选择性。例如，所述工艺应当有效地除去金属性杂质，同时基本保护所述浇铸制品。
发明内容
本发明的实施方案涉及用于制造浇铸制品的方法。
根据本发明的一个实施方案，公开了用于制造浇铸制品的方法。该方法包括下述步骤：通过液态金属冷却定向凝固工艺形成浇铸制品，从所述浇铸制品的表面除去金属性材料和检查所述浇铸制品的表面。通过将表面曝光于显示剂来检查所述浇铸制品的表面是否存在金属性材料。
在另一个实施方案中，方法包含使用熔融金属填充模具并将该模具逐渐浸渍到冷却性金属液体中以引起凝固界面穿过该熔融金属。该方法进一步包括从所述模具回收浇铸制品并从该浇铸制品的表面除去金属性材料。此外，所述方法包括通过将所述浇铸制品的表面曝光于显示剂来检测所述金属性材料在所述表面上的存在。
本发明的另一个实施方案是系统，包含温度在模具内金属的液相线温度之上的加热炉，包含冷却性金属液体的液体冷却浴和具有含水组合物的浴。所述含水组合物从浇铸制品的表面除去金属性材料。所述系统进一步包括将所述浇铸制品的至少一部分暴露于显示剂(visualization reagent)的单元和用于观察所述显示剂响应的显示辅助装置(visualization aid)。
附图说明
参照附图阅读以下详细说明将更好地了解本发明的上述以及其它特征、方面和优点，整个附图中相似附图标记表示相似部件，其中：
图1是描述根据本发明的实施方案制造浇铸制品的方法的流程图。
图2是用于根据本发明实施方案的浇铸工艺的系统(炉)的示意图。
图3是根据本发明实施方案的如图1所示方法中所述的清洁浴的示意图。
图4是描述检查(检测)根据本发明实施方案的浇铸制品的表面的方法的流程图。
图5是本发明的实施方案如图3中所述检查方法的示意图。
具体实施方式
如本文整个说明书和权利要求书中所用的近似性措辞可以用来修饰任何数量表示，所述数量表示可以在不造成与其相关的基本功能改变的情况下可容许地变化。因此，被一个术语或多个术语，比如“大约”，修饰的数值并不限定于特定的精确数值。在某些情形中，所述近似性措辞可以对应于用于测量所述数值的仪器的精确度。
在下述说明书和下述权利要求书中，除非上下文清楚地另外指出，否则单数形式“某(a)”、“该(an)”和“所述(the)”包括复数对象。
如本文所用，术语“超合金”是指基于镍、钴或铁的耐热合金，其在高温下具有优良的强度和抗氧化能力。基于镍的和基于钴的合金对于高性能应用而言是有利的。所述超合金可以含有铬以赋予表面稳定性，并可以含有一种或多种用于增强目的的次要成分，比如钼、钨、钛、铁或铝。所述超合金的物理性质使得该超合金特别有用于制造燃气轮机部件。
在代表性浇铸工艺中，浇铸制品由于该浇铸制品的表面上金属杂质的沉积而使受到污染。可以使用多种方法或技术来从所述浇铸制品的表面剥离所述沉积的金属杂质。甚至在有效的清洁或剥离工艺之后，仍可能有一些残余金属杂质存在于所述表面上。由于完全清洁的制品或部件受到期待，因而有必要确定所述制品的表面是否清洁或者仍然含有金属杂质。根据本发明的实施方案，为确保所述浇铸制品的表面质量，对表面进行检查性试验(inspection test)以探测任何金属杂质在所述表面上的存在。可以使用显示剂来探测存在于所述表面上的残余金属。该显示剂的响应指示出所述表面上任意金属杂质的存在或不存在。这样，该表面的试验进一步确保了所使用的清洁工艺的有效性。
如本文所用，所述术语“显示剂”指的是在与金属性材料反应时给出光学响应的化学试剂。该化学试剂的光学响应典型地能够在电磁辐射的可见区观察到。
