CN103934410A - 一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括粘结剂的配制、面层粉料制备、面层涂料制备、面层型壳制备、型壳脱蜡、型壳焙烧等步骤；有益效果为，所用原材料价格低廉易获得，改进传统工艺，极大降低了氧化锆和氧化钇用量，简化工艺，缩短制备流程，降低人工和原料成本；粘接剂以硅溶胶、醋酸锆为主要原料，添加正辛醇、聚乙烯醇，使得到的面层涂料涂挂性良好，面层涂料能够均匀涂挂到蜡模上，致密性好，同时粘接剂中添加氧化锆防火成分，更能保证面层型壳耐高温；采用蒸汽脱蜡，对环境无污染，且制备的面层型壳对人体健康无影响；制备的面层型壳适用广泛，界面反应层小，仅为0.018～0.02mm，精度高，性能优异，易于后期精整。
Description
技术领域
本发明涉及一种面层型壳的制备方法，尤其涉及一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法。
背景技术
钛合金熔模精密铸造技术是为适应航空航天工业的需要而发展起来的，该技术已经成为近无余量成形工艺中取得成效最大的一种，对于降低生产成本，批量生产大型、复杂的零件，具有重大意义。钛合金熔模精密铸造技术的关键是面层型壳惰性氧化物的选择及面层型壳的制备。目前使用较多的是氧化锆和氧化钇工艺，氧化锆系工艺主要用于民品零件生产，但所制钛铸件表面沾污层厚，有生成表面气孔的倾向，而氧化钇工艺主要用于航空航天零件的生产，但制备工艺控制难度较大，且原材料价格偏高。
目前，钛合金熔模精密铸造技术主要是将水溶性的面层粘结剂涂挂在模料表面，然后将适宜目数的氧化物粉料均匀淋撒，干燥2～3层，得到面层型壳。但是，由于现有工艺大量使用高价氧化物，因此型壳制造成本高，这是限制钛合金精密铸件大幅推广应用的一个重要瓶颈。因此，研究一种低成本、适合于生产各型复杂铸件的用于钛合金精密铸造的氧化物面层制壳工艺至关重要。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，它工艺简单，制备的面层型壳具有性能优良、成本低廉等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：分别称取12.8～95份醋酸锆、18.5～47.6份氧化锆、5～85份聚乙烯醇和1～30份硅溶胶，混合均匀，在30～100rmp的搅拌条件下，加入0.1～20份消泡剂正辛醇，匀速搅拌5～40min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取3～60份氧化锆、1～35份氧化钙、0.5～8.5份氧化钇，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到150～300目的均匀粉末，即为面层粉料；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比1.5：1～5：1混合，以15～80rmp均匀搅拌40～120min，涂料粘度控制在50～100S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥4～16h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
进一步地，步骤（1）分别称取25～80份醋酸锆、25.5～40.6份氧化锆、25～65份聚乙烯醇、5～25份硅溶胶和1～15份消泡剂正辛醇，混合均匀。
进一步地，步骤（1）分别称取45～60份醋酸锆、30.5～35.6份氧化锆、35～55份聚乙烯醇、10～20份硅溶胶和5～10份消泡剂正辛醇，混合均匀。
进一步地，步骤（2）分别称取10～50份氧化锆，5～30份氧化钙、1～7份氧化钇，混合均匀。
进一步地，步骤（2）分别称取20～40份氧化锆，15～25份氧化钙、2～6份氧化钇，混合均匀。
步骤（2）所得均匀粉末的粒度为180～250目。
步骤（3）所述粘结剂与面层粉料的质量比2：1～4：1。
步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为0.3～0.6Mpa，脱蜡时间为5～20min。
步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1100～1200℃后保持2h。
本发明还提供一种利用上述方法制备的钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
本发明的有益效果是，
1.所用原材料氧化钙价格低廉易获得，改进传统工艺，极大降低了氧化锆和氧化钇用量；
2.简化工艺，缩短制备流程，降低人工和原料成本；
3.粘接剂以硅溶胶、醋酸锆为主要原料，添加正辛醇、聚乙烯醇，使得到的面层涂料涂挂性良好，面层涂料能够均匀涂挂到蜡模上，致密性好，同时粘接剂中添加氧化锆防火成分，更能保证面层型壳耐高温；
4.采用蒸汽脱蜡，对环境无污染，且制备的面层型壳对人体健康无影响；
5.制备的面层型壳适用广泛，界面反应层小，仅为0.018～0.02mm，精度高，性能优异，易于后期精整。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：分别称取12.8g醋酸锆、18.5g氧化锆、5g聚乙烯醇和1g硅溶胶，混合均匀，在30rmp的搅拌条件下，加入0.1g消泡剂正辛醇，匀速搅拌5min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取3g氧化锆、1g氧化钙、0.5g氧化钇，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到150目的均匀粉末，即为面层粉料，注意在加工过程中避免掺杂氧化铁；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比1.5：1混合，以15rmp均匀搅拌40min，涂料粘度控制在50S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥4h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为0.3Mpa，脱蜡时间为5min。
步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1100℃后保持2h。
本发明还提供一种利用上述方法制备的钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
