CN104001856B - 钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，包括进行蜡模压制，分别配制面层涂料、临面层涂料、加固层涂料、背层涂料以及背层硬化剂，将蜡模依次浸入上述溶液干燥后制成型壳模型，对型壳模型进行脱蜡处理，脱蜡后再进行焙烧出炉后即得型壳等五个步骤。本发明的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法解决了现有的型壳制备、脱蜡过程中存在的材料遇水回溶以及型壳透气性差的缺点。本发明的制备方法使得型壳的制备周期减短，提高了生产效率，脱蜡设备简单，操作简便，焙烧后的型壳表面光滑，面层无任何起皮、脱落、开裂、掉粉等现象，并且透气性、退让性较好，使得浇铸后的钛合金铸件表面光滑无污染、粗糙度较低。

Description

钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法

技术领域

本发明属于型壳制备技术领域，具体涉及一种钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有密度低，比强度高，耐腐蚀，线胀系数小，生物相溶性好等优异性能，因此在航空、航天、远洋运输、化工、冶金、医疗卫生等行业中都是不可缺少的结构材料。

钛合金传统机械加工，加工量大，材料利用率低，生产成本高。而钛合金精密铸造能够提高材料利用率，是比较经济且又容易实现的成形工艺，但是液体状态下的钛合金几乎可以与所有的耐火材料发生反应，所以钛合金铸造需要用具有高化学稳定性的材料与粘结剂，避免钛液与材料发生化学反应、降低表面污染层，所以型壳的制备是钛合金精密铸造的最大难点。

目前，钛合金精密铸造制备型壳的材料钇溶胶、醋酸锆都具有水溶性质，其在制壳、蒸汽脱蜡过程中会出现遇水回溶现象，造成型壳面层起皮、脱落、开裂、掉粉等现象，影响钛合金铸件表面质量，因此型壳脱蜡一般采用专用脱蜡设备和脱蜡工艺，如：闪烧炉脱蜡、红外脱蜡釜、溶剂脱蜡工艺等，但是这些脱蜡方法的成本较高、操作繁琐、对人体也有伤害。钛合金在液体状态下不与氧化钍发生反应，但由于氧化钍具有放射性，因此未被用于钛合金精密铸造的型壳制备。其它耐火材料如：钨面层、石墨面层以及其它氧化物材料：氧化锆、氧化铝、氧化硅(按反应程度，由弱到强排列)等面层制壳材料均与液体钛合金发生化学反应，高温钛液在填充型壳过程中与面层耐火材料反应后也能透过面层与临面层耐火材料和粘结剂发生反应，反应后将产生气体，气体只能通过型壳中细微的孔道和缝隙排除，若型壳透气性不良，浇铸时产生的气体在高温下膨胀而形成较高的气垫压力，会影响金属充填而浇不足，还会在铸件中形成气孔或冷隔等缺陷。氧化铝、氧化硅等低成本氧化物制备的陶瓷型壳在实际生产中与钛合金反应比较剧烈，因此当应用在实际生产中时会造成型壳处理后的钛合金铸件呈灰白色，铸件表面缺陷较多、质量很差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，解决了现有的型壳制备、脱蜡过程中存在的材料遇水回溶以及型壳透气性差的缺点。

本发明所采用的技术方案是：钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，包括以下步骤：

第1步，进行蜡模压制；

第2步，分别配制面层涂料、临面层涂料、加固层涂料、背层涂料以及背层硬化剂；

第3步，将第1步中制成的蜡模依次浸入第2步制得的面层涂料、临面层涂料、加固层涂料、背层涂料以及背层硬化剂中，制成型壳模型；

第4步，对第3步中制成的型壳模型进行蒸汽脱蜡或者热水脱蜡处理；

第5步，将第4步中经过脱蜡处理的型壳模型在焙烧炉中进行焙烧，出炉后即得型壳。

本发明的特点还在于，

第1步中蜡模压制过程中使用低温蜡料压制蜡模或中温蜡料压制蜡模，

低温蜡料压制蜡模的具体步骤为：在化蜡缸放入等质量的石蜡和硬脂酸，混合加热直到溶解成蜡水，然后从化蜡缸中取出蜡水放入蜡糊搅拌机中，加入蜡屑进行搅拌，制成蜡膏，将制成的蜡膏通过低温压蜡机压入模具中制成蜡模，其中，化蜡缸中的加热的温度为90℃～95℃，蜡水与蜡屑的质量之比为1:1.5～2.5，蜡糊搅拌机的搅拌温度为60℃～65℃；

