CN113020544A - 一种钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于陶瓷型芯领域，具体涉及一种钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法。该陶瓷型芯的制备方法包括以下步骤：1)制作用于成型出陶瓷型芯的模具，所述模具为蜡质模具，蜡质模具上具有铸字结构；所述蜡质模具用于成型出具有铸字面的陶瓷型芯，所述陶瓷型芯的铸字面与钛合金铸件的铸字相匹配；2)将制作陶瓷型芯的原料填充到步骤1)制作的蜡质模具中，成型后熔化脱除蜡质模具，得到陶瓷型芯坯体，再经烧结，制成陶瓷型芯。该方法以蜡质模具作为陶瓷型芯成型模具，在制作陶瓷型芯坯体过程中，可以通过熔蜡方式脱除模具，保证铸字面的完整性和表面质量，尤其适用于铸字较小或铸件较小情况下的铸字制作，可以明显提高铸字质量。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷型芯领域，具体涉及一种钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法。
背景技术
随着航空、航天、兵器、船舶等领域的飞速发展，钛合金铸件需求越来越多，尤其是在船舶、海洋、化工行业，钛合金阀体类产品的需要大幅度增加，这类铸件的表面通常带有箭头、商标等凸起的标志。阀体类铸件通常采用机加工石墨型铸造工艺，一般的工艺方法为在石墨型表面用木工铲铲出铸字形状，但由于石墨导热系数非常大，钛液到达铸型铸字部位，由于石墨激冷作用，造成铸字不能完整成型，返工返修工作量大，尤其是对于尺寸小的阀体铸件，采用机加石墨型铸造工艺表面铸字难以成型，通常需要后序采用机加工方式加工出标志，这样造成生产成本提高，生产周期难以保证。
公告号为CN101480714B的中国发明专利公开了一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，其是预先制作和铸字相同的陶瓷块(陶瓷型芯)，陶瓷块形状和铸字部分铸件外形一致，大小以能完全覆盖铸字为准，材质为不与液态钛起化学反应的陶瓷材料，浇注前在石墨型表面挖出和陶瓷块一致的形状，把预制陶瓷块镶入石墨模具中后，经过900℃高温真空焙烧3h后冷至室温后浇注。
其陶瓷块成分为：氧化锆70％、氧化钇5.5％、氧化钙13％、石蜡10％、蜂蜡0.5％、聚乙烯0.25％、油酸0.75％。在制作陶瓷块时，是将陶瓷粉料混合均匀后压入130℃热芯盒中成型，将成型的型芯坯体加热至1600-1700℃烧结48h。这种方式使用的热芯盒一般采用木质或铝质模具，在模具去除过程中，非常容易损坏陶瓷型芯的铸字表面，不利于带有铸字表面的陶瓷型芯制作；而且陶瓷块原料的混料及成型工艺要求较高，需要在130℃下持续混料较长时间，才能形成兼具机械强度和表面铸字质量的陶瓷型芯。综合来看，现有针对钛合金表面铸字的陶瓷型芯的制作工艺仍有待改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其能够保证铸字面的完整性，提高铸字面的表面质量。
为实现上述目的，本发明的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法的技术方案是：
一种钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
1)制作用于成型出陶瓷型芯的模具，所述模具为蜡质模具，蜡质模具上具有铸字结构；所述蜡质模具用于成型出具有铸字面的陶瓷型芯，所述陶瓷型芯的铸字面与钛合金铸件的铸字相匹配；
2)将制作陶瓷型芯的原料填充到步骤1)制作的蜡质模具中，成型后熔化脱除蜡质模具，得到陶瓷型芯坯体，再经烧结，制成陶瓷型芯。
本发明的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，以蜡质模具作为陶瓷型芯成型模具，在制作陶瓷型芯坯体过程中，可以通过熔蜡方式脱除模具，保证铸字面的完整性和表面质量，尤其适用于铸字较小或铸件较小情况下的铸字制作，可以明显提高铸字质量。
优选的，蜡质芯盒的壁厚为15～20mm。
优选的，步骤2)中，将制作陶瓷型芯的原料填充到步骤1)制作的蜡质模具中包括以下步骤：先在蜡质模具中涂覆面层涂料，撒砂，干燥后形成面层；然后在面层上涂覆过渡层涂料，撒砂，干燥后形成过渡层；然后将加固层混合料填充到蜡质模具中捣实；所述加固层混合料由以下质量百分比的组分组成：铝矾土砂或莫来石砂65～85％，铝矾土粉15-25％，硅溶胶8～15％。以该种方式制作陶瓷型芯，面层保证铸字成型质量，过渡层及加固层的配制，保证了型芯的整体强度；同时该种方式氧化钇等贵重原料的用料较少，也减少了工艺成本，提高了工业化生产的经济性和适用性。
