CN112570643B - 一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料及配制方法 - Google Patents

一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料及配制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于陶瓷型壳制造技术领域，具体涉及一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料及配制方法。本发明的技术方案如下：一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料，所用原料包括硅溶胶、耐火粉料、增强剂、润湿剂、消泡剂及防腐剂，各组分的重量份数比为：硅溶胶20～23份、耐火粉料72～80份、增强剂2～4份、抑制剂3～5份、润湿剂0.13～0.15份、消泡剂0.13～0.15份、防腐剂0.1～0.12份。本发明提供的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料及配制方法，能够提升定向及单晶叶片陶瓷型壳用浆料的涂挂性、均匀性、流动性等性能，从而保证型壳质量，提升叶片铸件的工艺出品率。

Description

一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料及配制方法
技术领域
本发明属于陶瓷型壳制造技术领域，具体涉及一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料及配制方法。
背景技术
航空发动机热端零部件的成型多采用熔模铸造技术。定向及单晶叶片是热端的关键件，其铸造难度极大。定向及单晶叶片陶瓷型壳的制造是熔模铸造中非常重要的一个工序。铸造过程中，熔融金属液在陶瓷型壳中进行成型并冷却，从而形成叶片铸件，所以型壳尤其是型壳面层的质量会直接影响到定向及单晶叶片的外观质量、冶金质量以及工艺出品率。
面层浆料的配制是定向及单晶叶片陶瓷型壳制造的关键环节，浆料质量不佳，不仅会缩短使用寿命，增加制壳成本，面层浆料质量不佳易使定向及单晶叶片型壳产生裂纹、胀壳、气孔等问题，而且会直接造成型壳的面层缺陷并导致单晶及定向叶片铸件的报废。所以面层浆料的配制对于定向及单晶叶片陶瓷型壳制造十分重要。目前尚无完整和系统的定向及单晶叶片陶瓷型壳用浆料的配制方法，所以对此类技术方法的研究与开发就显得十分必要。
发明内容
本发明提供一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料及配制方法，能够提升定向及单晶叶片陶瓷型壳用浆料的涂挂性、均匀性、流动性等性能，从而保证型壳质量，提升叶片铸件的工艺出品率。
本发明的技术方案如下：
一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料，所用原料包括硅溶胶、耐火粉料、增强剂、润湿剂、消泡剂及防腐剂，各组分的重量份数比为：硅溶胶20～23份、耐火粉料72～80份、增强剂2～4份、抑制剂3～5份、润湿剂0.13～0.15份、消泡剂0.13～0.15份、防腐剂0.1～0.12份。
进一步地，所述的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料，所述硅溶胶的硅含量为29％－31％。
进一步地，所述的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料，所述耐火粉料为EC95粉。
进一步地，所述的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料，所述增强剂为聚醋酸乙烯；所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述消泡剂为正辛醇。
进一步地，所述的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料，所述抑制剂为三氧化二铬和二氧化钛，其中按重量份数比为：三氧化二铬2～3.5份、二氧化钛1～1.5份。
上述定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的配制方法，包括如下步骤：
步骤一：启动料桶水冷系统，水温温度设置在20℃～25℃；加入硅溶胶，然后加入润湿剂和50％消泡剂；
步骤二：启动搅拌设备，转速设至200r/min～400r/min；
步骤三：持续加入50％耐火粉料；耐火粉料加入10％-25％时，搅拌设备转速设至300r/min～500r/min；耐火粉料加入25％-50％时，搅拌设备转速设至500r/min～700r/min；
步骤四：再加入25％消泡剂，匀速搅拌0.5h～2h；
步骤五：持续加入剩余的50％耐火粉料；耐火粉料加入50％-65％时，搅拌设备转速设至700r/min～800r/min；耐火粉料加入65％-80％时，转速设至800r/min～900r/min；耐火粉料加入80％-90％时，转速设至900r/min～1100r/min；耐火粉料加入90％-100％时，转速设至1100r/min～1400r/min；
步骤六：加入抑制剂、防腐剂，匀速搅拌0.5h～2h；