中温蜡料压制蜡模的具体步骤为：在化蜡缸中放入中温蜡料加热直到溶解成蜡水，然后将蜡水倒入储蜡缸中，将储蜡缸放入保温箱中保存，使用时将储蜡缸放入中温压蜡机压入模具中制成蜡模，其中，化蜡缸中的加热温度为95℃～98℃，保温箱中的保温温度为55℃～65℃。

第2步中配制面层涂料的具体步骤为：

第2.11步，配制面层粘结剂：

按质量之比为100:0.3～0.5分别称取锆溶胶溶液和润湿剂，并将润湿剂用蒸馏水进行稀释，所述润湿剂与蒸馏水的体积比为1:1；

再称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.2％～0.4％的消泡剂，并将消泡剂用蒸馏水进行稀释，所述消泡剂与蒸馏水的体积比为1:1；

然后称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.2％～0.3％的氨水，所述氨水的质量浓度为25％～28％；

将所述稀释好的润湿剂和消泡剂加入到锆溶胶溶液中，并且在加入过程中进行搅拌，最后将氨水加入上述溶液中搅拌后即完成面层粘结剂配制；

第2.12步，配制面层涂料：

在2.11步中制得的面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌后制成面层涂料，其中，面层粘结剂与氧化锆粉的质量之比为1:3.8～4.8，搅拌时间为2h～6h，该步骤的工作环境温度为20℃～25℃，该步骤的相对湿度为55％～70％，面层涂料的粘度为23sec～37sec。

润湿剂为渗透剂JFC或者乳化剂OP。

第2步中配制临面层涂料具体步骤为：

第2.21步，配制临面层粘结剂：

选择硅溶胶溶液，根据公式G_水＝G_胶×A÷B-G_胶在硅溶胶溶液中加入对应质量的蒸馏水，使得氧化硅的质量百分比降低到15％～20％，然后在加入蒸馏水后的硅溶胶溶液中加入质量百分比为0.2％～0.4％的消泡剂即制得临面层粘结剂，上式中，A为硅溶胶溶液中氧化硅的质量百分比，B为加入蒸馏水后硅溶胶溶液中氧化硅的质量百分比，G_胶为原硅溶胶溶液的质量，G_水为需要加入的蒸馏水的质量；

第2.22步，配制临面层涂料：

在第2.21步制得的临面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌后即制成临面层涂料，其中，临面层粘结剂与氧化锆粉质量之比为1：2.8～3.2，搅拌时间为2h～6h，该步骤的工作环境温度为20℃～25℃，该步骤的相对湿度为45％～55％，临面层涂料的粘度为15sec～20sec。

消泡剂为正辛醇、正戊醇或者异丙醇的其中一种。

第2步中配制加固层涂料的具体步骤为：

在硅溶胶溶液中加入莫来粉并搅拌后即制成加固层涂料，其中，硅溶胶溶液与莫来粉的质量之比为：1：1.5～2，搅拌时间为2h～6h，该步骤的工作环境温度为20℃～25℃，该步骤的相对湿度为45％～55％，加固层涂料的粘度为8sec～12sec；

第2步中配制背层涂料的具体步骤为：

在模数为3～3.4、密度为1.35～1.38g/cm³的硅酸钠溶液中加入莫来粉，莫来粉与硅酸钠溶液的质量之比为1:1～1.2，然后再加入质量百分比为0.1％～0.2％的润湿剂并搅拌2h～6h，即为背层涂料；

第2步中配制背层硬化剂的具体步骤为：

将氯化铝加入到水中搅拌使之充分溶解、混合均匀，即制成背层硬化剂，其中氯化铝与水的质量之比为：1:1.8～2.1。

第3步中制成型壳模型的具体过程为：

第3.1步，将第1步中制得的蜡模完全浸入第2步中制得的面层涂料后提出，在其表面均匀撒上氧化锆砂然后进行干燥处理制得一层型壳模型，所述氧化锆砂的平均粒径为80目～100目，干燥时间为6h～10h，该步骤的相对湿度为55％～70％；

第3.2步，将第3.1步制得的一层型壳模型完全浸入第2步制得的临面层涂料后提出，在其表面均匀撒上氧化锆砂然后进行干燥处理制得二层型壳模型，所述氧化锆砂的平均粒径为60目～80目，干燥时间为6h～8h，该步骤的相对湿度为45％～55％；

