CN106513578A - 一种熔模铸造Nb‑Si基合金用的型壳制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了熔模铸造Nb‑Si基合金用的型壳制备方法，首先采用氧化钇作为耐火材料制备型壳面层和过渡层，然后制备型壳背层；最后脱蜡和焙烧。本发明所制的氧化钇模壳表面质量好，强度高，不易与Nb‑Si基合金发生反应，沾污层厚度小，而且制壳周期短，原材料来源广泛，成本较低，可以用于指导生产实践。

Description

一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法
技术领域
本发明属于高温高活性金属的精密铸造领域，具体涉及一种熔模铸造Nb-Si基合金的氧化物陶瓷型壳的制备方法。
背景技术
目前常用的镍基高温合金的工作温度已达到1150℃，是其熔点的85％，很难再有突破，对于需要有更高工作温度的部件，必须开发新型的高温结构材料。Nb-Si基合金具有熔点高、密度小及较高的高温强度等特点，有望作为在1200～1400℃温度下工作部件的候选材料。
但是Nb-Si基合金室温塑性差，高温下强度急剧下降，加工性能差等缺点限制了Nb-Si基合金的推广和应用，尤其对于形状复杂部件加工更困难。由于Nb-Si基合金熔点将近2000℃，高温下几乎与所有的耐火材料反应，常用的型壳制备方法无法满足熔模铸造Nb-Si基合金。
发明内容
本发明的目的是一种熔模铸造Nb-Si基合金的氧化物陶瓷型壳的制备方法，解决解决铸造Nb-Si基合金部件时对型壳反应严重问题。
本发明的技术方案为：一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、制备型壳面层和过渡层，具体如下：
a、面层：在粘结剂中连续的加入粉状耐火材料，粉液比控制在2.6:1～3.4:1，配制成流杯粘度为30～35s的面层浆料；将上述浆料均匀的涂挂在清洗好的蜡膜上，洒上一定量的电熔后的耐火材料；
b、过渡层：待面层充分干燥硬化后，重复上述配料和撒砂过程制备过渡层，过渡层的粉液比控制在1.5:1～2.2:1，流杯粘度18～22s；
步骤二、制备型壳背层
在粘结剂中连续的加入粉状耐火材料，粉液比控制在1.3:1～2.1:1，流杯粘度12～16s，每涂一层背层后洒上60～100目的电熔后的耐火材料；涂挂下一层之前，先吹去上一层干燥硬化后的浮砂，最后一层只上涂料，不撒砂，干燥时间10h；
步骤三、脱蜡；
步骤四、焙烧。
有益效果：本发明所制的模壳表面质量好，强度高，不易与Nb-Si基合金发生反应，沾污层厚度小，而且制壳周期短，原材料来源广泛，成本较低，可以用于指导生产实践。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
一种熔模铸造Nb-Si基合金用低成本、稳定性好的型壳制备方法，其特征在于，步骤如下：
1)制备型壳面层和过渡层：
面层：在粘结剂中连续的加入200～400目的粉状耐火材料，粉液比(重量)控制在2.6:1～3.4:1，边搅拌边加入润湿剂和消泡剂，配制成流杯粘度为30～35s的面层浆料。将上述浆料均匀的涂挂在清洗好的蜡膜上，直到蜡膜上的涂料既不成堆又不流淌为止，采用雨淋方式洒上60～100目的电熔后的耐火材料，不断翻动蜡膜确保撒砂均匀。面层干燥时间24～40h，湿度55～70％，温度22～24℃。所述耐火材料为Y2O3粉。
过渡层：待面层充分干燥硬化后，重复上述配料和撒砂过程制备过渡层，过渡层的粉液比控制在1.5:1～2.2:1，流杯粘度18～22s。
面层和过渡层的粘结剂为钇溶胶或二醋酸锆，润湿剂为JFC、EA或OP-10中的一种，润湿剂加入量占粘结剂质量分数的0.1～0.3％,消泡剂为正辛醇、正戊醇、异丙醇中的一种，加入量占粘结剂质量分数的0.05～0.1％。
2)制备型壳背层