实施例2：
一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：称取25g醋酸锆、25.5g氧化锆、25g聚乙烯醇和5g硅溶胶，混合均匀，在40rmp的搅拌条件下，加入1g消泡剂正辛醇，匀速搅拌10min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取10g氧化锆、5g氧化钙、1g氧化钇，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到170目的均匀粉末，即为面层粉料，注意在加工过程中避免掺杂氧化铁；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比2：1混合，以25rmp均匀搅拌50min，涂料粘度控制在60S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥6h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为0.4Mpa，脱蜡时间为8min。
步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1100℃后保持2h。
本发明还提供一种利用上述方法制备的钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
实施例3：
一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：分别称取45g醋酸锆、30.5g氧化锆、35g聚乙烯醇和10g硅溶胶，混合均匀，在50rmp的搅拌条件下，加入5g消泡剂正辛醇，匀速搅拌15min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取20g氧化锆、15g氧化钙、2g氧化钇，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到200目的均匀粉末，即为面层粉料，注意在加工过程中避免掺杂氧化铁；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比2.5：1混合，以35rmp均匀搅拌65min，涂料粘度控制在70S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥8h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为0.4Mpa，脱蜡时间为10min。
步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1100℃后保持2h。
本发明还提供一种利用上述方法制备的钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
实施例4：
一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：分别称取60g醋酸锆、35.6g氧化锆、55g聚乙烯醇和20g硅溶胶，混合均匀，在60rmp的搅拌条件下，加入10g消泡剂正辛醇，匀速搅拌25min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取40g氧化锆、25g氧化钙、6g氧化钇，混合均匀，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到220目的均匀粉末，即为面层粉料，注意在加工过程中避免掺杂氧化铁；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比3：1混合，以45rmp均匀搅拌75min，涂料粘度控制在80S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥10h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为5Mpa，脱蜡时间为12min。
步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1200℃后保持2h。
本发明还提供一种利用上述方法制备的钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
实施例5：
一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：分别称取80g醋酸锆、40.6g氧化锆、65g聚乙烯醇和25g硅溶胶，混合均匀，在90rmp的搅拌条件下，加入15g消泡剂正辛醇，匀速搅拌35min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取50g氧化锆、30g氧化钙、7g氧化钇，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到250目的均匀粉末，即为面层粉料，注意在加工过程中避免掺杂氧化铁；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比4：1混合，以60rmp均匀搅拌100min，涂料粘度控制在90S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥14h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为5Mpa，脱蜡时间为15min。
步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1200℃后保持2h。
本发明还提供一种利用上述方法制备的钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
实施例6：
一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：分别称取95g醋酸锆、47.6g氧化锆、85g聚乙烯醇和30g硅溶胶，混合均匀，在100rmp的搅拌条件下，加入20g消泡剂正辛醇，匀速搅拌40min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取60g氧化锆、35g氧化钙、8.5g氧化钇，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到300目的均匀粉末，即为面层粉料，注意在加工过程中避免掺杂氧化铁；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比5：1混合，以80rmp均匀搅拌120min，涂料粘度控制在100S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥16h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为0.6Mpa，脱蜡时间为18min。