根据本发明的实施方案，借助于图1中所述的流程图10描述了制造浇铸制品的方法。该方法包括分别制造和清洁所述浇铸制品的工序12和14。所述制造方法12包括如工序16所示将熔融金属倾倒至模具中和如工序18所示通过液体冷却方法将所述熔融金属定向地凝固。所述制造方法的工序20包括从经冷却的液态金属除去模具。在工序22，将浇铸制品自所述模具回收。所述方法进一步包括用于所述浇铸制品的清洁的工序14。污染表面的清洁包括如工序24所示自所述表面除去金属性材料或金属杂质的工序，继之以如工序26所示检查所述表面任意残余金属性材料的存在。
现在参照图2，示出了定向凝固炉40，在一个实施方案中用于通过如图1中所描述的方法10来制造浇铸制品。所述定向凝固炉40包括加热炉42和液态金属冷却浴54。所述加热炉42受热，例如通过在绝热炉箱46内使用石墨条44的电阻加热。陶瓷模具48通过模具定位器50位于所述炉箱46之内。该模具48填充有待浇铸的熔融金属49。所述加热炉42被加热至足够的高温以确保所述模具48中的金属49熔融(即加热至所述金属49的液相线温度之上的温度)。通过降低含有所述熔融金属49的模具48经由所述炉箱46中的开口52离开所述热炉箱46进入液态金属冷却浴54中来实现定向凝固，且凝固自下至上在所述模具48内进行。所述加热炉42加热所述金属合金且所述液体冷却浴54在浇铸工艺期间从所述金属合金除去热并形成浇铸制品。所述液体冷却剂浴54包括含于金属或耐火材料的坩埚56中的冷却性金属液体。
所述浇铸制品可以包括金属或金属合金。在一个实施方案中，所述浇铸制品包括铁、钴、镍、铝、铬、钛和混合物或合金，例如不锈钢。在优选实施方案中，所述浇铸制品包括超合金。
所述模具48根据期望的浇铸制品的形状来选择，并且可以不同于图1所示的形状。该浇铸制品可以为多种形状。如本文所记载，在一个实施方案中，该浇铸制品为涡轮发动机的部件，例如翼面(airfoil)、桨叶(blade)或“叶片(bucket)”。当成型制品在某实施方案中作为涡轮发动机用部件来讨论时，所述模具及进而所述成型制品可以为任何形状，包括对称形状和不规则形状。
所述液态金属冷却浴54，在图2所阐述的实施方案中，包括具有熔点低于大约700摄氏度的冷却性金属(cooling metal)。合适的冷却性金属可以包括例如：铝、锡、锂、镁、锌、镓、铟或它们的组合。在优选实施方案中，所述液态金属冷却浴可以包括锡作为冷却性金属以从所述浇铸金属合金除去热。在冷却期间，来自该浴的金属可以透入所述模具48并污染所述浇铸制品。
根据本发明的实施方案，在浇铸工艺期间，作为液态金属侵入的结果，金属性材料或金属杂质沉积在浇铸制品的表面上。当含有浇铸制品的模具破裂而该模具仍浸渍于液态金属冷却浴中时，可能发生液态金属的侵入。当所述模具冷却并产生裂缝而仍在所述液态金属冷却浴中时，所述液态金属可以沿该模具中的裂缝流动并最终与该模具内部的浇铸制品的表面接触。所述液态金属可在流经该模具裂缝时与所述模具的内部反应，并可在与所述浇铸制品的表面接触时与该制品材料反应。因为这个原因，由于所述侵入的液态金属与所述模具和浇铸制品材料的相互作用，所述模具以及所述浇铸制品中的一些元素也可以存在于金属杂质中。
如本文所用，所述“金属性材料”为含有金属或金属合金的材料。该金属性材料以超过该材料可能存在于该浇铸制品中的任何量沉积于所述浇铸制品的表面上。在非限定性实例中，所述金属性材料可以包括选自由锡、铁、钴、镍、铝、铬、钛和它们的组合构成的组的至少一种元素，例如不锈钢。所述金属性材料可进一步包括其它与所述金属或金属合金共沉积的改性成分比如硅、锆、钇、氧或它们的组合。