背层涂料的配置及撒砂过程与面层基本相同，背层耐火材料采用一般的耐火材料即可，可以为电容刚玉、铝矾土、锆英砂中的一种或两种，粘结剂为硅溶胶或硅酸乙酯，粉液比控制在1.3:1～2.1:1，流杯粘度12～16s，背层干燥时间12～20h，湿度30～45％，温度22～24℃，涂挂层数为6～13层，每涂一层后采用雨淋方式洒上60～100目的电熔后的耐火材料，不断翻动蜡膜确保撒砂均匀；涂挂下一层之前，先吹去上一层干燥硬化后的浮砂，可以采用6～8m/s的风速减少背层的干燥硬化时间。最后一层只上涂料，不撒砂，干燥时间10h。
3)脱蜡：脱蜡可以选用热水脱蜡、蒸汽脱蜡或电热脱蜡，脱蜡时，将型壳从制壳间装到脱蜡釜装载车上，立即进行脱蜡，整个型壳的脱蜡时间应在6～10min内完成。
4)焙烧：脱蜡后的型壳在室温放置1～2h再放入焙烧炉中烧结，焙烧温度为从室阶梯式升温到1000～1200℃，保温时间为3～5h，随炉冷却至300～400℃。
实施例1
1)将325目的Y2O3与钇溶胶按粉液比(重量比)2.8:1配制面层涂料，边搅拌边加入润湿剂JFC和消泡剂正辛醇，分别占钇溶胶的0.3％和0.05％，搅拌12小时，用涂-4粘度计控制涂料粘度为35s。涂挂之前，先将蜡模浸泡在1％的JFC水溶液中，充分去除表面的油渍，取出晾干后再涂挂涂料。将蜡膜浸蘸入上述涂料中，不断翻动蜡膜，保证蜡膜均匀涂挂，待蜡膜上无多余料浆时，快速均匀的撒上100目的电熔Y2O3，在湿度60％，温度22℃的环境下干燥24小时。然后进行过渡层涂挂，过渡层浆料的粉液比为1.8:1，粘度20s，其它工艺过程与面层相同。第3层采用320目Al2O3与硅溶胶按粉液比2.0:1配制成粘度18s的浆料，撒60目的电熔Al2O3，在湿度40％，温度22℃，风速7m/s的环境下干燥24小时。4层以后选用粘度15s的铝矾土浆料，由320目的铝矾土粉和硅溶胶配制而成，撒砂材料为45目的铝矾土砂，涂挂6层，每层都在湿度30％，温度22℃，风速7m/s的环境下干燥12小时，最后一层封浆涂料及干燥环境和时间与背层涂料一样。
2)脱蜡方式为电热脱蜡，脱蜡温度260℃，脱蜡时间10分钟。脱蜡后的型壳要进行焙烧，由于脱蜡时已达到260℃，所以型壳随炉升到500℃，保温2h，之后缓慢升到1200℃，保温4h，炉冷到350℃，出炉浇注。
扫描电镜观察实例1制备的模壳的微观形貌，整体分布比较均匀，没有出现堆积现象。将上述模壳放入真空感应熔炼炉内，Nb-16Si-22Ti-2Hf-2Al-2Cr合金熔炼温度将近1900℃，分析型壳与合金反应层的硬度分布及元素分布，沾污层的厚度小于60μm,说明这种模壳适合铸造Nb-Si基合金。
实施例2
1)将325目的Y2O3与二醋酸锆按粉液比3.2:1配制面层涂料，边搅拌边加入润湿剂JFC和消泡剂正辛醇，分别占钇溶胶的0.3％和0.05％，搅拌12小时，用涂-4粘度计控制涂料粘度为35s。涂挂之前，先将蜡模浸泡在1％的JFC水溶液中，充分去除表面的油渍，取出晾干后再涂挂涂料。将蜡膜浸蘸入上述涂料中，不断翻动蜡膜，保证蜡膜均匀涂挂，待蜡膜上无多余料浆时，快速均匀的撒上100目的电熔Y2O3，在湿度60％，温度22℃的环境下干燥24小时。然后进行过渡层涂挂，过渡层浆料的粉液比为2:1，粘度20s，其它工艺过程与面层相同。第3层采用320目Al2O3与硅溶胶按粉液比2.0:1配制成粘度18s的浆料，撒60目的电熔Al2O3，在湿度40％，温度22℃，风速7m/s的环境下干燥24小时。4层以后选用粘度15s的铝矾土浆料，由320目的铝矾土粉和硅溶胶配制而成，撒砂材料为45目的铝矾土砂，涂挂6层，每层都在湿度30％，温度22℃，风速7m/s的环境下干燥12小时，最后一层封浆涂料及干燥环境和时间与背层涂料一样。
2)脱蜡方式为电热脱蜡，脱蜡温度260℃，脱蜡时间10分钟。脱蜡后的型壳要进行焙烧，由于脱蜡时已达到260℃，所以型壳随炉升到500℃，保温2h，之后缓慢升到1200℃，保温4h，炉冷到350℃，出炉浇注。
