CN113245509B - 一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，主要工艺流程包括：制芯→压制蜡型→修型→组树→制壳→模壳焙烧→洗壳→熔炼浇注→清壳→除浇冒口→铸件清理→抛修→吹砂→热处理→精修→尺寸检验等，采用带有惰性涂层的陶瓷型芯，采用氧化钇面层制模工艺，通过严格控制工艺参数，提高了工艺的连续性和一致性；提高产品的生产效率；大大减少了料浆浪费，产品合格率达70%以上；进而通过高质量高惰性的氧化钇面层模壳保证了钛合金水龙头表面质量和精度；降低钛合金水龙头表面的污染反应层的厚度至≤0.05mm，提高部件性能和质量，节省原材料；实现免酸洗，减少工序和环境污染，且便于操作，降低劳动强度；大幅度降低制造成本。

Description

一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法

技术领域

本发明属于钛合金生产加工技术领域，具体地，涉及一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法。

背景技术

钛及钛合金不但质量轻(密度在4.5~4.8g/cm3)、比强度高，而且耐高温、耐腐蚀、抗菌、具有良好的生物相容性。因此在航空航天、化工、海洋船舶、生物医疗和生活用品中具有广泛的应用。随着我国海洋强国战略和民生供给侧改革的实施，海洋环境下和高档建筑对超耐腐蚀、健康、美观的高端卫浴产品提出了需求，传统的不锈钢和铜合金已不能满足。采用钛及钛合金制备的卫浴产品不但超耐腐蚀、美观大方，而且具有抗菌、无毒、与人体相容和不过敏等健康属性，可满足该高端市场需求。

由于钛及钛合金具有高活性，因此生产成本始终居高不下，大大限制了本领域的应用。目前通过采用以下几种方法来制备钛合金水龙头毛坯：

1、石墨型铸造：即采用高强石墨作为铸型，把钛合金熔液浇注成型，制备水龙头毛坯；这种方法制备的钛合金水龙头毛坯的表面碳反应层厚，厚度约为0.3~0.5mm，表面打磨量大，成本高，表观质量不佳；

2、氧化锆熔模精铸：采用氧化锆作为面层材料，制备成熔模，把钛合金熔液浇注成型；这种方法制备的钛合金水龙头毛坯的表面反应层厚，且厚度不均匀，约为0.2~0.5mm，有的区域几乎无反应层，有的区域反应严重；难以均匀打磨，夹杂量大，表观质量和轮廓度达不到要求；

3、电镀工艺：在铜合金水龙头毛坯表面，采用电镀工艺，镀上一层厚0.5~1mm的钛合金涂层，这种方法是在铜合金水龙头毛坯表面，采用电镀工艺，镀上一层厚0.5~1mm的钛合金涂层，主要问题是钛合金涂层薄，容易损伤，同时钛和铜存在界面结合薄弱的问题，容易脱离。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，采用带有惰性涂层的陶瓷型芯，采用氧化钇面层制模工艺，通过严格控制工艺参数，进而通过高质量高惰性的氧化钇面层模壳保证了钛合金水龙头表面质量和精度；降低钛合金水龙头表面的污染反应层的厚度至≤0.05mm，提高部件性能和质量。

本发明所采用的技术方案：本发明提供了一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，包括如下步骤：

（1）制芯：根据水龙头内腔尺寸制备水龙头陶瓷型芯，然后在陶瓷型芯表面涂覆陶瓷氧化物惰性涂层；水龙头具有复杂的内腔结构，因此制备带有惰性涂层的陶瓷型芯制备是一个关键技术，型芯强度不足，无法承受焙烧和浇注的热冲击和应力冲击；强度太高，浇注成型后，除芯难度较大，成本高；

（2）制模：将陶瓷型芯放置在水龙头蜡模模具中，在压蜡机上压制蜡模；采用中温蜡料在大型压机上压制蜡型，以保证蜡型表面质量。蜡模制好后对其进行修型、组树，以备制壳用；