优选的，面层的厚度为0.3～0.5mm。过渡层的厚度为1～2mm。陶瓷型芯坯体的总厚度为25～30mm。
优选的，所述面层涂料由以下质量百分比的组分组成：醋酸钙2％～5％，二醋酸锆10％～30％，水5％～15％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇。
优选的，所述过渡层涂料由铝矾土粉、硅溶胶按质量比(2～3.5):1配制而成。
为进一步提高面层、过渡层及加固层的结合强度，优选的，制作面层时，撒砂物料为70目～90目砂；制作过渡层时，撒砂物料为30目～70目砂；加固层混合料中，铝矾土砂或莫来石砂粒度为20目～50目。更优选的，面层用撒砂物料为氧化钇砂，过渡层用撒砂物料为铝矾土砂或莫来石砂。
优选的，步骤2)中，所述成型包括在室温下干燥10～20h。
为进一步优化陶瓷型芯的成型质量，优选的，步骤2)中，所述烧结的温度为800～1000℃，保温时间为5-10h。
附图说明
图1为本发明制备的陶瓷型芯的结构示意图；
其中，1-面层，2-过渡层，3-加固层。
具体实施方式
本发明主要是采用蜡质模具成型出铸字专用陶瓷型芯，其结构示意图如图1所示，制备陶瓷型芯时，首先按照专利CN105127374B，配制惰性面层涂料，将面层涂料均匀涂刷到蜡质芯盒内腔表面，随即表面均匀撒上氧化钇砂，在室温下干燥8～12h，形成面层1。面层1制备完成后，开始制备过渡层2，过渡层采用涂料和撒砂的方式制备，过渡层涂料是以铝矾土或莫来石粉与硅溶胶按粉/液＝2～3.5:1配制而成，过渡层撒砂物料为30目～70目的铝矾土或莫来石砂，在蜡质芯盒内腔涂覆涂料，随即均匀撒砂，并在室温下干燥2～5h。最后，制备加固层3，铝矾土或莫来石砂、粉料、硅溶胶按一定比例制备成加固层混合砂，将混合砂填充到蜡质模具中，进行捣实，使加固层填料与过渡层相互咬合，形成加固层，从而保证过渡层与加固层能够紧密结合。制备好的陶瓷型芯干燥10至20小时后，将蜡质模具脱除，经过修整后进行800～1000℃的高温烧结，得到铸字专用的复合陶瓷型芯。
下面结合具体对本发明的实施方式作进一步说明。
以下实施例中，所用原料均为市售商品，硅溶胶的SiO2含量为25-35％；铝矾土粉的粒度为200-350目。
本发明的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法的具体实施例如下：
实施例1
本实施例的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)制作蜡质芯盒(蜡质模具)：制备芯盒蜡模压型模具，在压蜡机上压制蜡质芯盒模具，芯盒经过修整后待用。为了保证蜡质芯盒的强度及尺寸精度，蜡质芯盒的壁厚一般为15～20mm。
(2)制备面层：按质量百分比称取醋酸钙3.5％，二醋酸锆20％，水12.5％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇粉。先将水、醋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，再加入氟化钙，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成型芯面层涂料。将制备好的面层料均匀涂刷至蜡质芯盒内腔，涂料滴落后用80目氧化钇砂均匀撒到涂料表面，在室温下干燥10h，形成面层。面层的厚度一般为0.3～0.5mm。
(3)制备过渡层：铝矾土粉与硅溶胶按粉/液质量比＝3:1进行配制，在蜡质芯盒内腔的面层上制备过渡层涂料和撒砂，撒砂物料为60目的铝矾土砂，在室温下干燥3h，形成过渡层。过渡层的厚度一般为1～2mm。
(4)制备加固层：
称取70％的铝矾土砂(30目)、20％的铝矾土粉、10％的硅溶胶进行充分混合，制备加固层混合料。将混合后的加固层混合料填充到蜡质芯盒中，进行2-5min的捣实，然后陶瓷型芯置于室温环境下进行干燥，干燥时间为10h。之后加热脱去蜡质芯盒，得到陶瓷型芯坯体。陶瓷型芯的尺寸按照产品石墨铸型上铸字尺寸确定，一般陶瓷型芯坯体的总厚度为25～30mm。
(5)将陶瓷型芯坯体进行高温烧结，烧结温度950℃，保温时间5h。之后进行表面修整，待用。
将本实施例所得陶瓷型芯与石墨铸型进行组装，在真空环境下进行浇注，即可成型出带有铸字的钛合金铸件。以阀体铸件为例，铸件材料标识ZTA2，铸件字体笔画宽度0.8mm，字体高×宽为6×4mm，铸字尺寸虽小但铸字表面仍然完整、清晰，具有较佳的成型质量。
实施例2
本实施例的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，与实施例1介绍的不同之处在于：
