CN109574512A - 高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管/柱的高温强化方法 - Google Patents

高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管/柱的高温强化方法 Download PDF

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姜卫国
肖久寒
李凯文
楼琅洪
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/006—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with materials of composite character

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Abstract

本发明的目的在于提供一种细石英玻璃管(柱)的高温强化方法，用于提高细石英玻璃管(柱)的抗高温蠕变性能，满足工业生产的需要。其特征在于：采用喷涂工艺在石英玻璃管(柱)表面覆盖一层氧化铝薄膜，所述氧化铝薄膜的厚度为0.05‑0.3mm，该氧化铝薄膜能够阻碍高温下感应炉中的碳与石英玻璃管(柱)中的SiO2发生化学反应，防止石英玻璃管(柱)表层孔洞的产生，进而提高其抗高温蠕变能力。

Description

高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管/柱的高温强化方法
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，特别涉及叶片定向凝固用石英玻璃管/柱高温强化方法。
背景技术
随着现代航空及燃气轮机技术的发展，对涡轮叶片承温能力的要求越来越高。为了使涡轮部件适应不断提高的使用温度，必须采用定向或单晶空心叶片。一般，空心叶片的空腔采用陶瓷型芯来形成，陶瓷型芯须在高温环境下有较高的强度、较好的抗蠕变能力及良好的化学稳定性；同时，陶瓷型芯在叶片铸造后还必须能采用化学方法较易脱除。二氧化硅基陶瓷型芯具有较小的热膨胀系数、优良的力学性能和易溶失等优点，在涡轮叶片制备方面获得了广泛应用。但是也存在不足之处，那就是二氧化硅基陶瓷型芯的纤细处(等效直径小于2毫米)无法或很难采用常规注射成型工艺制备，仍需采用预置高强度石英玻璃管(柱)的方法制备，即采用石英玻璃管(柱)预置在纤细处，然后在制备整体陶瓷型芯时将该石英玻璃管(柱)固定或包裹在其中，提高其纤细处的室温及高温强度。但小尺寸石英玻璃管在高温定向凝固过程中容易发生反应而导致蠕变变形，严重影响其使用性能。如何提高带细石英玻璃管的整体硅基陶瓷型芯高温抗蠕变性能是目前生产中急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细石英玻璃管(柱)的高温强化方法，用于提高细石英玻璃管(柱)抗高温蠕变性能，满足工业生产的需要。
本发明通过在石英玻璃表面覆盖一层氧化铝，防止在高温下碳与具有化学活性的SiO2发生化学反应，产生化学反应孔洞，进而提高石英玻璃管的高温抗蠕变能力，具体技术方案如下：
一种高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管(柱)的高温强化方法，其特征在于：采用喷涂工艺在石英玻璃管或玻璃柱表面覆盖一层氧化铝薄膜，所述氧化铝薄膜的厚度为0.05-0.3mm，该氧化铝薄膜能够阻碍高温下真空感应炉中的挥发碳与石英玻璃管(柱)中的SiO2发生化学反应，防止石英玻璃管(柱)表层孔洞的产生，进而提高石英玻璃管(柱)的抗高温蠕变能力，所得石英玻璃管(柱)特别适用于航空及燃气轮机涡轮叶片用陶瓷型芯。
本发明中，所述石英玻璃管(柱)的直径尺寸为0.5-2mm，石英管壁厚0.1-0.2mm；石英玻璃管(柱)中SiO2的化学纯度≥99.99％(质量比)。
本发明中，喷涂的料浆组成为硅溶胶与氧化铝的混合物，二者的质量比为3:1-5:1；硅溶胶中的胶粒尺寸为5-20nm，浓度＞30％；氧化铝纯度≥99.99％。
本发明中，喷涂的压力为5-10个大气压，喷涂时间为2-20秒；石英玻璃管(柱)喷涂后在空气中干燥4-24小时。
本发明中，石英玻璃管(柱)定向凝固过程中的可使用温度为1480-1550℃，时间0.5-2小时。