（3）制壳：首先采用改性硅溶胶做粘结剂，与氧化钇粉配成面层料浆，通过浸浆、控料、撒砂工序制备氧化钇面层；然后在面层外进行逐层浸浆、撒砂、干燥制壳完成背层制备，每浸一次浆对应地撒一层砂，等前一层型壳干燥硬化后再次浸浆撒砂制下一层型壳，然后再进行封浆处理，待其干燥硬化后型壳制备完成；控制制壳的工艺参数如下：温度：22±2℃，湿度35~45%，干燥时间>8h。型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料，因而型壳强度高，热导率与其他种类型壳（石墨型壳与难熔金属型壳）比较最小，适于浇注形状复杂的水龙头铸件。采用氧化钇面层制模工艺、通过严格控制工艺参数提高了工艺的连续性和一致性；提高产品的生产效率；大大减少了料浆浪费，产品合格率达70%以上；

（4）脱蜡：待型壳完全硬化后，将制备好的壳型进行蒸汽脱蜡，从壳型中脱除蜡模；

（5）焙烧：脱蜡完成后，将经过脱蜡的型壳转移至高温焙烧炉中进行焙烧，使形成壳型的浆料烧结固化，并且将残留的蜡模材料完全燃烧掉；

（6）洗壳：待焙烧后的型壳冷却后用水冲洗干净；

（7）熔炼浇注：将得到的干净型壳作为铸造的型腔，采用真空自耗电极凝壳炉熔炼钛合金并将钛合金熔体离心浇注到型腔中成型；

（8）清壳：将整个型壳取出待冷却到200℃以下再进行机械清壳，敲破型壳即可取出成型的钛合金水龙头铸件，对铸件产品进行表面处理、热处理、精修，得到钛合金水龙头铸件；

（9）对钛合金水龙头铸件进行尺寸检验、形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。

优选的，所述陶瓷氧化物惰性涂层由包括以下重量份数的组分混配而成：70~80份陶瓷氧化物粉、15~30份粘结剂、0.1~0.5份悬浮剂、0.2~0.5 份消泡剂、0.5~ 1.0 份分散剂和0.1~0.5 份润湿剂。

进一步的，所述陶瓷氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钇中的一种或几种；所述粘结剂为改性硅溶胶，所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm；所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂；所述分散剂采用聚丙烯酸铵；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂。

进一步的，所述面层料浆的配制方法为：将称好的改性硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；分别称取70~80份氧化钇粉、15~30份粘结剂、0.1~0.5份悬浮剂、0.5~1.0份分散剂和0.2~0.5 份消泡剂，然后在面层浆料中加入0.1~0.5 份润湿剂；浆料搅拌2h混合均匀后，再将消泡剂、分散剂和悬浮剂加入搅拌均匀。所述氧化钇粉与粘结剂的重量比为（3~5）：1；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm。

进一步的，所述型壳的背层包括6层，且从里到外逐层制备；第1层邻面层为硅溶胶和刚玉砂的混配料浆，撒100目的刚玉砂；第2-6层的浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，撒砂材料为30-60目的莫来砂，第7层为封浆层，浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，无撒砂。

进一步的，所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0.7MPa，脱蜡时间为15分钟，脱蜡温度为170℃。

进一步的，所述高温焙烧，入炉温度为200℃，缓慢升温至焙烧温度，焙烧温度为900~1100℃，焙烧时间为3~5小时。

进一步的，所述钛合金是Ti-6Al-4V合金。大部分钛合金具有良好的铸造性能，均可用于铸造。Ti-6Al-4V合金的铸造工艺性能好，组织、性能稳定，在350℃以下具有良好的强度与断裂韧性。对于钛合金铸件采用真空自耗电极凝壳炉熔铸工艺，这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的，它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳，即所谓凝壳，这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬，用于形成熔池储存钛液，避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后，留在坩埚内的一层凝壳，可作为坩埚内衬继续使用。

进一步的，所述表面处理包括去除浇冒口、清理、抛修、吹砂处理工序；所述热处理的具体工艺参数：在620~650℃下保温6~10h，出炉水冷，水温为60~80℃，水冷时间为3~5min，然后在180~200℃下保温6~8h，出炉空冷。

进一步的，通过上述近净成型方法制备而成钛合金水龙头铸件，表面的污染反应层小于等于0.05mm。因此，本发明的成型方法可以降低污染反应层(钛合金铸件表面在凝固过程中与模壳发生化学反应的表层)，提高部件性能和质量，节省原材料；实现免酸洗(现在大部分钛合金铸造，如石墨型等，由于表面反应层较厚，需要采用氢氟酸和硝酸等在低温下进行酸腐蚀，以去除表面污染反应层，这个过程成为酸洗；如果采用其它工艺，水龙头表面有较厚的反应层，最终在交付前，要进行酸洗处理。本工艺由于污染反应层薄，喷砂即可清除)，减少工序和环境污染，有利于环保。