沉淀在表面上的所述金属性材料的厚度取决于多种因素，比如被浇铸制品的类型、所采用的浇铸工艺、被采用的材料等。在一个实施方案中，所述金属性材料可具有大约2微米-大约2000微米的厚度。在另一个实施方案中，所述金属性材料可具有大约5微米-大约1000微米的厚度。在又一个实施方案中，所述金属性材料可具有大约10微米-大约500微米的厚度。
所述浇铸制品的清洁方法14，在图1所阐述的实施方案中，典型地包括用于从表面除去金属性材料的化学工艺。该化学工艺包括以含水组合物接触(处理)含有所述金属性材料的被污染表面。可以使用多种技术来以所述含水组合物处理该浇铸制品。例如，可以使用各种类型的喷枪，以所述组合物连续地喷射所述浇铸制品。可以采用单或多个喷枪。在另一个可选实施方案中，所述含水组合物可以倾倒于所述浇铸制品上并连续地再循环。
制品的清洁方法14具有很令人满意的选择度。换而言之，所述金属性材料可以从所述浇铸制品的表面有效地除去，而不会不良地影响或破坏该制品。这对保留所述浇铸制品的结构完整性和尺寸是极为有利的。此外，从环境立场出发，本文记载的处理组合物与基于无机酸的组合物相比是较为温和的。
如本文所用，术语“除去金属性材料”意指所述金属性材料的严重降解，至多仅留下金属性材料残渣。所述残渣微弱地粘附于下面的表面。所述残渣可以通过后续常规技术比如如下讨论的“除污(de-smutting)”而除去。
在某实施方案中，图3阐述用含水组合物68来处理从图1所例示的定向凝固炉40回收的浇铸制品62的系统60。该系统60包括填装有所述含水组合物68的浴70。所述浇铸制品62包括存在于表面64上的含有金属性材料66的部分。该浇铸制品62被浸入至所述含水组合物68中以从所述表面62剥离所述金属性材料64。以这种方式浸渍常常允许所述含水组合物68和待除去的金属性材料64之间最大程度的接触。经处理的制品72在预定时间后从所述浴70除去。
浸渍时间和浴温度取决于多种因素，比如正被除去的金属性材料的类型、被用于该浴中的含水组合物和设备容量。在一个实施方案中，所述经处理的制品72不含任何残余金属性材料。在另一个实施方案中，所述经处理的制品72在表面74上含有残余金属性材料76。
通常地，填装有所述含水组合物68的浴70维持在大约室温至大约100摄氏度的范围内的温度，同时将所述制品49浸入其中。在优选实施方案中，该温度被维持在大约45摄氏度至大约95摄氏度的范围内。在该浴内的浸渍时间可显著不同。其通常在大约10分钟至大约72小时的范围内，且优选为大约1小时至大约20小时。较长的浸渍时间可补偿较低的浴温度。
在一个实施方案中，所述含水组合物68或所述处理组合物包括具有式HxAF6的酸。在该式中，A选自由Si、Ge、Ti、Zr、Al和Ga构成的组。下标x为1至6的数，且更典型地为1至3。该类型的材料市售可得，或者可容易地制备。HxAF6化合物有时在本文称作“第一酸(primary acid)”，优选H2SiF6或H2ZrF6或它们的混合物。在某些实施方案中，特别优选H2SiF6。该化合物H2SiF6被称为数种名称，比如“氟硅酸(fluosilicic acid)”、“氢氟硅酸(hydrofluosilicic acid)”、“氟硅酸(fluorosilicic acid)”和“六氟硅酸”。
也可使用HxAF6酸的前体。如本文所用，“前体”指的是如下的任何化合物或化合物的组：所述化合物或化合物的组可以结合以形成酸或其二价阴离子AF6 -2，或者可以在例如加热、搅拌、催化剂等反应性条件下被转变为酸或其二价阴离子。因此，例如，酸可以原位形成于反应容器中。