步骤(2)中，面层涂料的配方组成为：醋酸钙2％，二醋酸锆10％，水5％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇粉。
步骤(3)中，过渡层涂料中，铝矾土粉与硅溶胶的质量比为2:1。
步骤(4)中，加固层混合料的质量百分比组成为：铝矾土砂77％、铝矾土粉15％、硅溶胶8％。干燥时间为15h。
步骤(5)中，烧结温度为800℃，保温时间为10h。
实施例3
本实施例的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，与实施例1介绍的不同之处在于：
步骤(2)中，面层涂料的配方组成为：醋酸钙5％，二醋酸锆30％，水15％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇粉。
步骤(3)中，过渡层涂料中，铝矾土粉与硅溶胶的质量比为3.5:1。
步骤(4)中，加固层混合料的质量百分比组成为：铝矾土砂65％、铝矾土粉20％、硅溶胶15％。干燥时间为20h。
步骤(5)中，烧结温度为1000℃，保温时间为8h。
在本发明的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法的其他实施例中，在实施例1的基础上，面层用撒砂物料的粒度可以在70-90目内进行选择，过渡层用撒砂物料的粒度可以在30-70目内进行选择，加固层所用砂的粒度可以在20-50目进行选择，一般面层用撒砂物料、过渡层用撒砂物料、加固层所用砂的粒径依次增大，如可以依次为70目、30目、20目，或者为90目、70目、50目；加固层混合料的质量百分比可以调整：铝矾土砂65％、铝矾土粉25％、硅溶胶10％，铝矾土砂、铝矾土粉可以相应使用莫来石砂、莫来石粉进行替换；以上调整均可以起到与实施例相当的效果。
Claims (8)
1.一种钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制作用于成型出陶瓷型芯的模具，所述模具为蜡质模具，蜡质模具上具有铸字结构；所述蜡质模具用于成型出具有铸字面的陶瓷型芯，所述陶瓷型芯的铸字面与钛合金铸件的铸字相匹配；
2)将制作陶瓷型芯的原料填充到步骤1)制作的蜡质模具中，成型后熔化脱除蜡质模具，得到陶瓷型芯坯体，再经烧结，制成陶瓷型芯。
2.如权利要求1所述的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，将制作陶瓷型芯的原料填充到步骤1)制作的蜡质模具中包括以下步骤：先在蜡质模具中涂覆面层涂料，撒砂，干燥后形成面层；然后在面层上涂覆过渡层涂料，撒砂，干燥后形成过渡层；然后将加固层混合料填充到蜡质模具中捣实；所述加固层混合料由以下质量百分比的组分组成：铝矾土砂或莫来石砂65～77％，铝矾土粉15-25％，硅溶胶8～15％。
3.如权利要求2所述的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，所述面层涂料由以下质量百分比的组分组成：醋酸钙2％～5％，二醋酸锆10％～30％，水5％～15％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇。
4.如权利要求2所述的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，所述过渡层涂料由铝矾土粉、硅溶胶按质量比(2～3.5):1配制而成。
5.如权利要求2所述的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，制作面层时，撒砂物料为70目～90目砂；制作过渡层时，撒砂物料为30目～70目砂；加固层混合料中，铝矾土砂或莫来石砂粒度为20目～50目。
6.如权利要求5所述的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，面层用撒砂物料为氧化钇砂，过渡层用撒砂物料为铝矾土砂或莫来石砂。
7.如权利要求1-6中任一项所述的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述成型包括在室温下干燥10～20h。
8.如权利要求1-6中任一项所述的钛合金铸字用陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述烧结的温度为800～1000℃，保温时间为5-10h。
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