步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1200℃后保持2h。
本发明还提供一种利用上述方法制备的钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
实施例7：
一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：分别称取52g醋酸锆、33g氧化锆、45g聚乙烯醇和15g硅溶胶，混合均匀，在80rmp的搅拌条件下，加入7g消泡剂正辛醇，匀速搅拌30min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取30g氧化锆、20g氧化钙、4g氧化钇，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到220目的均匀粉末，即为面层粉料，注意在加工过程中避免掺杂氧化铁；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比3：1混合，以50rmp均匀搅拌80min，涂料粘度控制在75S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥4～16h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为0.6Mpa，脱蜡时间为20min。
步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1200℃后保持2h。
本发明还提供一种利用上述方法制备的钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
本发明所用原材料价格低廉易获得，改进传统工艺，极大降低了氧化锆和氧化钇用量，简化工艺，缩短制备流程，降低人工和原料成本；粘接剂以硅溶胶、醋酸锆为主要原料，添加正辛醇、聚乙烯醇，使得到的面层涂料涂挂性良好，面层涂料能够均匀涂挂到蜡模上，致密性好，同时粘接剂中添加氧化锆防火成分，更能保证面层型壳耐高温；采用蒸汽脱蜡，对环境无污染，且制备的面层型壳对人体健康无影响；制备的面层型壳适用广泛，界面反应层小，仅为0.018～0.02mm，精度高，性能优异，易于后期精整。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）粘结剂的配制：分别称取12.8～95份醋酸锆、18.5～47.6份氧化锆、5～85份聚乙烯醇和1～30份硅溶胶，混合均匀，在30～100rmp的搅拌条件下，加入0.1～20份消泡剂正辛醇，匀速搅拌5～40min，即得粘接剂；
（2）面层粉料的制备：分别称取3～60份氧化锆、1～35份氧化钙、0.5～8.5份氧化钇，混合均匀，经破碎、振动、筛分，得到150～300目的均匀粉末，即为面层粉料；
（3）面层涂料的制备：将粘结剂与面层粉料按照质量比1.5：1～5：1混合，以15～80rmp均匀搅拌40～120min，涂料粘度控制在50～100S，并回性60min，即得面层涂料；
（4）面层型壳的制备：将组好的模组清洗干净后浸入步骤（3）所得面层涂料中均匀粘挂，待流动静止后，均匀淋撒步骤（2）所得面层粉料，干燥4～16h，重复本步骤2～3次；
（5）型壳的脱蜡：将步骤（4）所得干燥且已涂挂面层涂料的蜡模放入脱蜡釜中进行蒸汽脱蜡；
（6）型壳的焙烧：将步骤（5）所得脱蜡完毕的型壳焙烧，焙烧完毕冷却至室温，即得面层型壳成品。
2.如权利要求1所述的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，所述步骤（1）分别称取25～80份醋酸锆、25.5～40.6份氧化锆、25～65份聚乙烯醇和5～25份硅溶胶，混合均匀，在30～100rmp的搅拌条件下，加入1～15份消泡剂正辛醇。
3.如权利要求1所述的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，所述步骤（1）分别称取45～60份醋酸锆、30.5～35.6份氧化锆、35～55份聚乙烯醇和10～20份硅溶胶，混合均匀，在30～100rmp的搅拌条件下，加入5～10份消泡剂正辛醇。
4.如权利要求1所述的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，所述步骤（2）分别称取10～50份氧化锆、5～30份氧化钙、1～7份氧化钇，混合均匀。
5.如权利要求1所述的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，所述步骤（2）分别称取20～40份氧化锆、15～25份氧化钙、2～6份氧化钇，混合均匀。
6.如权利要求1所述的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，所述步骤（2）所得均匀粉末的粒度为180～250目。
7.如权利要求1所述的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，所述步骤（3）所述粘结剂与面层粉料的质量比2：1～4：1。
8.如权利要求1所述的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，所述步骤（5）所述蒸汽脱蜡，压力为0.3～0.6Mpa，脱蜡时间为5～20min。
9.如权利要求1所述的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳的制备方法，其特征是，所述步骤（6）所述焙烧，从350℃开始，升温至1100～1200℃后保持2h。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法制备的一种钛合金精密铸造用氧化物面层型壳。
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