作为一个例示，所述前体可以为金属盐、无机盐或其中所述二价阴离子以离子形式键合的有机盐。非限定性实例包括Ag、Na、Ni、K和NH4 +的盐，以及有机盐比如季铵盐。所述盐在水溶液中的离解生成所述酸。在H2SiF6的情形中，可以采用的合适的盐是Na2SiF6。
在一个实施方案中，H2SiF6可以例如通过含硅化合物与含氟化合物的反应而原位形成。示例性的含硅化合物是SiO2，而示例性的含氟化合物是氢氟酸，也就是说含水氟化氢。
当作为单一酸使用时，该HxAF6酸可稍微有效用于除去chromide沉积。所采用的酸的优选含量将取决于多种因素，比如正被除去的沉积的类型和量；制品上的金属性材料的位置；制品的类型；制品和沉积的热历史例如相互扩散的水平；将制品暴露于如上所述处理组合物的技术；用于处理的时间和温度；以及所述酸在溶液中的稳定性。
通常，所述HxAF6酸以大约0.05M至大约5M的含量存在于所述处理组合物中，其中M表示摩尔浓度。摩尔浓度可容易地换算为重量或体积百分数，以便于制备溶液。通常，该含量为大约0.2M至大约3.5M。在H2SiF6的情形中，优选的浓度范围常常在大约0.2M至大约2.2M。如下所述的较长处理时间和/或较高温度可补偿所述酸的较低含量，反之亦然。可以通过观察特定组合物对从制品除去沉积的影响而容易地进行HxAF6酸以及下述其它成分的量的调节。
在优选实施方案中，所述处理组合物也包括至少一种额外的酸或“第二酸”或其前体。所述额外的或“第二”酸优选为含磷化合物或硝酸。该含磷化合物的非限定性实例包括磷酸和亚磷酸以及它们的混合物。通常，所述含磷化合物如硝酸一样市售可得。这些化合物也可通过公知技术合成。
本领域技术人员可基于所观察到的效率和其它因素，比如可得性、与所述第一酸的相容性、成本和环境考虑来选择最合适的额外的酸。此外，也可使用该酸的前体比如盐，如上述关于第一酸所描述的那样。对于大多数实施方案，优选的额外的酸为含磷化合物，特别优选磷酸。
关于所述含磷化合物和硝酸的意外效力，本发明人不希望受到任何具体理论的束缚。然而，它们似乎提供快速氧化金属性材料中金属的酸性能力。这进而看起来引起金属性材料变得被溶解，且容易地从浇铸制品表面区域脱离。
所采用的额外的酸，即含磷化合物或硝酸，的量将取决于该酸本身，以及第一酸的特性和上述多种因素。含磷化合物通常以大约0.1M至大约20M的含量存在于所述组合物中。在一些优选实施方案中，例如在磷酸的情形中，所述优选的范围为大约0.5M至大约5M。而且，一些优选实施方案考虑大约2M至大约4M的范围。
当作为所述额外的酸存在时，硝酸以最小化根据本发明被处理的浇铸制品降解的含量存在。通常，该含量不会大于大约1.2M。在优选实施方案中，该范围为大约0.3M至大约1M。
在某些实施方案中，所述处理组合物68包括次要量(minoramount)的第三酸。该成分通常为在纯水中具有低于大约3.5的pH的强酸。因此，当所述第二酸为含磷化合物时，所述第三酸可以为硝酸。其它强无机酸的非限定性实例为硫酸、盐酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸、烷基磺酸和任何上述的混合物。所述强酸似乎尤其有用于除去所述金属性材料的可能已扩散至浇铸制品中的部分。
在一个实施方案中，第三酸包含盐酸、硝酸或它们的混合物。在优选实施方案中，所述第三酸为盐酸。典型地，所述酸有利地以含水形式供给和使用，例如35-38％的盐酸水溶液。
