CN104923721A - 一种钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法 - Google Patents

一种钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法 Download PDF

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杨武强
邵冲
朱小平
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Abstract

本发明公布的一种钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，包括通过面层耐火材料的预处理得到一定粗细粉配比的电熔氧化钇粉末，用有机酸、惰性有机溶剂和醋酸锆配制复合粘结剂，最后配制面层涂料。本发明的钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，降低了氧化钇粉的比表面积，使用有机酸可与氧化钇生成钇盐的氢氧化物，既减弱氧化钇水化作用，又起高温粘结剂的作用；定时调整粘度与减少挥发，保持涂料的稳定。本发明制得的面层涂料性能稳定，可延长到20天，并且涂料温度为20±5℃，因而在普通的恒温恒湿环境中进行制备和保存即可，简化了涂料配制和保存的工艺控制。

Description

一种钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法
技术领域
本发明属于合金熔模精密铸造技术领域，具体涉及钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法。
背景技术
钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、生物相容性好等一系列优异的性能，被广泛应用于航空航天、远洋运输、能源、化工、医疗卫生等行业。钛合金熔模精密铸造是一种近净成形工艺，与传统机械加工相比，可大幅度降低生产成本并缩短制造工期。但是钛是高化学活性金属，在熔融状态下几乎会与所有已知的耐火材料发生反应。这就需要钛合金铸造用的耐火材料及粘结剂具有非常高的化学稳定性，以减弱钛液与型壳发生化学反应、降低表面污染层。所以熔模型壳的制备工艺是钛合金精密铸造的最大难点，而关键环节在于型壳面层的制备。
目前，氧化钇是钛合金熔模精密铸造常用的型壳面层耐火材料，制得的型壳面层化学稳定性高，界面化学反应程度小，浇注出的铸件质量较好，但仍存在许多不足，氧化钇容易因水化作用发生胶凝造成面层涂料失效，涂料稳定时间一般只有5天，并且涂料温度必须保持在低于10℃的低温，增加了工艺控制的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，解决氧化钇作为型壳面层耐火材料时容易因水化作用发生胶凝，面层涂料寿命短，制备工艺控制复杂的问题。
本发明采用的技术方案是：一种钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，包括如下过程：
一、面层耐火材料的预处理：电熔氧化钇粉末经过化学或物理方法分别得到粗粉（250～325目之间）和细粉（细于325目），按粗粉和细粉重量比为3:1.5～2.5配制得到面层耐火材料粉末备用；
二、配制复合粘结剂：将有机多羧基饱和酸和蒸馏水按质量比1:1配制成50%的酸溶液，然后与醋酸锆粘结剂按质量比1:1～1.5的比例进行混合，搅拌均匀后加入与混合溶液相等体积的惰性有机溶剂，搅拌10～20分钟即得复合粘结剂；
三、配制面层涂料：向每公斤步骤二配制得到的复合粘结剂中加入0.5～1.5mL的润湿剂和0.8～1.2mL的消泡剂，然后再加入2～4kg的步骤一预处理得的氧化钇粉搅拌混合2～5h，即得面层涂料，涂料温度控制在20±5℃，涂料粘度控制在30～60s（4号粘度杯测定），每隔12h测定一次涂料粘度，通过添加惰性有机溶剂调整涂料粘度，不进行模组涂挂时，料浆机继续搅拌并盖上涂料桶上盖。
上述步骤二中的有机多羧基饱和酸为醋酸、丙酸、柠檬酸、顺丁烯二酸等的其中一种。
上述步骤二、步骤三中的惰性有机溶剂为丙酮、乙醇、丁醇等的其中一种。
上述步骤三中的润湿剂为渗透剂JFC、乳化剂OP或气溶胶OT的其中一种。
上述步骤三中的消泡剂为正辛醇、异丙醇或正戊醇的其中一种。
本发明的钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，通过耐火材料预处理，降低氧化钇粉的比表面积，有效减弱其水化作用；配制的复合粘结剂中的有机酸在常温下溶解于有机溶剂中，并能与氧化钇反应生成一种可溶于有机溶剂中并可转化为氢氧化物的钇盐，在通常条件下即可减弱氧化钇水化作用使涂料保持稳定，而钇盐生成的氢氧化物在焙烧时脱水，生成氧化钇成了高温粘结剂，因此又增加了涂料粘结效果和生成的型壳强度；定时调整粘度与减少挥发，从而保持涂料的稳定。本发明制得的面层涂料性能稳定，可延长到20天，并且涂料温度为20℃左右，因而在普通的恒温恒湿环境中进行制备和保存即可，简化了涂料配制和保存的工艺控制。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例一
本实施例的钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备步骤如下所述：
一、面层耐火材料的预处理：电熔氧化钇粉末经过250目和325目的筛子筛分，得到粗粉（250～325目之间）和细粉（细于325目），按粗粉和细粉重量比为3:2配制，得到面层耐火材料粉末；
二、配制复合粘结剂：将纯醋酸和蒸馏水按质量比1:1配制成50%的醋酸溶液，然后与醋酸锆粘结剂按质量比1:1的比例进行混合，搅拌均匀后加入与混合溶液相等体积的无水乙醇，搅拌20分钟即得复合粘结剂；
三、配制面层涂料：向每公斤步骤二配制得到的复合粘结剂中加入1mL的气溶胶OT和0.8mL的正辛醇，然后再加入2.5kg的步骤一预处理得的氧化钇粉搅拌混合3h，即得面层涂料，涂料温度控制在20±5℃，涂料粘度控制在30s（4号粘度杯测定），每隔12h测定一次涂料粘度，通过添加无水乙醇调整涂料粘度，不进行模组涂挂时，料浆机继续搅拌并盖上涂料桶上盖。
由本发明制备的面层涂料，涂挂性好，性质稳定，采用传统方法进行涂挂，制备钛合金熔模精密铸造的型壳面层，最终浇注的Ti-6Al-4V钛合金铸件表面α污染层厚度≤0.06mm，铸件外观呈银白色金属光泽，表面光洁，合金性能良好。
实施例二
实施例二与实施例一基本相同，不同之处是在所述的耐火材料预处理过程中，粗粉和细粉比例为3:2.5；所述的配制复合粘结剂过程中，所用有机酸为柠檬酸，酸溶液与醋酸锆质量比为1:1，搅拌15分钟；所述的配制面层涂料过程中，每公斤粘结剂加入1.5mL的气溶胶OT和1.2mL的正辛醇，然后再加入3kg氧化钇粉，搅拌4h制备得面层涂料。