第3.3步，将3.2步制得的二层型壳模型完全浸入第2步中制得的加固层涂料后提出，在其表面均匀撒上莫来砂然后进行干燥处理制得三层型壳模型，所述莫来砂的平均粒径为30目～60目，干燥时间为6h～8h，该步骤的相对湿度为45％～55％；

第3.4步，将3.3步制得的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上莫来砂然后进行初步干燥处理，将初步干燥处理后的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中进行硬化处理后提出，然后进行再次干燥处理后制得四层型壳模型，其中，所述莫来砂的平均粒径为16目～30目，该步骤的初步干燥时间为1h～2h，硬化时间为10min～15min，再次干燥时间为30min～45min，经过三次上述相同处理后制得六层型壳模型；

第3.5步，将3.4步制得的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上莫来粉然后进行初步干燥处理，将初步干燥处理后的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中进行硬化处理后提出，然后进行再次干燥处理后制得七层型壳模型，其中，所述莫来砂的平均粒径为10目～20目，该步骤的初步干燥时间为1h～2h，硬化时间为10min～15min，再次干燥时间为30min～45min，经过1～9次上述相同处理后对应制得七层型壳模型至十五层型壳模型。

第4步中蒸汽脱蜡的釜压力为0.4MPa～0.7MPa，脱蜡时间为8min～12min；

热水脱蜡的具体步骤为：在脱蜡水中加入质量百分比为4％～6％的氯化铝，然后将第3步制得的型壳模型浸入脱蜡水中进行脱蜡处理，脱蜡水温度为95℃～98℃，脱蜡时间为15min～20min，然后用热水冲洗经过脱蜡处理后的型壳模型内腔。

第5步中焙烧具体过程为：保持焙烧温度为920℃～960℃，并保温0.5h～2h，最后炉冷到100℃～300℃出炉即得型壳。

本发明的有益效果是：本发明的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法解决了现有的型壳制备、脱蜡过程中存在的材料遇水回溶以及型壳透气性差的缺点。本发明的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法使得型壳的制备周期减少30％～50％，提高了生产效率，脱蜡设备简单，操作简便，焙烧后的型壳表面光滑，面层无任何起皮、脱落、开裂、掉粉等现象，并且透气性、退让性较好，因而使得浇铸后的钛合金铸件表面光滑无污染、粗糙度较低，满足了航空、民用钛合金铸造产品在高质量、高性能和低成本方面的需要。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明提供的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，包括以下步骤：

第1步，在化蜡缸放入等质量的石蜡和硬脂酸，混合并保持加热温度为90℃直到溶解成蜡水，然后从化蜡缸中取出蜡水放入蜡糊搅拌机中并按质量比为1:1.5的比例的加入低温蜡屑进行搅拌，制成蜡膏，期间搅拌温度为60℃，然后将制成的蜡膏通过低温压蜡机压入铝模具中制成蜡模；

第2步，分别配制面层涂料、临面层涂料、加固层涂料、背层涂料以及背层硬化剂，

配制面层涂料的具体步骤为：

第2.11步，先配制面层粘结剂：

按质量之比为100:3分别称取锆溶胶溶液和渗透剂JFC，并将渗透剂JFC用蒸馏水进行稀释，渗透剂JFC与蒸馏水的体积比为1:1；

再称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.2％的正辛醇，并将正辛醇用蒸馏水稀释，正辛醇与蒸馏水的体积比为1:1；

然后称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.2％的氨水，其中氨水的质量浓度为25％；

将稀释好的渗透剂JFC和正辛醇加入到锆溶胶溶液中，并且在加入过程中进行搅拌，最后将氨水加入上述溶液中搅拌后完成面层粘结剂配制；

第2.12步，配制面层涂料：

在2.11步中制得的面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌2h后制成面层涂料，其中，面层粘结剂与氧化锆粉的质量之比为1:3.8，该步骤的工作环境温度为20℃，该步骤的相对湿度为55％，面层涂料的粘度为23sec；

配制临面层涂料的具体过程为：

第2.21步，配制临面层粘结剂：

选择含有质量分数为30％氧化硅的硅溶胶溶液，加入与硅溶胶溶液等质量的蒸馏水，使得氧化硅的质量百分比降低到15％，然后在加入蒸馏水后的硅溶胶溶液中加入质量百分比为0.2％的正辛醇即制得临面层粘结剂；