所采用的第三酸的量取决于所述第一酸和所述第二酸的特性，还取决于上述许多因素。为了最小化所述制品的降解，该第三酸优选以上述结合硝酸讨论的含量存在。因此，该酸在所述处理组合物中的浓度通常不大于大约1.2M，且优选在大约0.3M至大约1M的范围内。
本发明所述含水组合物68可进一步包括多种其它添加剂，这些添加剂起着多种功能。这些添加剂的非限定性实例为抑制剂、分散剂、表面活性剂、螯合剂、润湿剂、反絮凝剂、稳定剂、抗沉降剂、还原剂和防沫剂。本领域技术人员熟知此类添加剂的具体类型和使用的有效含量。用于所述组合物的抑制剂的实例为如乙酸的较弱酸。此类材料往往降低所述组合物中第一酸的活性。这在有些情况下是合意的，例如，以减少一些类型的浇铸制品表面(如果与所述处理组合物接触)被点蚀的可能性(potential)。
所述浇铸制品62在所述含水组合物68中的处理严重地降解正被除去的金属性材料66的完整性。被降解的金属性材料在本文指的是“污迹”或“金属性材料残渣”。所述金属性材料残渣常常继续微弱地粘附于所述浇铸制品的下面层。因而，该处理通常继之以常常称作“除污”操作的剥离后工序(post-stripping step)。此类工序已知于本领域，且记载在多处文献中。除污可以按轻柔研磨工序的形式来施行，所述轻柔研磨工序最小化对浇铸制品或下面层的损害。作为一个实例，可以通过引导含有氧化铝颗粒的压缩空气流越过所述制品表面来进行喷砂处理。所述空气压通常小于大约100psi。所述喷砂处理进行足以除去所述被降解沉积的时间。在该实施方案中，喷砂处理的持续时间取决于多种因素，比如污迹层的厚度和具体组成；砂介质的尺寸和类型等。所述工艺典型地进行大约30秒至大约3分钟。
可以使用其它用于研磨表面的已知技术来替代喷砂处理。例如，可以使用纤维垫，比如具有聚合物纤维、金属纤维或陶瓷纤维的垫来手工擦洗制品表面。可替换地，可将制品表面抛光，例如使用其中嵌入了氧化铝或碳化硅颗粒的柔性轮或带状物。可将液体研磨材料可替换性地用在所述轮或带状物上。这些可替换技术应当按下述方式控制，即维持对制品表面的接触力不大于在上述喷砂处理技术中所用的力。
其它技术或者技术的组合可以用于替代研磨以除去被降解的金属性材料。实例包括制品表面的激光烧蚀，或者浇铸制品的滚光(tumbling)包括水滚光。可替换地，被降解的材料可被刮离制品表面。作为又一可选方案，可将声波例如超声波导向所述表面，引起振动以摇散所述被降解的材料。对于上述各可选技术，本领域技术人员熟知用以控制对所述浇铸制品表面施加的相关力的操作校正，如在所述研磨技术的情形下，用以最小化对被保存制品的损害。所述制品有时在该工序之后例如使用水或水与润湿剂的组合来漂洗。
在图3的所例示实施方案中，所述经处理浇铸制品72还可能在表面74上含有一些部分残余金属性材料76。所述表面74上的金属性材料76的存在意指该表面74甚至在清洁处理之后仍然被污染，并且可能需要额外的加工。
根据本发明的一个实施方案，所述清洁方法14进一步包括检查经清洁的浇铸制品的方法26，如图1所例示。所述方法26使用显示剂以通过观察该试剂的响应来帮助探测金属性材料在表面上的存在。所述方法包括下述工序：用萃取试剂处理所述浇铸制品表面、将经处理表面暴露于显示剂和观察该显示剂的响应。所述金属性材料与所述萃取试剂的反应形成化合物，该化合物在与所述显示剂接触时响应。