本发明的有益效果是：

本发明的钛合金水龙头毛坯近净成型方法，包括制芯→压制蜡型→修型→组树→制壳→模壳焙烧→洗壳→熔炼浇注→清壳→除浇冒口→铸件清理→抛修→吹砂→热处理→精修→尺寸检验等工序，采用带有惰性涂层的陶瓷型芯，采用氧化钇面层制模工艺，通过严格控制工艺参数，提高了工艺的连续性和一致性；提高产品的生产效率；大大减少了料浆浪费，产品合格率达70%以上；进而通过高质量高惰性的氧化钇面层模壳保证了钛合金水龙头表面质量和精度；降低钛合金水龙头表面的污染反应层的厚度至≤0.05mm，提高部件性能和质量，节省原材料；实现免酸洗，减少工序和环境污染，有利于环保；且便于操作，降低劳动强度；本发明的钛合金水龙头毛坯近净成型方法可以提高成品率，大幅度降低制造成本。

附图说明

图1为的本发明所述钛合金水龙头铸件表面硬度测试结果。

具体实施方式

下面将通过几个具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例只是为了说明问题，并不是一种限制。

实施例1：

一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，包括如下步骤：

（1）制芯：根据水龙头内腔尺寸制备水龙头陶瓷型芯，然后在陶瓷型芯表面涂覆陶瓷氧化物惰性涂层；所述陶瓷氧化物惰性涂层由包括以下重量份数的组分混配而成：70份陶瓷氧化物粉、28份粘结剂、0.4份悬浮剂、0.3 份消泡剂、0.5份分散剂和0.5份润湿剂。所述陶瓷氧化物为氧化钇；所述粘结剂为改性硅溶胶，所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm；所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂；所述分散剂采用聚丙烯酸铵；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂。水龙头具有复杂的内腔结构，因此制备带有惰性涂层的陶瓷型芯制备是一个关键技术，型芯强度不足，无法承受焙烧和浇注的热冲击和应力冲击；强度太高，浇注成型后，除芯难度较大，成本高。

（2）制模：将陶瓷型芯放置在水龙头蜡模模具中，在压蜡机上压制蜡模；采用中温蜡料在大型压机上压制蜡型，以保证蜡型表面质量。蜡模制好后对其进行修型、组树，以备制壳用。

（3）制壳：型壳包括面层和背层，首先采用改性硅溶胶做粘结剂，与氧化钇粉配成面层料浆，通过浸浆、控料、撒砂工序制备氧化钇面层；然后在面层外进行逐层浸浆、撒砂、干燥制壳完成背层制备，每浸一次浆对应地撒一层砂，等前一层型壳干燥硬化后再次浸浆撒砂制下一层型壳，然后再进行封浆处理，待其干燥硬化后型壳制备完成；控制制壳的工艺参数如下：温度：22±2℃，湿度35~45%，干燥时间>8h。

具体的，面层料浆的配制方法为：将称好的改性硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；分别称取75份氧化钇粉、25份粘结剂、0.4份悬浮剂、0.5份分散剂和0.3份消泡剂，然后在面层浆料中加入0.5 份润湿剂；浆料搅拌2h混合均匀后，再将消泡剂、分散剂和悬浮剂加入搅拌均匀。所述氧化钇粉与粘结剂的重量比为3：1；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm。

背层包括6层，且从里到外逐层制备；第1层邻面层为硅溶胶和刚玉砂的混配料浆，撒100目的刚玉砂；第2-6层的浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，撒砂材料为16-60目的莫来砂，第7层为封浆层，浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，无撒砂。

型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料，因而型壳强度高，热导率与其他种类型壳（石墨型壳与难熔金属型壳）比较最小，适于浇注形状复杂的水龙头铸件。采用氧化钇面层制模工艺、通过严格控制工艺参数提高了工艺的连续性和一致性；提高产品的生产效率；大大减少了料浆浪费，产品合格率达70%以上。