第2.22步，配制临面层涂料：

在第2.21步制得的临面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌2h后即制成临面层涂料，其中，临面层粘结剂与氧化锆粉质量之比为1：3.2，该步骤的工作环境温度为20℃，该步骤的相对湿度为45％，临面层涂料的粘度为20sec；

配制加固层涂料的具体步骤为：

在硅溶胶溶液中加入莫来粉并搅拌2h后即制成加固层涂料，其中，硅溶胶溶液与莫来粉的质量之比为：1：2，该步骤的工作环境温度为20℃，该步骤的相对湿度为45％，加固层涂料的粘度为12sec；

配制背层涂料的具体步骤为：

在模数为3、密度为1.35g/cm³的硅酸钠溶液中加入莫来粉，莫来粉与硅酸钠溶液的质量之比为1:1，然后再加入质量百分比为0.1％的渗透剂JFC并搅拌2h，即为背层涂料；

配制背层硬化剂的具体步骤为：

将氯化铝加入到水中搅拌使之充分溶解、混合均匀，即制成背层硬化剂，其中氯化铝与水的质量之比为：1:1.8；

第3步具体步骤为：

第3步中制成型壳模型的具体过程为：

第3.1步，将第1步中制得的蜡模完全浸入第2步中制得的面层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为80目的氧化锆砂然后干燥6h制得一层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为55％；

第3.2步，将第3.1步制得的一层型壳模型完全浸入第2步制得的临面层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为60目的氧化锆砂然后干燥6h后制得二层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为45％；

第3.3步，将3.2步制得的二层型壳模型完全浸入第2步中制得的加固层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为30目的莫来砂然后干燥6h后制得三层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为45％；

第3.4步，将3.3步制得的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为16目的莫来砂然后初步干燥1h，将初步干燥后的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中10min进行硬化处理，然后再次干燥30min后制得四层型壳模型，经过三次上述相同处理后制得六层型壳模型；

第3.5步，将3.4步制得的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为10目的莫来粉然后初步干燥1h，将初步干燥后的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中10min进行硬化处理，然后再次干燥30min后制得最终的七层型壳模型；

第4步，由于蜡模为低温蜡料，因此选用热水脱蜡的方式对上述七层型壳模型进行脱蜡处理，具体步骤为：

在脱蜡水中加入质量百分比为4％的氯化铝，然后将第3步制得的型壳模型浸入温度为95℃的脱蜡水中进行15min的脱蜡处理，最后用热水冲洗经过脱蜡处理的型壳模型内腔；

第5步，将第4步中经过脱蜡处理的型壳模型在焙烧炉中进行焙烧，保持焙烧温度为920℃，保温0.5h后等到炉冷到100℃时出炉后即得型壳。

采用真空自耗电极凝壳炉将Ti-0.3Mo-0.8Ni钛合金熔炼后，在型壳中采用重力浇铸，凝固后得到所需铸件，其表面α污染层厚度≤100μm，外观呈金属银白色，表面粗糙度≤6.3μm，适合生产普通民用钛合金批量铸件。

本发明的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法采用的粘结剂材料有很好的抗水性，因此不会出现遇水回溶的情况，选择的脱蜡方法为操作简单、成本低廉、处理时间短的热水脱蜡，并且脱蜡后经过焙烧得到的型壳面层光滑，不会发生起皮、脱落、开裂、掉粉等现象，在焙烧过程中将型壳内含有的挥发物，如水分、皂化物、盐类等充分蒸发去除，凝胶体会龟裂成颗粒状，而颗粒之间又以吸附性连接，以至最后成为网状结构，这些网状结构使型壳生成大量孔眼而具有一定的强度和透气性，因此经过焙烧后制得的型壳内部孔隙较多并且退让性好，高温的钛液与型壳表面只能发生非常微弱的反应使得铸件表面污染层很薄，同时反应时产生高温的气体会从型壳内部孔隙中排出，不会影响钛合金充填，并且不会在铸件中形成气孔或冷隔等缺陷，因而使得浇铸出的钛合金铸件可以满足民用钛合金型材的需求。

实施例2

本发明提供的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，包括以下步骤：

第1步，在化蜡缸放入等质量的石蜡和硬脂酸，混合并保持加热温度为93℃直到溶解成蜡水，然后从化蜡缸中取出蜡水放入蜡糊搅拌机中并按质量比为1:2的比例的加入低温蜡屑进行搅拌，制成蜡膏，期间搅拌温度为63℃，然后将制成的蜡膏通过低温压蜡机压入铝模具中制成蜡模；