使用萃取试剂处理表面的合适技术可包括：使用萃取试剂擦(swiping)表面，将萃取试剂倾倒于表面之上，或者等等。在一个实施方案中，所述萃取试剂包括酸。作为萃取试剂的合适酸可包括但不限定于：盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、乙酸或它们的组合。
可以使用多种显示剂来探测金属性材料。合适的显示剂可以包括但不限定于：比色试剂或化学指示剂，荧光染料或光学活性材料。本文所用的“光学活性材料”可指那些吸收、散射或偏转光线的材料。当该试剂暴露于浇铸制品表面时观察到所述响应。所述显示剂可能导致对应于所用显示剂的比色响应(即颜色改变)、吸光率响应、散射响应或荧光响应。
在优选实施方案中，使用比色试剂来探测表面上的金属性材料。颜色的改变可取决于存在于所述表面上金属性材料的类型和用于该探测的比色试剂。可以使用各种比色试剂来探测不同金属。例如：焦儿茶酚紫(PV)是锡、铁、铝、铬和钇的比色测定用敏感试剂。对锡敏感的其它比色试剂可包括：棓因(galleon)、邻苯三酚红、溴邻苯三酚红或苯基荧光酮。
焦儿茶酚紫为由两摩尔的焦儿茶酚与一摩尔的邻磺基苯甲酸酐缩聚而成的磺酞染料。焦儿茶酚紫具有四个羟基、两个砜氧和一个醌氧。焦儿茶酚紫的化学结构如下：全部官能团均与离域芳香系统共轭，所述离域芳香系统通过吸收特征可见波长的光线而对化合物赋予颜色。焦儿茶酚紫具有颜色指示剂性质并与金属离子形成蓝色至蓝紫色的络合物。
在示例性实施方案中，通过使用焦儿茶酚紫来检查或探测浇铸制品经清洁的表面上的金属性材料的方法例示在图4的流程图80中。该检查方法包括施加盐酸到该经清洁的浇铸制品表面上的工序84。盐酸将存在于表面上的任意的锡、铁、铝、铬或钇转化为相应的氯化物。进一步地，该检查方法包括将表面暴露于焦儿茶酚紫的工序86。在一个实施方案中，由于质子化的焦儿茶酚紫的形成而观察到粉红色(框88)。盐酸使氧发生质子化因为改变了电子结构而引起可见光的吸收频率的位移。如工序92所示，粉红色指示(框90)在表面上不存在上述金属的痕迹，因而是清洁表面(框94)。因此，粉红色的形成确保了所述表面在清洁处理之后不含锡。在可替换的实施方案中，蓝紫色(框96)显示金属-PV络合物的形成并指示(框98)在表面的一些部分上残余金属的存在(框100)并由此暗示被污染的表面(框102)。
在某些实施方案中，也可通过使用掩蔽剂来实现探测特定金属在表面上的存在。所述掩蔽剂可以在表面暴露至显示剂之前施加至所述表面之上。所述掩蔽剂允许所述特定金属暴露至显示剂，且不允许其它金属性材料暴露到所述显示剂并与所述显示剂反应。例如，仅允许锡被检查到并掩蔽其它金属的合适掩蔽剂为乳酸和抗坏血酸。这些酸选择性地减少锡之外的金属。其它掩蔽剂可以是N-(2-羟乙基)亚乙基二次氮基三乙酸(HEDTA)或乙二胺四乙酸(EDTA)，其选择性地螯合其它金属。
可使用多种技术将表面暴露于显示剂。可使用单元将浇铸制品的至少一部分暴露于显示剂。合适的单元可包括但不限定于：棉拭子、版纸(block paper)、喷射器、浴、玻璃棒、玻璃管或布。
类似地，可使用多种技术以观察将显示剂暴露于表面时的响应。所述显示剂的响应可借助或不借助于显示辅助装置来观察。在一个实施方案中，该响应可通过人眼来观察。在另一个实施方案中，所述显示辅助装置可以是光学系统，比如光源、光学探测器、光学微分器或它们的组合。所述光学微分器可包括滤光器、棱镜、分光仪、或干涉仪等。例如，可在UV激发下观察荧光染料的发射。
