CN110871257B - 一种石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密铸造和材料制备领域，具体涉及一种石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法及其应用。采用的基体材料为白刚玉粉，添加的组份材料为氧化钴粉，粘结剂为硅溶胶，活性元素为石墨粉，混合并搅拌后用去离子水调整粘度，制成面层浆料。再将面层浆料均匀涂覆在蜡模上，自然干燥后，脱蜡，制成型壳。在高温下石墨与氧化钴粉发生置换反应，释放出高温型钴粒子，这种钴粒子为面心立方结构，与镍基体的相同，起到增加镍合金形核质点，促使晶粒大量生成的作用。使用本发明制造的面层具有较高的高温强度和良好化学适应性，应用于精密铸造行业，使用该陶瓷面层浇注的铸件晶粒度不但尺寸细小，而且分布均匀，所制造的铸件的力学性能获得提高。
Description
技术领域：
本发明涉及精密铸造和材料制备领域，具体涉及一种石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法及其应用。
背景技术：
陶瓷型壳的面层性质是影响铸件的质量和性能的关键因素之一，要获得优质铸件首先必须要保证型壳面层的质量。
传统的陶瓷型壳面层要求不发生挠曲、凹凸变形及微裂纹等缺陷，并具有一定高、低温强度及表面光洁度，一直没有考虑型壳面层在高温的化学性质对合金凝固过程的影响，导致铸件出现晶粒粗大、异常晶粒等问题，从而使铸件的质量和性能降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法及其应用，该方法适用于所有金属材料的铸造过程，解决铸件的晶粒度不合格问题。
本发明的技术方案是：
一种石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法，基体材料为白刚玉粉，添加的组份材料为氧化钴粉，粘结剂为硅溶胶，活性元素为石墨粉，将它们按比例混合并搅拌均匀，通过去离子水调整浆料粘度，制成面层浆料；所述白刚玉粉与氧化钴粉的重量比例为10：(1～5)，所述硅溶胶重量与白刚玉粉、氧化钴粉总重量的比例为10：(5～8)，面层浆料中石墨粉重量比例为1～15％。
所述的石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法，白刚玉粉粒度为10～30μm，氧化钴粉粒度为1～10μm，石墨粉粒度为1～10μm。
所述的石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法，将面层浆料的各原料白刚玉粉、氧化钴粉、硅溶胶混合后，采用搅拌机进行搅拌，时间≥4小时；再添加石墨粉，并采用搅拌机进行搅拌，时间≥4小时。
所述的石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法，采用去离子水调整浆料粘度时，使用5号流量杯测量浆料粘度，粘度值调整在10～40s范围内。
所述方法制备的石墨活化陶瓷面层浆料的应用，该方法制备的石墨活化陶瓷面层浆料，适用于所有金属材料的铸造过程；将面层浆料均匀涂覆在蜡模上，自然干燥后，涂覆背层陶瓷浆料，再自然干燥后脱蜡，制成型壳，最后浇注成铸件，并进行晶粒度和力学性能检测。
所述的石墨活化陶瓷面层浆料的应用，将面层浆料均匀涂覆于蜡模上，厚度0.2～0.5mm，自然干燥4～8小时；然后涂覆背层陶瓷浆料，厚度1～8mm，再自然干燥4～8小时；最后脱蜡，制成型壳，并浇注铸件。
所述的石墨活化陶瓷面层浆料的应用，面层浆料涂覆在蜡模后，在温度18～24℃、湿度30～80％的环境下自然干燥4～8小时。
本发明的设计思想是：
随着航空航天工业的进步，精密铸造技术迅速发展，对铸件质量和性能要求越来越高，陶瓷型壳面层对铸件质量，尤其表层组织的影响越来越重要。调研发现，传统的陶瓷型壳使大多数铸件表层容易形成激冷小针状晶粒区以及局部粗大柱状晶区，这是由于从铝酸钴中释放的钴粒子不均匀和含量不足造成的。因此，受到传统的型壳表面铝酸钴中钴粒子细化机理的启发，想到通过还原性元素C将陶瓷中更多钴粒子置换出来，以达到生产出大量结晶核心的目的。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法及其应用，能够切实有效地解决铸件的晶粒度不合格问题，提升铸件的应用水平。