（4）脱蜡：待型壳完全硬化后，将制备好的壳型进行蒸汽脱蜡，从壳型中脱除蜡模；所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0 .7MPa，脱蜡时间为15分钟，脱蜡温度为170℃。

（5）焙烧：脱蜡完成后，将经过脱蜡的型壳转移至高温焙烧炉中进行焙烧，入炉温度为200℃，缓慢升温至焙烧温度，焙烧温度为920±20℃，焙烧时间为4小时使形成壳型的浆料烧结固化，并且将残留的蜡模材料完全燃烧掉；

（6）洗壳：待焙烧后的型壳冷却后用水冲洗干净；

（7）熔炼浇注：将得到的干净型壳作为铸造的型腔，采用真空自耗电极凝壳炉熔炼钛合金并将钛合金熔体离心浇注到型腔中成型；所述钛合金是Ti-6Al-4V合金。大部分钛合金具有良好的铸造性能，均可用于铸造。Ti-6Al-4V合金的铸造工艺性能好，组织、性能稳定，在350℃以下具有良好的强度与断裂韧性。对于钛合金铸件采用真空自耗电极凝壳炉熔铸工艺，这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的，它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳，即所谓凝壳，这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬，用于形成熔池储存钛液，避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后，留在坩埚内的一层凝壳，可作为坩埚内衬继续使用。

（8）清壳：将整个型壳取出待冷却到200℃以下再进行机械清壳，敲破型壳即可取出成型的钛合金水龙头铸件，对铸件产品进行表面处理、热处理、精修，得到钛合金水龙头铸件；表面处理包括去除浇冒口、清理、抛修、吹砂处理工序；所述热处理的具体工艺参数：在620~650℃下保温10h，出炉水冷，水温为60~80℃，水冷时间为5min，然后在180~200℃下保温6h，出炉空冷。

（9）对钛合金水龙头铸件进行尺寸检验、形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。

实施例2：

一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，包括如下步骤：

（1）制芯：根据水龙头内腔尺寸制备水龙头陶瓷型芯，然后在陶瓷型芯表面涂覆陶瓷氧化物惰性涂层；所述陶瓷氧化物惰性涂层由包括以下重量份数的组分混配而成：72份陶瓷氧化物粉、24份粘结剂、0.5份悬浮剂、0.5份消泡剂、0.4份分散剂和0.4份润湿剂。所述陶瓷氧化物为氧化锆和氧化钇按照2:1的混配物；所述粘结剂为改性硅溶胶，所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm；所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂；所述分散剂采用聚丙烯酸铵；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂。水龙头具有复杂的内腔结构，因此制备带有惰性涂层的陶瓷型芯制备是一个关键技术，型芯强度不足，无法承受焙烧和浇注的热冲击和应力冲击；强度太高，浇注成型后，除芯难度较大，成本高。

（2）制模：将陶瓷型芯放置在水龙头蜡模模具中，在压蜡机上压制蜡模；采用中温蜡料在大型压机上压制蜡型，以保证蜡型表面质量。蜡模制好后对其进行修型、组树，以备制壳用。

（3）制壳：型壳包括面层和背层，首先采用改性硅溶胶做粘结剂，与氧化钇粉配成面层料浆，通过浸浆、控料、撒砂工序制备氧化钇面层；然后在面层外进行逐层浸浆、撒砂、干燥制壳完成背层制备，每浸一次浆对应地撒一层砂，等前一层型壳干燥硬化后再次浸浆撒砂制下一层型壳，然后再进行封浆处理，待其干燥硬化后型壳制备完成；控制制壳的工艺参数如下：温度：22±2℃，湿度35~45%，干燥时间>8h。

具体的，面层料浆的配制方法为：将称好的改性硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；分别称取72份氧化钇粉、16份粘结剂、0.5份悬浮剂、0.4份分散剂和0.5份消泡剂，然后在面层浆料中加入0.4份润湿剂；浆料搅拌2h混合均匀后，再将消泡剂、分散剂和悬浮剂加入搅拌均匀。所述氧化钇粉与粘结剂的重量比为4.5：1；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm。

背层包括6层，且从里到外逐层制备；第1层邻面层为硅溶胶和刚玉砂的混配料浆，撒100目的刚玉砂；第2-6层的浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，撒砂材料为16-60目的莫来砂，第7层为封浆层，浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，无撒砂。