附图说明
图1表面未处理的石英玻璃管蠕变变形(1550℃/1h)。
图2表面惰性处理的石英玻璃管蠕变变形(1550℃/1h)。
具体实施方式
实施例1：
石英玻璃管的直径尺寸为0.5mm，壁厚0.1mm；石英玻璃管中SiO2的化学纯度≥99.99％(质量比)；喷涂的料浆组成为硅溶胶与氧化铝的混合物，二者的质量比为5:1；硅溶胶中的胶粒尺寸为5nm,浓度35％；氧化铝纯度≥99.99％；喷涂的压力为5个大气压，喷涂时间为10秒；石英玻璃管表面喷涂后在空气中干燥10小时；石英玻璃管表面氧化铝层厚度为0.05mm。
定向凝固保温炉温度为1550℃，时间1小时；保温1小时后，表面未处理的石英玻璃管见图1，高温挠度变形量为24mm；而本发明表面惰性处理的石英玻璃管见图2，高温挠度变形量为4mm；表面处理后的石英玻璃管高温性能明显提高。
实施例2：
石英玻璃柱的直径尺寸为0.5mm，石英玻璃柱中SiO2的化学纯度≥99.99％(质量比)；喷涂的料浆组成为硅溶胶与氧化铝的混合物，二者的质量比为5:1；硅溶胶中的胶粒尺寸为5nm,浓度35％；氧化铝纯度≥99.99％；喷涂的压力为5个大气压，喷涂时间为10秒；石英玻璃管表面喷涂后在空气中干燥10小时；石英玻璃管表面氧化铝层厚度为0.05mm。
定向凝固保温炉温度为1550℃，时间1小时；保温1小时后，表面未处理的石英玻璃柱高温挠度变形量为16mm；而表面惰性处理的石英玻璃柱高温挠度变形量为3mm；表面处理后的石英玻璃柱高温性能明显提高。
实施例3：
石英玻璃管直径尺寸为2mm，壁厚为0.2mm；石英玻璃管中SiO2的化学纯度≥99.99％(质量比)；喷涂的料浆组成为硅溶胶与氧化铝的混合物，二者的质量比为3:1；硅溶胶中的胶粒尺寸为20nm,浓度34％；氧化铝纯度≥99.99％；喷涂的压力为10个大气压，喷涂时间为5秒；石英玻璃管喷涂后需在空气中干燥8小时；石英玻璃管表面氧化铝层厚度为0.1mm。
定向凝固温度为1500℃，时间1小时；保温1小时后，表面未处理的石英玻璃管高温挠度变形量为15mm；而表面惰性处理的石英玻璃管高温挠度变形量为2mm；表面处理后的石英玻璃管高温性能明显提高。
实施例4：
石英玻璃柱直径尺寸为2mm；石英玻璃柱中SiO2的化学纯度≥99.99％(质量比)；喷涂的料浆组成为硅溶胶与氧化铝的混合物，二者的质量比为3:1；硅溶胶中的胶粒尺寸为20nm,浓度34％；氧化铝纯度≥99.99％；喷涂的压力为10个大气压，喷涂时间为5秒；石英玻璃柱喷涂后需在空气中干燥8小时；石英玻璃管表面氧化铝层厚度为0.1mm。
定向凝固温度为1500℃，时间1小时；保温1小时后，表面未处理的石英玻璃柱高温挠度变形量为12mm；而表面惰性处理的石英玻璃柱高温挠度变形量为1.7mm；表面处理后的石英玻璃柱高温性能明显提高。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管/柱的高温强化方法，其特征在于：采用喷涂工艺在石英玻璃管或玻璃柱表面覆盖一层氧化铝薄膜，所述氧化铝薄膜的厚度为0.05-0.3mm。
2.按照权利要求1所述高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管/柱的高温强化方法，其特征在于：所述石英玻璃管或玻璃柱的直径尺寸为0.5-2mm，石英管壁厚0.1-0.2mm；石英玻璃管或玻璃柱中SiO2的化学纯度≥99.99％。
3.按照权利要求1所述高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管/柱的高温强化方法，其特征在于：喷涂的料浆组成为硅溶胶与氧化铝的混合物，二者的质量比为3:1-5:1；硅溶胶中的胶粒尺寸为5-20nm，浓度＞30％；氧化铝纯度≥99.99％。
4.按照权利要求1所述高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管/柱的高温强化方法，其特征在于：喷涂的压力为5-10个大气压，喷涂时间为2-20秒；石英玻璃管或玻璃柱喷涂后在空气中干燥4-24小时。
5.按照权利要求1所述高温合金铸件定向凝固用石英玻璃管/柱的高温强化方法，其特征在于：石英玻璃管或玻璃柱定向凝固过程中的使用温度为1480-1550℃，时间0.5-2小时。
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