步骤七：搅拌设备转速调整至900r/min～1000r/min，加入余下的25％消泡剂，匀速搅拌2h～4h；
步骤八：上述浆料转入L搅拌机，搅拌机转速50r/min～80r/min；加入增强剂，搅拌0.5h～2h；
步骤九：测量并调整粘度，使浆料粘度保持在30s～38s；
步骤十：浆料在L搅拌机中持续搅拌熟化12h～18h后即可使用，L搅拌机转速50r/min～80r/min。
本发明中，采用轮盘式搅料机及带水冷装置的搅料桶进行浆料的配制。配料前需开启搅料桶的水冷装置，并将温度设置在固定范围。使浆料在配制的过程中始终维持在此温度水平，保持粘结剂的稳定性。
配料时提前加入润湿剂可使粉料在加入的过程中充分润湿，保证混料均匀。加入一定比例消泡剂可消除搅拌初期产生的气泡，同时可避免过多消泡剂在高速旋转下造成的胶凝现象。分阶段持续地加入耐火粉料，在搅拌的中段加入一定比例的消泡剂，同时根据耐火粉料的加入量逐步增大搅拌机的转速，直至粉料加入完毕。
抑制剂三氧化二铬可与型壳主体材料反应生成中间相，从而提升面层材料的热稳定性，另外其具有针对界面反应的反向抑制作用，可防止粘砂问题。二氧化钛可与型壳材料反应形成低熔点相，提高面层的致密度，抑制金属液的润湿作用，从而减少化学粘砂与物理粘砂。另外，抑制剂的粒度范围在1微米～30微米，可填充耐火粉料颗粒间的空隙，提高浆料的涂挂性。
防腐剂可抑制浆料中细菌与微生物的滋生，提高浆料质量与稳定性。
最后将剩余的消泡剂加入，并在一定转速下持续进行搅拌,消泡剂的分阶段加入会有效消不同除搅拌阶段产生的气泡，同时减少消泡剂导致的粘度增大等异常问题。可高效地提升浆料的配制速度，防止浆料结团产生料球，也可以在搅拌的过程中减少气泡的产生。
启动L搅拌机，设定转速。将浆料打入L搅拌机中，搅拌一定时间后加入增强剂，增强剂在此环节加入可避免高速旋转造成的乳胶胶凝现象。增强剂会明显改善浆料的涂挂性，同时不会对浆料粘度造成影响。最后测量粘度并对粘度进行调整，直至粘度稳定。浆料在L搅拌机中熟化后即可使用。
本发明按照各种原料的材料特征，将其在固定条件下分阶段进行加入，并在不同的阶段设定了不同的转速等参数，是一种优化且高效的配料方法。按以上配比和参数进行配制的浆料，可获得粘度30s～38s，且涂挂性和流动性良好的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料。
本发明的有益效果为：本发明配制的面层浆料无粉料结团现象，浆料经检测无气泡，粉液混合均匀，粘度状态稳定，涂挂性、均匀性和流动性良好，板重检测符合要求。使用该浆料涂制的型壳面层平整光滑，可防止面层裂纹问题。叶片铸件表面粗糙度满足设计要求，表面无粘砂，极大的提高了铸件表面抛光效率。同时可有效避免因面层缺陷导致的夹杂、杂晶等缺陷，提升了铸件的合格率水平。
具体实施方式
实施例1
定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的配制方法，包括如下步骤：
步骤一：启动料桶水冷系统，水温温度设置在20℃～25℃。在其中加入20Kg硅溶胶，然后加入0.13Kg润湿剂和0.065Kg的消泡剂。
步骤二：启动搅拌设备，转速设至200r/min。
步骤三：持续加入36KgEC95粉。其中加入12g时，转速设置400r/min；加入36Kg时，转速设置550r/min。
步骤四：加入0.0325Kg消泡剂，匀速搅拌1h。
步骤五：持续加入剩余的36Kg EC95粉。其中加入5Kg时，转速设置700r/min；加入15Kg时，转速设置800r/min。加入29Kg时，转速设置900r/min。加入36Kg时，转速设置1100r/min。
步骤六：加入2Kg三氧化二铬、1Kg二氧化钛和0.1Kg防腐剂。匀速搅拌1h。
步骤七：转速调整至900r/min。加入0.0325Kg消泡剂。匀速搅拌2h。
步骤八：浆料转入L搅拌机，搅拌机转速50r/min；加入1.5Kg增强剂，搅拌1h。
步骤九：测量并调整粘度，使其维持在30s～38s。
步骤十：浆料在L搅拌机中持续搅拌熟化14h后即可使用；转速50r/min。
实施例2
定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的配制方法，包括如下步骤：
步骤一：启动料桶水冷系统，水温温度设置在20℃～25℃。在其中加入46Kg硅溶胶，然后加入0.3Kg润湿剂和0.15Kg的消泡剂。
步骤二：启动搅拌设备，转速设至400r/min。
步骤三：持续加入80KgEC95粉。其中加入40Kg时，转速设置500r/min；加入80Kg时，转速设置700r/min。
步骤四：加入0.075Kg消泡剂，匀速搅拌2h。
步骤五：持续加入80KgEC95粉。其中加入12Kg时，转速设置800r/min；加入36Kg时，转速设置900r/min。加入68Kg时，转速设置1100r/min。加入80Kg时，转速设置1200r/min。
步骤六：加入3Kg三氧化二铬、1.5Kg二氧化钛和0.2Kg防腐剂。匀速搅拌2h。
步骤七：转速调整至1000r/min。加入0.075g消泡剂。匀速搅拌4h。
步骤八：浆料转入L搅拌机，搅拌机转速70r/min；加入3.5Kg增强剂，搅拌1.5h。
步骤九：测量并调整粘度，使其维持在30s～38s。
步骤十：浆料在L搅拌机中持续搅拌熟化18h后即可使用；转速70r/min。