2.本发明石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法及其应用，操作简单，好控制，成本低，有利于提高铸件的合格率，具有较高的经济效益和长远的应用前景。
3.本发明通过向面层中加入一种活性元素碳。在高温下，碳与氧化钴发生置换放热反应，释放出高温型钴粒子，这种钴粒子与镍基体的晶格结构相同，起到调整晶粒状态和分布的作用，有利于提高合金的凝固质量和力学性能。
4.使用本发明石墨活化陶瓷面层浆料的制备方法，制造的陶瓷面层具有较高的高温强度和良好化学适应性。本发明应用于精密铸造行业，使用该陶瓷面层浇注的铸件晶粒度不但尺寸细小，而且分布均匀。此外，所制造的铸件的力学性能也因此获得提高。
附图说明：
图1为实施例1条件下所制备的晶粒形貌。
图2为采用传统型壳所制备的晶粒形貌。
图3为实施例2条件下所制备的晶粒形貌。
图4为实施例3条件下所制备的晶粒形貌。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明采用的基体材料为白刚玉粉，添加的组份材料为氧化钴粉，粘结剂为硅溶胶，活性元素为石墨粉，混合并搅拌后用去离子水调整粘度，制成面层浆料。再将面层浆料均匀涂覆在蜡模上，自然干燥后，涂覆背层陶瓷浆料，再自然干燥后脱蜡，制成型壳，最后浇注成铸件。在高温下石墨与氧化钴粉发生置换反应，释放出高温型钴粒子，这种钴粒子为面心立方结构，与镍基体的相同，起到增加镍合金形核质点，促使晶粒大量生成的作用。
该方法第一步将白刚玉粉、氧化钴粉、硅溶胶按比例混合，采用L型搅拌机进行搅拌，时间≥4小时。采用去离子水调整浆料粘度，5号流量杯测量浆料粘度，粘度值调整在10～40s范围内，制成面层浆料。配比如下：白刚玉粉与氧化钴粉的重量比例为10：(1～5)，硅溶胶重量与白刚玉粉和氧化钴粉总重量的比例为10：(5～8)。粒度级配如下：白刚玉粉粒度为10～30μm，氧化钴粉粒度为1～10μm。面层浆料中，石墨粉添加比例为1～15wt％，粒度为1～10μm，采用L型搅拌机进行搅拌，时间≥4小时。第二步把面层浆料均匀涂覆于蜡模上，厚度0.2～0.5mm，在温度18～24℃、湿度30～80％的环境下自然干燥4～8小时。第三步涂覆常规的背层陶瓷浆料，厚度1～8mm，再自然干燥4～8小时。第四步脱蜡，制成型壳。第五步在相同设备和工艺参数下浇注铸件，并进行晶粒度和力学性能检测。
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，首先将白刚玉粉、氧化钴粉、硅溶胶按比例混合，采用搅拌机进行搅拌4小时。其中，白刚玉粉与氧化钴粉的重量比例为10：1.5，硅溶胶重量与白刚玉粉和氧化钴粉总重量的比例为10：5。粒度级配如下：白刚玉粉平均粒度为18μm，氧化钴粉平均粒度为7.3μm。再添加石墨粉，面层浆料中石墨粉添加比例为5wt％，平均粒度为5.6μm，采用搅拌机进行搅拌4.5小时。采用去离子水调整粘度值在15s，制成面层浆料。然后把面层浆料均匀涂覆于蜡模上，厚度0.29mm，在温度20℃、湿度60％的环境下，自然干燥7小时。再后涂覆背层陶瓷浆料，厚度3mm，自然干燥4小时。最后脱蜡，制成型壳，在相同设备和工艺参数下浇注某合金铸件，所述浇注合金的牌号为：K465，进行晶粒度检测，结果见图1。与图2所示的传统型壳浇注铸件的晶粒相比，尺寸细小，分布均匀。同时对在铸件上切取的试样的力学性能进行检测，结果见表1，可见拉伸强度和塑性都比传统型壳浇注的合金都高。
表1
| 型壳种类 | 抗拉强度MPa | 屈服强度MPa | 延伸率％ | 面收缩率％ |
| 传统型壳 | 1002 | 872 | 4.5 | 4 |
| 本发明型壳实施例1 | 1181 | 944 | 6.5 | 7 |