型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料，因而型壳强度高，热导率与其他种类型壳（石墨型壳与难熔金属型壳）比较最小，适于浇注形状复杂的水龙头铸件。采用氧化钇面层制模工艺、通过严格控制工艺参数提高了工艺的连续性和一致性；提高产品的生产效率；大大减少了料浆浪费，产品合格率达70%以上。

（4）脱蜡：待型壳完全硬化后，将制备好的壳型进行蒸汽脱蜡，从壳型中脱除蜡模；所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0 .7MPa，脱蜡时间为15分钟，脱蜡温度为170℃。

（5）焙烧：脱蜡完成后，将经过脱蜡的型壳转移至高温焙烧炉中进行焙烧，入炉温度为200℃，缓慢升温至焙烧温度，焙烧温度为980±20℃，焙烧时间为3小时使形成壳型的浆料烧结固化，并且将残留的蜡模材料完全燃烧掉；

（6）洗壳：待焙烧后的型壳冷却后用水冲洗干净；

（7）熔炼浇注：将得到的干净型壳作为铸造的型腔，采用真空自耗电极凝壳炉熔炼钛合金并将钛合金熔体离心浇注到型腔中成型；所述钛合金是Ti-6Al-4V合金。大部分钛合金具有良好的铸造性能，均可用于铸造。Ti-6Al-4V合金的铸造工艺性能好，组织、性能稳定，在350℃以下具有良好的强度与断裂韧性。对于钛合金铸件采用真空自耗电极凝壳炉熔铸工艺，这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的，它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳，即所谓凝壳，这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬，用于形成熔池储存钛液，避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后，留在坩埚内的一层凝壳，可作为坩埚内衬继续使用。

（8）清壳：将整个型壳取出待冷却到200℃以下再进行机械清壳，敲破型壳即可取出成型的钛合金水龙头铸件，对铸件产品进行表面处理、热处理、精修，得到钛合金水龙头铸件；表面处理包括去除浇冒口、清理、抛修、吹砂处理工序；所述热处理的具体工艺参数：在620~650℃下保温8h，出炉水冷，水温为60~80℃，水冷时间为4min，然后在180~200℃下保温7h，出炉空冷。

（9）对钛合金水龙头铸件进行尺寸检验、形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。

实施例3：

一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，包括如下步骤：

（1）制芯：根据水龙头内腔尺寸制备水龙头陶瓷型芯，然后在陶瓷型芯表面涂覆陶瓷氧化物惰性涂层；所述陶瓷氧化物惰性涂层由包括以下重量份数的组分混配而成： 77份陶瓷氧化物粉、22份粘结剂、0.3份悬浮剂、0.4 份消泡剂、0.6份分散剂和0.3 份润湿剂。所述陶瓷氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钇按照1:1:1的混配物；所述粘结剂为改性硅溶胶，所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm；所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂；所述分散剂采用聚丙烯酸铵；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂。水龙头具有复杂的内腔结构，因此制备带有惰性涂层的陶瓷型芯制备是一个关键技术，型芯强度不足，无法承受焙烧和浇注的热冲击和应力冲击；强度太高，浇注成型后，除芯难度较大，成本高。

（2）制模：将陶瓷型芯放置在水龙头蜡模模具中，在压蜡机上压制蜡模；采用中温蜡料在大型压机上压制蜡型，以保证蜡型表面质量。蜡模制好后对其进行修型、组树，以备制壳用。

（3）制壳：型壳包括面层和背层，首先采用改性硅溶胶做粘结剂，与氧化钇粉配成面层料浆，通过浸浆、控料、撒砂工序制备氧化钇面层；然后在面层外进行逐层浸浆、撒砂、干燥制壳完成背层制备，每浸一次浆对应地撒一层砂，等前一层型壳干燥硬化后再次浸浆撒砂制下一层型壳，然后再进行封浆处理，待其干燥硬化后型壳制备完成；控制制壳的工艺参数如下：温度：22±2℃，湿度35~45%，干燥时间>8h。

具体的，所述面层料浆的配制方法为：将称好的改性硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；分别称取77份氧化钇粉、22份粘结剂、0.3悬浮剂、0.4分散剂和0.6份消泡剂，然后在面层浆料中加入0.3份润湿剂；浆料搅拌2h混合均匀后，再将消泡剂、分散剂和悬浮剂加入搅拌均匀。所述氧化钇粉与粘结剂的重量比为3.5：1；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm。