第2步，分别配制面层涂料、临面层涂料、加固层涂料、背层涂料以及背层硬化剂，

配制面层涂料的过程具体是：

第2.11步，先配制面层粘结剂：

按质量之比为100:0.4分别称取锆溶胶溶液和渗透剂JFC，并将渗透剂JFC用蒸馏水进行稀释，渗透剂JFC与蒸馏水的体积比为1:1；

再称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.3％的正戊醇，并将正戊醇用蒸馏水稀释，正戊醇与蒸馏水的体积比为1:1；

然后称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.25％的氨水，其中氨水的质量浓度为27％；

最后将稀释好的渗透剂JFC和正戊醇加入到锆溶胶溶液中，并且在加入过程中进行搅拌，最后将氨水加入上述溶液中搅拌后完成面层粘结剂配制；

第2.12步，配制面层涂料：

在2.11步中制得的面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌4h后制成面层涂料，其中，面层粘结剂与氧化锆粉的质量之比为1:4.3，该步骤的工作环境温度为23℃，该步骤的相对湿度为65％，面层涂料的粘度为30sec；

配制临面层涂料的具体过程为：

第2.21步，配制临面层粘结剂：

选择含有质量分数为27％氧化硅的硅溶胶溶液，加入硅溶胶溶液50％质量的蒸馏水，使得氧化硅的质量百分比降低到18％，然后在加入蒸馏水后的硅溶胶溶液中加入质量百分比为0.3％的正戊醇即制得临面层粘结剂；

第2.22步，配制临面层涂料：

在第2.21步制得的临面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌4h后即制成临面层涂料，其中，临面层粘结剂与氧化锆粉质量之比为1：3，该步骤的工作环境温度为23℃，该步骤的相对湿度为50％，临面层涂料的粘度为18sec；

配制加固层涂料的具体步骤为：

在硅溶胶溶液中加入莫来粉并搅拌4h后即制成加固层涂料，其中，硅溶胶溶液与莫来粉的质量之比为：1：1.7，该步骤的工作环境温度为23℃，该步骤的相对湿度为50％，加固层涂料的粘度为10sec；

配制背层涂料的具体步骤为：

在模数为3.2、密度为1.37g/cm³的硅酸钠溶液中加入莫来粉，莫来粉与硅酸钠溶液的质量之比为1:1.1，然后再加入质量百分比为0.15％的渗透剂JFC并搅拌4h，即为背层涂料；

配制背层硬化剂的具体步骤为：

将氯化铝加入到水中搅拌使之充分溶解、混合均匀，即制成背层硬化剂，其中氯化铝与水的质量之比为：1:1.9；

第3步的具体步骤为：

第3步中制成型壳模型的具体过程为：

第3.1步，将第1步中制得的蜡模完全浸入第2步中制得的面层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为90目的氧化锆砂然后干燥8h制得一层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为65％；

第3.2步，将第3.1步制得的一层型壳模型完全浸入第2步制得的临面层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为70目的氧化锆砂然后干燥7h后制得二层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为50％；

第3.3步，将3.2步制得的二层型壳模型完全浸入第2步中制得的加固层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为45目的莫来砂然后干燥7h后制得三层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为50％；

第3.4步，将3.3步制得的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为23目的莫来砂然后初步干燥1.5h，将初步干燥后的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中13min进行硬化处理，然后再次干燥38min后制得四层型壳模型，经过三次上述相同处理后制得六层型壳模型；

第3.5步，将3.4步制得的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为15目的莫来粉然后初步干燥1.5h，将初步干燥后的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中13min进行硬化处理，然后再次干燥38min后制得七层型壳模型，经过四次上述相同处理后制得最终的十层型壳模型；

第4步，由于蜡模为低温蜡料，因此选用热水脱蜡的方式对上述十层型壳模型进行脱蜡处理，具体步骤为：

在脱蜡水中加入质量百分比为5％的氯化铝，然后将第3步制得的型壳模型浸入温度为98℃的脱蜡水中进行17min的脱蜡处理，最后用热水冲洗经过脱蜡处理的型壳模型内腔；

第5步，将第4步中经过脱蜡处理的型壳模型在焙烧炉中进行焙烧，保持焙烧温度为940℃，保温1h后等到炉冷到200℃时出炉后即得型壳。

采用真空自耗电极凝壳炉将工业纯钛熔炼后，在型壳中采用重力浇铸，凝固后得到所需铸件，其表面α污染层厚度≤100μm，外观呈金属银白色，表面粗糙度≤6.3μm，适合生产普通民用钛合金批量铸件。