| 本发明型壳实施例2 | 1158 | 954 | 5.5 | 6.5 |
| 本发明型壳实施例3 | 1208 | 998 | 7.5 | 5.5 |
实施例2
本实施例中，首先将白刚玉粉、氧化钴粉、硅溶胶按比例混合，采用搅拌机进行搅拌6小时。其中，白刚玉粉与氧化钴粉的重量比例为10：1，硅溶胶重量与白刚玉粉和氧化钴粉总重量的比例为10：6。粒度级配如下：白刚玉粉平均粒度为17μm，氧化钴粉平均粒度为9.3μm。再添加石墨粉，面层浆料中石墨粉添加比例为2wt％，平均粒度为7.6μm，采用搅拌机进行搅拌4小时。采用去离子水调整粘度值在12s，制成面层浆料。然后把面层浆料均匀涂覆于蜡模上，厚度0.21mm，在温度18℃、湿度40％的环境下，自然干燥6.5小时。再后涂覆背层陶瓷浆料，厚度3mm，自然干燥6小时。最后脱蜡，制成型壳，在相同设备和工艺参数下浇注某合金铸件，所述浇注合金的牌号为：K465，进行晶粒度检测，结果见图3。与图2所示的传统型壳浇注铸件的晶粒相比，晶粒的尺寸变小，分布均匀。同时对在铸件上切取的试样的力学性能进行检测，结果见表1，可见拉伸强度和塑性稍高于传统型壳浇注合金的。
实施例3
本实施例中，首先将白刚玉粉、氧化钴粉、硅溶胶按比例混合，采用搅拌机进行搅拌8小时。其中，白刚玉粉与氧化钴粉的重量比例为10：4.5，硅溶胶重量与白刚玉粉和氧化钴粉总重量的比例为10：7.5。粒度级配如下：白刚玉粉平均粒度为13μm，氧化钴粉平均粒度为5.3μm。再添加石墨粉，面层浆料中石墨粉添加比例为12wt％，平均粒度为5.6μm，采用搅拌机进行搅拌7小时。采用去离子水调整粘度值在18s，制成面层浆料。然后把面层浆料均匀涂覆于蜡模上，厚度0.31mm，在温度24℃、湿度80％的环境下，自然干燥6小时。再后涂覆背层陶瓷浆料，厚度3mm，自然干燥8小时。最后脱蜡，制成型壳，在相同设备和工艺参数下浇注某合金铸件，所述浇注合金的牌号为：K418B，进行晶粒度检测，结果见图4。与图2所示的传统型壳浇注铸件的晶粒相比，晶粒的尺寸明显变小，分布更加均匀。同时对在铸件上切取的试样的力学性能进行检测，结果见表1，可见该条件下的拉伸强度和塑性最高。
实施例结果表明，本发明应用于精密铸造行业，使用该陶瓷面层浇注的铸件晶粒度不但尺寸细小，而且分布均匀。本发明方便可行，不浪费成本，可以直接应用于生产实际，具有很大的实用性和可控性，有利于提高零件的质量和性能。
Claims (4)
1.一种石墨活化陶瓷面层浆料的应用，其特征在于，基体材料为白刚玉粉，添加的组份材料为氧化钴粉，粘结剂为硅溶胶，活性元素为石墨粉，将它们按比例混合并搅拌均匀，通过去离子水调整浆料粘度，制成面层浆料；所述白刚玉粉与氧化钴粉的重量比例为10：（1～5），所述硅溶胶重量与白刚玉粉、氧化钴粉总重量的比例为10：（5～8），面层浆料中石墨粉重量比例为1～15%；
白刚玉粉粒度为10～30μm，氧化钴粉粒度为1～10μm，石墨粉粒度为1～10μm；
采用去离子水调整浆料粘度时，使用5号流量杯测量浆料粘度，粘度值调整在10～40s范围内；
该方法制备的石墨活化陶瓷面层浆料，适用于所有金属材料的铸造过程；将面层浆料均匀涂覆在蜡模上，自然干燥后，涂覆背层陶瓷浆料，再自然干燥后脱蜡，制成型壳，最后浇注成铸件，并进行晶粒度和力学性能检测。
2.根据权利要求1所述的石墨活化陶瓷面层浆料的应用，其特征在于，将面层浆料的各原料白刚玉粉、氧化钴粉、硅溶胶混合后，采用搅拌机进行搅拌，时间≥4小时；再添加石墨粉，并采用搅拌机进行搅拌，时间≥4小时。
3.根据权利要求1所述的石墨活化陶瓷面层浆料的应用，其特征在于，将面层浆料均匀涂覆于蜡模上，厚度0.2～0.5mm，自然干燥4～8小时；然后涂覆背层陶瓷浆料，厚度1～8mm，再自然干燥4～8小时；最后脱蜡，制成型壳，并浇注铸件。
4.根据权利要求3所述的石墨活化陶瓷面层浆料的应用，其特征在于，面层浆料涂覆在蜡模后，在温度18～24℃、湿度30～80%的环境下自然干燥4～8小时。
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