在示例性实施方案中，图5A、5B和5C中例示了用于使用比色试剂的一些优选技术。制品72是在图1所例示的清洁方法14的工序24之后回收的制品。在一个实施方案中，所述制品72的表面74不含任何金属性材料。可替换地，所述表面74可包括含有残余金属性材料76的至少一部分。在一个实施方案中，所述单元可以是如图5A所示的棉末端的拭子112。用所述比色试剂110润湿的该拭子112擦拭所述制品72的表面74并观察响应。在另一个实施方案中，所述单元可以是如图5B所示的版纸114。浸入或浸渍有比色试剂110的所述版纸114被压在表面74之上。该版纸上的颜色示出所述表面74相应的清洁的或污染的部分。而在另一个实施方案中，比色试剂110通过图5C所示的喷雾器116喷射至表面74之上。在所述表面74的相应部分可观察到该表面74上的颜色变化。
实施例
下述的实施例仅作例示，而不应解释为对所要求保护发明范围的任何种类的限定。
实施例1
下述实施例1例示利用金属锡冷却浴实施的定向凝固工艺。在该工艺中，制品例如如涡轮机叶片，首先在基于Ni的超合金制备的模具中浇铸。该超合金制品包含7.5重量百分数的钴、7.0重量百分数的铬、6.2重量百分数的铝、6.5重量百分数的钽、1.5重量百分数的钼、5.0重量百分数的钨、3.0重量百分数的铼、痕量的铪、钇、硼和碳，余量为镍。所述模具和浇铸件以0.5厘米/分钟的速率降低至熔融锡的浴中。熔融锡的温度维持在大约300摄氏度，比纯锡的熔融温度高大约50摄氏度。测量出在浇铸部分中的热梯度为98℃/cm。
具有大约500微米厚度的金属杂质的沉积位于浇铸的超合金制品的表面之上。由于在浇铸工艺期间液体锡的侵入，故所述金属杂质主要由锡构成。该液体锡的侵入发生在液体锡冷却的定向凝固工艺中，此时含有浇铸的超合金制品的模具破裂而该模具仍浸于所述液体锡浴中。随着模具冷却，其产生裂缝却仍在该液体锡浴中。所述液体锡沿所述模具中的裂缝流动并与所述模具内部的浇铸制品的表面接触。所述液体锡可以在流经所述模具裂缝时与该模具内部反应，并在与所述浇铸制品表面接触时和所述超合金反应。结果，浇铸用模具中的和浇铸制品中的一些元素也可能存在于金属杂质中。
将污染的浇铸制品浸渍于含水组合物的浴中，所述含水组合物包含市售等级的大约71体积百分数的氟硅酸(H2SiF6)、24体积百分数的磷酸(H3PO4)和5体积百分数的盐酸(HCl)。所述浴保持在80摄氏度的温度，同时将所述制品浸渍于所述含水组合物中4小时。大约1小时浸渍之后，所述金属杂质被该含水酸组合物基本除去。检查所述制品的经处理表面以探测该表面上存在的任何残余锡。首先用浓盐酸处理该表面。所使用的盐酸是在水中的10体积百分数的酸。存在于所述表面上的锡与HCl反应而形成氯化锡。将浸入10-3M的PV溶液的棉拭子施加于所述酸化表面上。该拭子由于形成质子化的焦儿茶酚紫(PV)而变为粉红色。
实施例2
将污染的浇铸制品浸渍于含水组合物的浴中，所述含水组合物包含市售等级的大约71体积百分数的氟硅酸(H2SiF6)、24体积百分数的磷酸(H3PO4)和5体积百分数的盐酸(HCl)。所述浴维持在80摄氏度的温度，同时将所述制品浸渍于所述含水组合物中4小时。大约4小时浸渍之后，所述金属杂质被该含水酸组合物基本除去。检查所述制品的经处理表面以探测该表面上存在的任何残余锡。首先用浓盐酸处理该表面。所使用的盐酸是在水中的10体积百分数的酸。任何存在于所述表面上的锡均与HCl反应而形成氯化锡。将浸入10-3M的PV溶液的棉拭子施加于所述酸化表面上。由于与焦儿茶酚紫(PV)形成锡络合物，该拭子变为蓝紫色。