实施例3

本发明提供的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，包括以下步骤：

第1步，在化蜡缸中放入中温蜡料并保持加热温度为98℃直到溶解成蜡水，然后将蜡水倒入储蜡缸中，将储蜡缸放入保温箱中保持保温温度为65℃进行保存，使用时将储蜡缸放入中温压蜡机压入模具中制成蜡模；

第2步，分别配制面层涂料、临面层涂料、加固层涂料、背层涂料以及背层硬化剂，

配制面层涂料的具体过程为：

第2.11步，先配制面层粘结剂：

按质量之比为100:0.5分别称取锆溶胶溶液和乳化剂OP，并将乳化剂OP用蒸馏水进行稀释，乳化剂OP与蒸馏水的体积比为1:1；

再称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.4％的异丙醇，并将异丙醇用蒸馏水稀释，异丙醇与蒸馏水的体积比为1:1；

然后称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.3％的氨水，其中氨水的质量浓度为28％；

最后将稀释好的乳化剂OP和异丙醇加入到锆溶胶溶液中，并且在加入过程中进行搅拌，最后将氨水加入上述溶液中搅拌后完成面层粘结剂配制；

第2.12步，配制面层涂料：

在2.11步中制得的面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌6h后制成面层涂料，其中，面层粘结剂与氧化锆粉的质量之比为1:4.8，该步骤的工作环境温度为25℃，该步骤的相对湿度为70％，面层涂料的粘度为37sec；

配制临面层涂料的具体过程为：

第2.21步，配制临面层粘结剂：

选择含有质量百分比为35％氧化硅的硅溶胶溶液，然后加入硅溶胶溶液质量的75％的蒸馏水，使得氧化硅的质量百分比降低到20％，然后在加入蒸馏水后的硅溶胶溶液中加入质量百分比为0.4％的异丙醇即制得临面层粘结剂；

第2.22步，配制临面层涂料：

在第2.21步制得的临面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌6h后即制成临面层涂料，其中，临面层粘结剂与氧化锆粉质量之比为1：2.8，该步骤的工作环境温度为25℃，该步骤的相对湿度为55％，临面层涂料的粘度为15sec；

配制加固层涂料的具体步骤为：

在硅溶胶溶液中加入莫来粉并搅拌6h后即制成加固层涂料，其中，硅溶胶溶液与莫来粉的质量之比为：1：1.5，该步骤的工作环境温度为25℃，该步骤的相对湿度为55％，加固层涂料的粘度为8sec；

配制背层涂料的具体步骤为：

在模数为3.4、密度为1.38g/cm³的硅酸钠溶液中加入莫来粉，莫来粉与硅酸钠溶液的质量之比为1:1.2，然后再加入质量百分比为0.2％的渗透剂JFC并搅拌6h，即为背层涂料；

配制背层硬化剂的具体步骤为：

将氯化铝加入到水中搅拌使之充分溶解、混合均匀，即制成背层硬化剂，其中氯化铝与水的质量之比为：1:2.1；

第3步的具体步骤为：

第3.1步，将第1步中制得的蜡模完全浸入第2步中制得的面层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为100目的氧化锆砂然后干燥10h制得一层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为70％；

第3.2步，将第3.1步制得的一层型壳模型完全浸入第2步制得的临面层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为80目的氧化锆砂然后干燥8h后制得二层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为55％；

第3.3步，将3.2步制得的二层型壳模型完全浸入第2步中制得的加固层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为60目的莫来砂然后干燥8h后制得三层型壳模型，其中该步骤的相对湿度为55％；

第3.4步，将3.3步制得的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为30目的莫来砂然后初步干燥2h，将初步干燥后的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中15min进行硬化处理，然后再次干燥45min后制得四层型壳模型，经过三次上述相同处理后制得六层型壳模型；

第3.5步，将3.4步制得的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上平均粒径为20目的莫来粉然后初步干燥2h，将初步干燥后的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中15min进行硬化处理，然后再次干燥45min后制得七层型壳模型，经过九次上述相同处理后制得最终的十五层型壳模型；