Claims (5)

1.在种钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
一、面层耐火材料的预处理：电熔氧化钇粉末经过化学或物理方法分别得到粗粉（250～325目之间）和细粉（细于325目），按粗粉和细粉重量比为3:1.5～2.5配制得到面层耐火材料粉末备用；
二、配制复合粘结剂：将有机多羧基饱和酸和蒸馏水按质量比1:1配制成50%的酸溶液，然后与醋酸锆粘结剂按质量比1:1～1.5的比例进行混合，搅拌均匀后加入与混合溶液相等体积的惰性有机溶剂，搅拌10～20分钟即得复合粘结剂；
三、配制面层涂料：向每公斤步骤二配制得到的复合粘结剂中加入0.5～1.5mL的润湿剂和0.8～1.2mL的消泡剂，然后再加入2～4kg的步骤一预处理得的氧化钇粉搅拌混合2～5h，即得面层涂料，涂料温度控制在20±5℃，涂料粘度控制在30～60s（4号粘度杯测定），每隔12h测定一次涂料粘度，通过添加惰性有机溶剂调整涂料粘度，不进行模组涂挂时，料浆机继续搅拌并盖上涂料桶上盖。
2.根据权利要求1所述的钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，其特征在于，所述的面层耐火材料的预处理，是将电熔氧化钇粉末经过化学或物理方法分别得到粗粉（250～325目之间）和细粉（细于325目），按粗粉和细粉重量比为3:1.5～2.5配制得到面层耐火材料粉末。
3.根据权利要求1所述的钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，其特征在于，所述的配制复合粘结剂过程中，有机多羧基饱和酸为醋酸、丙酸、柠檬酸、顺丁烯二酸等的其中一种。
4.根据权利要求1所述的钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，其特征在于，所述的配制复合粘结剂和配制面层涂料过程中，惰性有机溶剂为丙酮、乙醇、丁醇等的其中一种。
5.根据权利要求1所述的钛合金熔模精密铸造用型壳面层涂料的制备方法，其特征在于，所述的配制面层涂料过程中，涂料温度控制在20±5℃，涂料粘度控制在30～60s（4号粘度杯测定），每隔12h测定一次涂料粘度，通过添加惰性有机溶剂调整涂料粘度，不进行模组涂挂时，料浆机继续搅拌并盖上涂料桶上盖。
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