用扫描电镜观察实例2制备的模壳的微观形貌，整体分布比较均匀，没有出现堆积现象，比实例1的模壳更加致密。将上述模壳放入真空感应熔炼炉内，Nb-16Si-22Ti-2Hf-2Al-2Cr合金熔炼温度将近1900℃，分析型壳与合金反应层的硬度分布及元素分布，沾污层的厚度小于50μm,说明这种模壳适合铸造Nb-Si基合金。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、制备型壳面层和过渡层，具体如下：
a、面层：在粘结剂中连续的加入粉状耐火材料，粉液比控制在2.6:1～3.4:1，配制成流杯粘度为30～35s的面层浆料；将上述浆料均匀的涂挂在清洗好的蜡膜上，洒上一定量的电熔后的耐火材料；
b、过渡层：待面层充分干燥硬化后，重复上述配料和撒砂过程制备过渡层，过渡层的粉液比控制在1.5:1～2.2:1，流杯粘度18～22s；
步骤二、制备型壳背层
在粘结剂中连续的加入粉状耐火材料，粉液比控制在1.3:1～2.1:1，流杯粘度12～16s，每涂一层背层后洒上60～100目的电熔后的耐火材料；涂挂下一层之前，先吹去上一层干燥硬化后的浮砂，最后一层只上涂料，不撒砂，干燥时间10h；
步骤三、脱蜡；
步骤四、焙烧。
2.根据权利要求1所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：型壳面层和过渡层采用的耐火材料为Y2O3粉。
3.根据权利要求2所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：步骤一中，制备面层时，在粘结剂中连续的加入200～400目的粉状耐火材料；采用雨淋方式洒上60～100目的电熔后的耐火材料。
4.根据权利要求1所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：面层干燥时间24～40h，湿度55～70％，温度22～24℃。
5.根据权利要求1所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：面层和过渡层的粘结剂为钇溶胶或二醋酸锆，润湿剂为JFC、EA或OP-10中的一种，润湿剂加入量占粘结剂质量分数的0.1～0.3％,消泡剂为正辛醇、正戊醇、异丙醇中的一种，加入量占粘结剂质量分数的0.05～0.1％。
6.根据权利要求2所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：背层耐火材料为电容刚玉、铝矾土、锆英砂中的一种或两种，粘结剂为硅溶胶或硅酸乙酯。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：背层干燥时间12～20h，湿度30～45％，温度22～24℃，涂挂层数为6～13层，
8.根据权利要求1～6任一项所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：步骤二中，可以采用6～8m/s的风速减少背层的干燥硬化时间。
9.根据权利要求8所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：步骤三中，脱蜡可以选用热水脱蜡、蒸汽脱蜡或电热脱蜡，脱蜡时，将型壳从制壳间装到脱蜡釜装载车上，立即进行脱蜡，整个型壳的脱蜡时间应在6～10min内完成。
10.根据权利要求9所述的一种熔模铸造Nb-Si基合金用的型壳制备方法，其特征在于：步骤四中，脱蜡后的型壳在室温放置1～2h再放入焙烧炉中烧结，焙烧温度为从室阶梯式升温到1000～1200℃，保温时间为3～5h，随炉冷却至300～400℃。
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