背层包括6层，且从里到外逐层制备；第1层邻面层为硅溶胶和刚玉砂的混配料浆，撒100目的刚玉砂；第2-6层的浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，撒砂材料为16-60目的莫来砂，第7层为封浆层，浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，无撒砂。

型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料，因而型壳强度高，热导率与其他种类型壳（石墨型壳与难熔金属型壳）比较最小，适于浇注形状复杂的水龙头铸件。采用氧化钇面层制模工艺、通过严格控制工艺参数提高了工艺的连续性和一致性；提高产品的生产效率；大大减少了料浆浪费，产品合格率达70%以上。

（4）脱蜡：待型壳完全硬化后，将制备好的壳型进行蒸汽脱蜡，从壳型中脱除蜡模；所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0 .7MPa，脱蜡时间为15分钟，脱蜡温度为170℃。

（5）焙烧：脱蜡完成后，将经过脱蜡的型壳转移至高温焙烧炉中进行焙烧，入炉温度为200℃，缓慢升温至焙烧温度，焙烧温度为1000±20℃，焙烧时间为5小时使形成壳型的浆料烧结固化，并且将残留的蜡模材料完全燃烧掉；

（6）洗壳：待焙烧后的型壳冷却后用水冲洗干净；

（7）熔炼浇注：将得到的干净型壳作为铸造的型腔，采用真空自耗电极凝壳炉熔炼钛合金并将钛合金熔体离心浇注到型腔中成型；所述钛合金是Ti-6Al-4V合金。大部分钛合金具有良好的铸造性能，均可用于铸造。Ti-6Al-4V合金的铸造工艺性能好，组织、性能稳定，在350℃以下具有良好的强度与断裂韧性。对于钛合金铸件采用真空自耗电极凝壳炉熔铸工艺，这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的，它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳，即所谓凝壳，这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬，用于形成熔池储存钛液，避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后，留在坩埚内的一层凝壳，可作为坩埚内衬继续使用。

（8）清壳：将整个型壳取出待冷却到200℃以下再进行机械清壳，敲破型壳即可取出成型的钛合金水龙头铸件，对铸件产品进行表面处理、热处理、精修，得到钛合金水龙头铸件；表面处理包括去除浇冒口、清理、抛修、吹砂处理工序；所述热处理的具体工艺参数：在620~650℃下保温6h，出炉水冷，水温为60~80℃，水冷时间为3min，然后在180~200℃下保温8h，出炉空冷。

（9）对钛合金水龙头铸件进行尺寸检验、形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。

实施例4

一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，包括如下步骤：

（1）制芯：根据水龙头内腔尺寸制备水龙头陶瓷型芯，然后在陶瓷型芯表面涂覆陶瓷氧化物惰性涂层；所述陶瓷氧化物惰性涂层由包括以下重量份数的组分混配而成：80份陶瓷氧化物粉、20份粘结剂、0.5份悬浮剂、0.5 份消泡剂、0.8份分散剂和0.5份润湿剂。所述陶瓷氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钇按照1:1:1的混配物；所述粘结剂为改性硅溶胶，所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm；所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂；所述分散剂采用聚丙烯酸铵；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂。水龙头具有复杂的内腔结构，因此制备带有惰性涂层的陶瓷型芯制备是一个关键技术，型芯强度不足，无法承受焙烧和浇注的热冲击和应力冲击；强度太高，浇注成型后，除芯难度较大，成本高。

（2）制模：将陶瓷型芯放置在水龙头蜡模模具中，在压蜡机上压制蜡模；采用中温蜡料在大型压机上压制蜡型，以保证蜡型表面质量。蜡模制好后对其进行修型、组树，以备制壳用。

（3）制壳：型壳包括面层和背层，首先采用改性硅溶胶做粘结剂，与氧化钇粉配成面层料浆，通过浸浆、控料、撒砂工序制备氧化钇面层；然后在面层外进行逐层浸浆、撒砂、干燥制壳完成背层制备，每浸一次浆对应地撒一层砂，等前一层型壳干燥硬化后再次浸浆撒砂制下一层型壳，然后再进行封浆处理，待其干燥硬化后型壳制备完成；控制制壳的工艺参数如下：温度：22±2℃，湿度35~45%，干燥时间>8h。