Claims (5)

1.一种定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的配制方法，所述定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的原料包括硅溶胶、耐火粉料、增强剂、抑制剂、润湿剂、消泡剂及防腐剂，各组分的重量份数比为：硅溶胶20～23份、耐火粉料72～80份、增强剂2～4份、抑制剂3～5份、润湿剂0.13～0.15份、消泡剂0.13～0.15份、防腐剂0.1～0.12份；其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：启动料桶水冷系统，水温温度设置在20℃～25℃；加入硅溶胶，然后加入润湿剂和50%消泡剂；
步骤二：启动搅拌设备，转速设至200r/min～400 r/min；
步骤三：持续加入50%耐火粉料；耐火粉料加入10%-25%时，搅拌设备转速设至300r/min～500 r/min；耐火粉料加入25%-50%时，搅拌设备转速设至500r/min～700 r/min；
步骤四：再加入25%消泡剂，匀速搅拌0.5h～2h；
步骤五：持续加入剩余的50%耐火粉料；耐火粉料加入50%-65%时，搅拌设备转速设至700r/min～800 r/min；耐火粉料加入65%-80%时，转速设至800r/min～900 r/min；耐火粉料加入80%-90%时，转速设至900r/min～1100 r/min；耐火粉料加入90%-100%时，转速设至1100r/min～1400 r/min；
步骤六：加入抑制剂、防腐剂，匀速搅拌0.5h～2h；
步骤七：搅拌设备转速调整至900r/min～1000 r/min，加入余下的25%消泡剂，匀速搅拌2h～4h；
步骤八：上述浆料转入L搅拌机，搅拌机转速50r/min～80r/min；加入增强剂，搅拌0.5h～2h；
步骤九：测量并调整粘度，使浆料粘度保持在30s～38s；
步骤十：浆料在L搅拌机中持续搅拌熟化12h～18h后即可使用， L搅拌机转速50r/min～80 r/min。
2.根据权利要求1所述的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的配制方法，其特征在于，所述硅溶胶的硅含量为29%－31%。
3.根据权利要求1所述的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的配制方法，其特征在于，所述耐火粉料为EC95粉。
4.根据权利要求1所述的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的配制方法，其特征在于，所述增强剂为聚醋酸乙烯；所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述消泡剂为正辛醇。
5.根据权利要求1所述的定向及单晶叶片陶瓷型壳用面层浆料的配制方法，其特征在于，所述抑制剂为三氧化二铬和二氧化钛，其中按重量份数比为：三氧化二铬2～3.5份、二氧化钛1～1.5份。
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