CN108044042A - 一种钛及钛合金铸造用石墨基型芯及其制备方法 - Google Patents

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肖强伟
纪志军
贾志伟
赵瑞斌
南海
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Abstract

本发明是一种钛及钛合金铸造用石墨基型芯及其制备方法，该方法是采用与钛合金液态金属惰性良好的人造石墨作为基材，表面涂挂Y2O3涂层经高温烧制而成。本发明是基于人造石墨材料的优良性能结合石墨表面涂层技术制备出了一种适用于钛合金铸造用的石墨基型芯。该型芯原材料来源广，成本低，制作工艺简单，无需要模具制备，生产周期短，型芯成品率高,尺寸精度高。本发明对于制中大尺寸型芯较传统的制作方法更具有优势，制备出的型芯可以满足钛及钛合金铸造使用要求。采用该专利生产的铸件尺寸精度高，表面粗糙度可达到6.3以上。

Description

一种钛及钛合金铸造用石墨基型芯及其制备方法
技术领域
本发明是一种钛及钛合金铸造用石墨基型芯及其制备方法，属于钛及钛合金铸造技术领域。
背景技术
随着航空、航天、舰船、兵器、石油化工等领域的飞速发展，对于复杂型腔的钛及钛合金铸件需求也越来越多。目前，钛合金铸件复杂型腔主要是通过Y2O3或ZrO2陶瓷型芯的方法来成型，但型芯制备工艺较为复杂，成本高昂，制备周期长。而采用人造石墨直接加工的石墨型芯由于石墨材料自身激冷快，表面粗超度等特点浇注成型的铸件表面质量流痕、裂纹等问题非常突出，甚至导致铸件直接报废，因此普通的石墨型芯难以直接作为型芯来使用。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了了一种钛及钛合金铸造用石墨基型芯及其制备方法，该方法是采用与钛合金液态金属液惰性良好的人造石墨作为基材，表面涂挂Y2O3涂层经高温烧制而成，该技术方案结合了石墨材料的优点，同时又改良了石墨型芯表面激冷问题，制备出的型芯强度高，尺寸精度高，表面质量好，成本低，制备周期短，可以满足钛及钛合金铸造使用要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种用于钛及钛合金铸造用石墨基型芯的制备方法，其特征在于：该方法的步骤是：
⑴制备石墨型芯原坯
将人造石墨按尺寸加工成石墨型芯原坯，然后将石墨型芯原坯放入真空焙烧炉中进行除气处理，温度为：900℃～1100℃，保温时间为：1h～4h，炉内温度冷却到100℃～200℃时将石墨型芯原坯取出；
⑵制备石墨型芯原坯涂料
制备石墨型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：乙酸钙2％～5％，二醋酸锆10％～30％，水5％～15％，氯化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、乙酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成石墨型芯原坯涂料；
⑶石墨型芯原坯涂挂涂料
将石墨型芯原坯冷却或预热至30℃～80℃后，清洁石墨型芯原坯表面浮尘和污物，再将涂料均匀涂挂在石墨型芯表面，确保完全覆盖整个型芯表面，涂层厚度为0.2mm～1.0mm；
(4)石墨型芯的焙烧和打磨
将涂料后的石墨型芯放入真空焙烧炉内进行烧结，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结时间为3h～5h，待炉内冷却至室温后取出，对型芯表面时进行打磨抛光即为所需钛及钛合金铸造用石墨型芯。
传统的型芯制作需要制备型芯模具，而且受制于设备因素的限制，甚至对于一些尺寸较大的型芯无法成形或者制作成本极高。本发明技术方案中，
采用与熔融钛合金液体惰性好的人造石墨材料作为基材，原料来源广泛，成本低，制作过程简单,无需制备模具，生产周期短，型芯成品率高。制备出的型芯可满足钛及钛合金铸造所需的性能要求，采用该专利生产的铸件尺寸精度较好，表面粗糙度可达到6.3以上。
具体实施方式
实施例一
采用本发明方法制备一种化工用叶轮铸件型芯，型芯轮廓尺寸为：φ300mm＊100mm叶轮型芯，制备方法的步骤为：
⑴制备石墨型芯原坯
采用高纯石墨按三维模型加工未石墨叶轮型芯原坯，然后将石墨型芯原坯放入真空焙烧炉中进行除气处理。温度为：950℃，保温时间为：2.5h，炉内温度冷却到150℃以下将石墨型芯原坯取出；
⑵制备石墨型芯原坯涂料
制备石墨型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：乙酸钙3％，二醋酸锆25％，水10％，氯化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、乙酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成石墨型芯原坯涂料；
⑶石墨型芯原坯涂挂涂料
将石墨型芯原坯冷却至30～80℃后，清洁石墨型芯原坯表面浮尘和污物，将型芯原坯涂料喷涂至型芯原坯表面，不易喷涂的区采用手动刷涂方式进行，直至涂料均匀覆盖石墨型芯原坯表面，涂层厚度为0.5mm；
(4)将涂料后的石墨型芯放入真空焙烧炉内进行烧结，烧结温度为1100℃，烧结时间为4h，待炉内冷却至室温后取出，对叶轮型芯表面进行打磨抛光后即为所需钛合金铸造用石墨基型芯。
实施例二
采用本发明方法制备一种框架铸件型芯，型芯轮廓尺寸为：650mm＊750mm＊450mm，制备方法的步骤为：
⑴制备石墨型芯原坯
将电极石墨按三维模型加工石墨型芯原坯，然后将石墨型芯原坯放入真空焙烧炉中进行除气处理。温度为：1050℃，保温时间为：3h，炉内温度冷却到150℃以下将石墨型芯原坯取出；
⑵制备石墨型芯原坯涂料
制备石墨型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：乙酸钙4％，二醋酸锆20％，水12％，氯化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、乙酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成石墨型芯原坯涂料；
⑶石墨型芯原坯涂挂涂料
将石墨型芯原坯冷却或预热至30～80℃后，清洁石墨型芯原坯表面浮尘和污物，再将涂料喷涂或刷涂型芯原坯表面，涂料均匀覆盖石墨型芯原坯表面，涂层厚度为0.8mm；
(4)将涂料后的石墨型芯放入真空焙烧炉内进行烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为4.5h，待炉内冷却至室温后取出，对叶轮型芯表面进行打磨抛光后即为所需钛合金铸造用石墨基型芯。

Claims (1)

1.一种用于钛及钛合金铸造用石墨基型芯的制备方法，其特征在于：该方法的步骤是：
⑴制备石墨型芯原坯
将人造石墨按尺寸加工成石墨型芯原坯，然后将石墨型芯原坯放入真空焙烧炉中进行除气处理，温度为：900℃～1100℃，保温时间为：1h～4h，炉内温度冷却到100℃～200℃时将石墨型芯原坯取出；
⑵制备石墨型芯原坯涂料
制备石墨型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：乙酸钙2％～5％，二醋酸锆10％～30％，水5％～15％，氯化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、乙酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成石墨型芯原坯涂料；
⑶石墨型芯原坯涂挂涂料
将石墨型芯原坯冷却或预热至30℃～80℃后，清洁石墨型芯原坯表面浮尘和污物，再将涂料均匀涂挂在石墨型芯表面，确保完全覆盖整个型芯表面，涂层厚度为0.2mm～1.0mm；
(4)石墨型芯的焙烧和打磨
将涂料后的石墨型芯放入真空焙烧炉内进行烧结，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结时间为3h～5h，待炉内冷却至室温后取出，对型芯表面时进行打磨抛光即为所需钛及钛合金铸造用石墨型芯。
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