第4步，由于蜡模为中温蜡料，因此选用蒸汽脱蜡的方式对型壳模型进行12min的脱蜡处理，其中釜压力为0.6MPa；

第5步，将第4步中经过脱蜡处理的型壳模型在焙烧炉中进行焙烧，保持焙烧温度为960℃，保温2h后等到炉冷到300℃时出炉后即得型壳。

在实际生产过程中，根据型壳大小以及浇铸方式的不同，型壳模型浸入背层涂料及进行硬化的次数可以相应选择，以保证浇铸过程中的型壳强度。

采用真空自耗电极凝壳炉将Ti-6Al-4V钛合金熔炼后，在型壳内采用离心浇铸，钛合金溶液凝固后得到所需钛合金铸件，其中，钛合金铸件最小局部壁厚为0.8mm，表面α污染层厚度≤100μm，外观呈金属银白色，表面粗糙度≤3.2μm，适合生产壁厚≤1mm的普通航空钛合金铸件和高端民用钛合金铸件。

Claims (8)

1.钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第1步，进行蜡模压制；

第2步，分别配制面层涂料、临面层涂料、加固层涂料、背层涂料以及背层硬化剂；

配制所述加固层涂料的具体步骤为：

在硅溶胶溶液中加入莫来粉并搅拌后即制成加固层涂料，其中，硅溶胶溶液与莫来粉的质量之比为1：1.5~2，搅拌时间为2h~6h，该步骤的工作环境温度为20℃~25℃，该步骤的相对湿度为45%~55%，加固层涂料的粘度为8sec~12sec；

配制所述背层涂料的具体步骤为：

在模数为3~3.4、密度为1.35~1.38g/cm3的硅酸钠溶液中加入莫来粉，莫来粉与硅酸钠溶液的质量之比为1:1~1.2，然后再加入质量百分比为0.1%~0.2%的润湿剂并搅拌2h~6h，即为背层涂料；

配制所述背层硬化剂的具体步骤为：

将氯化铝加入到水中搅拌使之充分溶解、混合均匀，即制成背层硬化剂，其中氯化铝与水的质量之比为：1:1.8~2.1；

第3步，将第1步中制成的蜡模依次浸入第2步制得的面层涂料、临面层涂料、加固层涂料、背层涂料以及背层硬化剂中，制成型壳模型，具体过程为：

第3.1步，将第1步中制得的蜡模完全浸入第2步中制得的面层涂料后提出，在其表面均匀撒上氧化锆砂然后进行干燥处理制得一层型壳模型，所述氧化锆砂的平均粒径为80目~100目，干燥时间为6h~10h，该步骤的相对湿度为55%~70%；

第3.2步，将第3.1步制得的一层型壳模型完全浸入第2步制得的临面层涂料后提出，在其表面均匀撒上氧化锆砂然后进行干燥处理制得二层型壳模型，所述氧化锆砂的平均粒径为60目~80目，干燥时间为6h~8h，该步骤的相对湿度为45%~55%；

第3.3步，将3.2步制得的二层型壳模型完全浸入第2步中制得的加固层涂料后提出，在其表面均匀撒上莫来砂然后进行干燥处理制得三层型壳模型，所述莫来砂的平均粒径为30目~60目，干燥时间为6h~8h，该步骤的相对湿度为45%~55%；

第3.4步，将3.3步制得的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上莫来砂然后进行初步干燥处理，将初步干燥处理后的三层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中进行硬化处理后提出，然后进行再次干燥处理后制得四层型壳模型，其中，所述莫来砂的平均粒径为16目~30目，该步骤的初步干燥时间为1h~2h，硬化时间为10min~15min，再次干燥时间为30min~45min，经过三次上述相同处理后制得六层型壳模型；

第3.5步，将3.4步制得的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层涂料后提出，在其表面均匀撒上莫来粉然后进行初步干燥处理，将初步干燥处理后的六层型壳模型完全浸入第2步中制得的背层硬化剂中进行硬化处理后提出，然后进行再次干燥处理后制得七层型壳模型，其中，所述莫来粉的平均粒径为10目~20目，该步骤的初步干燥时间为1h~2h，硬化时间为10min~15min，再次干燥时间为30min~45min，经过1~9次上述相同处理后对应制得七层型壳模型至十五层型壳模型；

第4步，对第3步中制成的型壳模型进行蒸汽脱蜡或者热水脱蜡处理；

第5步，将第4步中经过脱蜡处理的型壳模型在焙烧炉中进行焙烧，出炉后即得型壳。

2.如权利要求1所述的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，其特征在于，所述第1步中蜡模压制过程中使用低温蜡料压制蜡模或中温蜡料压制蜡模，

