CN102990006A - 一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳及其制备方法，属于合金精密铸造技术领域。本发明以锆酸钡为填料，不与钛反应的醋酸锆或钇溶胶为粘结剂；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；该锆酸钡陶瓷型壳的强度高，铸件表面的光洁度高；此外，含有锆酸钡的涂料稳定不易胶凝，悬浮性好，保存时间长。

Description

一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳及其制备方法

技术领域

本发明涉及用于钛及钛合金精密铸造的型壳及其制备方法，属于合金精密铸造技术领域。 

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0.02~0.2mm不等。锆酸钡是一种化学性质非常稳定的耐火材料，锆酸钡陶瓷型壳与钛及钛合金反应程度小，形成α粘污层厚度小，有研究表明热解锆酸钡坩埚已经可以用于钛合金熔炼，此外由于锆酸钡稳定的化学性质，其在水、弱酸、强碱中都不发生化学反应，所以含有锆酸钡的涂料稳定不易胶凝。由于锆酸钡密度小，涂料的悬浮性也好。本课题组已拥有专利《用于钛及钛合金熔炼的BaZrO₃耐火材料及其坩埚的制备方法》证实：BaZrO₃耐火材料与钛合金不发生反应，没有明显界面层。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳及制备方法。 

本发明是一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳，其特征在于，该型壳由面层、锆酸钡颗粒层、多层的由背层加上粗莫来石颗粒组成；所述的面层涂料配方为：锆酸钡95—65wt%，醋酸锆粘结剂5—35wt%，且额外加入表面活性剂硬脂酸0.1—0.5wt%，消泡剂聚二甲基硅氧烷0.1—0.5wt%；所述的锆酸钡为小于200目的粉末颗粒；所述的背层涂料为硅酸乙酯或硅溶胶粘结剂和填料莫来石粉组成；该背层涂料之后再撒有颗粒的莫来石颗粒层。 

本发明是一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳的制备方法，其特征在于具有以下过程和步骤： 

A 锆酸钡原料的预处理：将锆酸钡粉末经过物理或者化学方法得到小于200目的锆酸钡颗粒；

B 面层涂料的制备：在粘结剂中加入经过预处理的锆酸钡，并用搅拌器不断搅拌，适当加入添加剂如表面活性剂和消泡剂，涂料的配比为95~65wt%锆酸钡、5~35wt%粘结剂和0.1~5wt%表面活性剂和0.1~5wt%消泡剂所组成；控制涂料浆的粘度在10~70s（美制4号流杯）；

C 型壳的制备：涂料制备好后，将蜡模浸入上述涂料中，当涂料流淌均匀地涂挂在蜡模上时进行撒砂，将80~120目的锆酸钡均匀地撒在涂挂了涂料的蜡模上；涂料充分干燥和硬化后，重复上述步骤；然后再涂背层涂料，背层涂料使用硅酸乙酯或硅熔胶粘结剂和莫来石粉填料；其粘度控制在10~20s；最后用20目粗莫来石颗粒撒砂；将制备好的型壳进行干燥；

D 型壳的脱蜡：将干燥好的型壳使用高压蒸汽釜或微波脱蜡；

E 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，温度为800~1350℃，保温2~3小时，然后随炉冷却至室温，即制得成品型壳。

附图说明

图1 本发明型壳的多层结构示意图。 

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。 

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。 

本实施例的型壳制备过程和步骤如下所述： 

（1）    涂料的制备：把经过磨细、过325目筛的锆酸钡粉料中加入二醋酸锆粘结剂用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度大约在30s，锆酸钡与粘结剂的重量比4:1；

（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，将锆酸钡干粉均匀地散在涂挂了涂料蜡模上、撒砂过程重复1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，将该背层涂料浆料涂敷于上述涂层蜡模的外层，随后再用胶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1150~1250℃，烧结1小时，于300℃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钡陶瓷型壳。 

利用经此工序制成的型壳浇注钛镍合金，无明显反应层，熔炼后金属表面光洁，合金性能良好。  

Claims (2)

1.一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳，其特征在于，该型壳由面层、锆酸钡颗粒层、多层的背层加上粗莫来石颗粒组成；所述的面层涂料配方为：锆酸钡95—65wt%，醋酸锆粘结剂5—35wt%，且额外加入表面活性剂硬脂酸0.1—0.5wt%，消泡剂聚二甲基硅氧烷0.1—0.5wt%；所述的锆酸钡为小于200目的粉末颗粒；所述的背层涂料为硅酸乙酯或硅溶胶粘结剂和填料莫来石粉组成；该背层涂料之后再撒有颗粒的莫来石颗粒层。

2.一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳的制备方法，其特征在于，具有以下过程和步骤：

A 锆酸钡原料的预处理：将锆酸钡粉末经过物理或者化学方法得到小于200目的锆酸钡颗粒；

B 面层涂料的制备：在粘结剂中加入经过预处理的锆酸钡，并用搅拌器不断搅拌，适当加入添加剂如表面活性剂和消泡剂，涂料的配比为95~65wt%锆酸钡、5~35wt%粘结剂和0.1~5wt%表面活性剂和0.1~5wt%消泡剂所组成；用美制4号流杯控制涂料浆的粘度在10~70s；

C 型壳的制备：涂料制备好后，将蜡模浸入上述涂料中，当涂料流淌均匀地涂挂在蜡模上时进行撒砂，将80~120目的锆酸钡均匀地撒在涂挂了涂料的蜡模上；涂料充分干燥和硬化后，重复上述步骤；然后再涂背层涂料，背层涂料使用硅酸乙酯或硅熔胶粘结剂和莫来石粉填料；其粘度控制在10~20s；最后用20目粗莫来石颗粒撒砂；将制备好的型壳进行干燥；

D 型壳的脱蜡：将干燥好的型壳使用高压蒸汽釜或微波脱蜡；

E 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，温度为800~1350℃，保温2~3小时，然后随炉冷却至室温，即制得成品型壳。

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