尽管本文中仅例示和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员会进行许多变形和改变。因此，应当理解附加的权利要求书意欲覆盖所有此类落在本发明真正主旨内的变形和改变。
部件列表10-方法流程图12-浇铸制品的制造工序14-浇铸制品的清洁工序16-将熔融金属倒入模具的工序18-凝固熔融金属的工序20-从冷却的液体金属移除模具的工序22-回收浇铸制品的工序24-除去金属性金属的工序26-检查所述表面的工序40-定向凝固炉42-加热炉44-石墨条46-绝热的炉箱48-模具50-模具定位器52-开孔54-液体金属冷却浴56-坩锅60-系统62-浇铸制品64-表面66-金属性材料68-含水组合物70-浴72-处理过的制品74-表面76-残余的金属性材料80-检查方法的流程图84-施加盐酸的工序86-将所述表面暴露于焦儿茶酚紫的工序88-显示粉红色的工序90-指示工序92-显示没有金属痕迹的工序94-显示清洁表面的工序96-显示蓝紫色的工序98-指示工序100-显示残余金属存在的工序102-显示被污染的表面的工序110-比色试剂112-棉末端的拭子114-版纸116-喷雾器

Claims (10)

1.方法(10)，其包括下述工序：
通过液态金属冷却定向凝固工艺形成浇铸制品(12)；
从所述浇铸制品(62)的表面(64)除去金属性材料(24)；和
通过将所述表面(64)暴露于显示剂来检查(26)所述金属性材料(66)在所述浇铸制品(62)的所述表面(64)上的存在。
2.权利要求1所述的方法(10)，其中，从所述浇铸制品(62)的所述表面(64)除去所述金属性材料(66)包含化学工艺。
3.权利要求1所述的方法(10)，其中，所述化学工艺包括使所述金属性材料(66)与含水组合物(68)接触，所述含水组合物(68)包含具有式HxAF6的酸，其中A为硅、锗、钛、锆、铝或镓，且x为1-6。
4.权利要求1所述的方法(10)，其中，所述浇铸制品(62)包含超合金材料。
5.权利要求1所述的方法(10)，其中，所述金属性材料(66)包含锡、铁、钴、镍、铝、铬、钛或它们的组合。
6.权利要求1所述的方法(10)，其中，检查(26)包含下述工序：
将萃取试剂(84)施加至所述浇铸制品(62)的表面(66)；
将所述表面(66)暴露于所述显示剂(110)，和
观察所述显示剂(110)的响应。
7.权利要求1所述的方法(10)，其中，所述显示剂(110)包含比色试剂、荧光染料或光学活性材料。
8.权利要求7所述的方法(10)，其中，所述比色试剂(110)包含焦儿茶酚紫。
9.方法，其包括：
用熔融金属填充模具(48)；
将所述模具(48)逐渐浸渍于冷却性金属液体中，以引起凝固界面穿过该熔融金属；
自所述模具(48)回收浇铸制品(62)；
从所述浇铸制品(62)的表面(64)除去金属性材料(66)；和
通过将所述表面(64)暴露于显示剂(110)来检查所述金属性材料(66)在所述浇铸制品(62)的表面(64)上的存在。
10.系统(60)，其包含：
处于高于在模具(48)内的金属的液相线温度的温度的加热炉(42)；
包含冷却性金属性液体的液体冷却浴(54)；
浴(70)，其包含含水组合物(68)以从浇铸制品(62)的表面(64)除去金属性材料(66)；
用以将所述浇铸制品(62)的至少一部分暴露于显示剂(110)的单元(112、114、116)；和
用于观察所述显示剂(110)的响应的显示辅助装置。
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