所述低温蜡料压制蜡模的具体步骤为：在化蜡缸放入等质量的石蜡和硬脂酸，混合加热直到溶解成蜡水，然后从化蜡缸中取出蜡水放入蜡糊搅拌机中，加入蜡屑进行搅拌，制成蜡膏，再将制成的蜡膏通过低温压蜡机压入模具中制成蜡模，其中，化蜡缸中的加热的温度为90℃~95℃，蜡水与蜡屑的质量之比为1:1.5~2.5，蜡糊搅拌机的搅拌温度为60℃~65℃；

所述中温蜡料压制蜡模的具体步骤为：在化蜡缸中放入中温蜡料加热直到溶解成蜡水，然后将蜡水倒入储蜡缸中，将储蜡缸放入保温箱中保存，使用时将储蜡缸放入中温压蜡机压入模具中制成蜡模，其中，化蜡缸中的加热温度为95℃~98℃，保温箱中的保温温度为55℃~65℃。

3.如权利要求1所述的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，其特征在于，所述第2步中配制面层涂料的具体步骤为：

第2.11步，配制面层粘结剂：

按质量之比为100:0.3~0.5分别称取锆溶胶溶液和润湿剂，并将润湿剂用蒸馏水进行稀释，所述润湿剂与蒸馏水的体积比为1:1；

再称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.2%~0.4%的消泡剂，并将消泡剂用蒸馏水进行稀释，所述消泡剂与蒸馏水的体积比为1:1；

然后称取质量为上述锆溶胶溶液质量0.2%~0.3%的氨水，所述氨水的质量浓度为25%~28%；

将上述稀释好的润湿剂和消泡剂加入到锆溶胶溶液中，并且在加入过程中进行搅拌，最后将氨水加入上述溶液中搅拌后完成面层粘结剂配制；

第2.12步，配制面层涂料：

在2.11步中制得的面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌后制成面层涂料，其中，面层粘结剂与氧化锆粉的质量之比为1:3.8~4.8，搅拌时间为2h~6h，该步骤的工作环境温度为20℃~25℃，该步骤的相对湿度为55%~70%，面层涂料的粘度为23sec~37sec。

4.如权利要求3所述的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，其特征在于，所述润湿剂为渗透剂JFC或者乳化剂OP。

5.如权利要求1所述的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，其特征在于，所述第2步中配制临面层涂料的具体步骤为：

第2.21步，配制临面层粘结剂：

选择硅溶胶溶液，根据公式G_水=G_胶×A÷B-G_胶在硅溶胶溶液中加入对应质量的蒸馏水，使得氧化硅的质量百分比降低到15%~20%，然后在加入蒸馏水后的硅溶胶溶液中加入质量百分比为0.2%~0.4%的消泡剂即制得临面层粘结剂，上式中，A为硅溶胶溶液中氧化硅的质量百分比，B为加入蒸馏水后硅溶胶溶液中氧化硅的质量百分比，G_胶为原硅溶胶溶液的质量，G_水为需要加入的蒸馏水的质量；

第2.22步，配制临面层涂料：

在第2.21步制得的临面层粘结剂中加入氧化锆粉并搅拌后即制成临面层涂料，其中，临面层粘结剂与氧化锆粉质量之比为1：2.8~3.2，搅拌时间为2h~6h，该步骤的工作环境温度为20℃~25℃，该步骤的相对湿度为45%~55%，临面层涂料的粘度为15sec~20sec。

6.如权利要求3或5所述的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为正辛醇、正戊醇或者异丙醇的其中一种。

7.如权利要求1所述的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，其特征在于，所述第4步中蒸汽脱蜡的釜压力为0.4MPa~0.7MPa，脱蜡时间为8min~12min；

所述第4步中热水脱蜡的具体步骤为：在脱蜡水中加入质量百分比为4%~6%的氯化铝，然后将第3步制得的型壳模型浸入脱蜡水中进行脱蜡处理，脱蜡水温度为95℃~98℃，脱蜡时间为15min~20min，然后用热水冲洗经过脱蜡处理后的型壳模型内腔。

8.如权利要求1所述的钛合金精密铸造用氧化物陶瓷复合型壳的制备方法，其特征在于，所述第5步中焙烧具体过程为：保持焙烧温度为920℃~960℃，并保温0.5h~2h，最后炉冷到100℃~300℃出炉即得型壳。