具体的，所述面层料浆的配制方法为：将称好的改性硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；分别称取80份氧化钇粉、20份粘结剂、0.5悬浮剂、0.8分散剂和0.5份消泡剂，然后在面层浆料中加入0.5份润湿剂；浆料搅拌2h混合均匀后，再将消泡剂、分散剂和悬浮剂加入搅拌均匀。所述氧化钇粉与粘结剂的重量比为4：1；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm。

背层包括6层，且从里到外逐层制备；第1层邻面层为硅溶胶和刚玉砂的混配料浆，撒100目的刚玉砂；第2-6层的浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，撒砂材料为30-60目的莫来砂，第7层为封浆层，浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，无撒砂。

型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料，因而型壳强度高，热导率与其他种类型壳（石墨型壳与难熔金属型壳）比较最小，适于浇注形状复杂的水龙头铸件。采用氧化钇面层制模工艺、通过严格控制工艺参数提高了工艺的连续性和一致性；提高产品的生产效率；大大减少了料浆浪费，产品合格率达70%以上。

（4）脱蜡：待型壳完全硬化后，将制备好的壳型进行蒸汽脱蜡，从壳型中脱除蜡模；所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0 .7MPa，脱蜡时间为15分钟，脱蜡温度为170℃。

（5）焙烧：脱蜡完成后，将经过脱蜡的型壳转移至高温焙烧炉中进行焙烧，入炉温度为200℃，缓慢升温至焙烧温度，焙烧温度为1080±20℃，焙烧时间为4小时使形成壳型的浆料烧结固化，并且将残留的蜡模材料完全燃烧掉；

（6）洗壳：待焙烧后的型壳冷却后用水冲洗干净；

（7）熔炼浇注：将得到的干净型壳作为铸造的型腔，采用真空自耗电极凝壳炉熔炼钛合金并将钛合金熔体离心浇注到型腔中成型；所述钛合金是Ti-6Al-4V合金。大部分钛合金具有良好的铸造性能，均可用于铸造。Ti-6Al-4V合金的铸造工艺性能好，组织、性能稳定，在350℃以下具有良好的强度与断裂韧性。对于钛合金铸件采用真空自耗电极凝壳炉熔铸工艺，这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的，它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳，即所谓凝壳，这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬，用于形成熔池储存钛液，避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后，留在坩埚内的一层凝壳，可作为坩埚内衬继续使用。

（8）清壳：将整个型壳取出待冷却到200℃以下再进行机械清壳，敲破型壳即可取出成型的钛合金水龙头铸件，对铸件产品进行表面处理、热处理、精修，得到钛合金水龙头铸件；表面处理包括去除浇冒口、清理、抛修、吹砂处理工序；所述热处理的具体工艺参数：在620~650℃下保温9h，出炉水冷，水温为60~80℃，水冷时间为3min，然后在180~200℃下保温6h，出炉空冷。

（9）对钛合金水龙头铸件进行尺寸检验、形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。

上述实施例1-4制备而成钛合金水龙头铸件，表面的污染反应层均小于等于0.05mm。

钛合金水龙头铸件的性能包括表面硬度测试和化学元素分析，其中，表面硬度测试结果如下如图1所示。表面硬度测试结果显示：钛合金水龙头铸件表面主要是0.05mm的急冷细晶区，几乎没有污染反应层。

另外，化学元素分析结果为：O增量＜100ppm，Y含量小于10ppm，C、H、N等间隙元素满足要求，合金性能优异。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）制芯：根据水龙头内腔尺寸制备水龙头陶瓷型芯，然后在陶瓷型芯表面涂覆陶瓷氧化物惰性涂层；所述陶瓷氧化物惰性涂层由包括以下重量份数的组分混配而成：70~80份陶瓷氧化物粉、15~30份粘结剂、0.1~0.5份悬浮剂、0.2~0.5 份消泡剂、0.5~ 1.0 份分散剂和0.1~0.5 份润湿剂；所述陶瓷氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钇中的一种或几种；所述粘结剂为改性硅溶胶，所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm；所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂；所述分散剂采用聚丙烯酸铵；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂；

（2）制模：将陶瓷型芯放置在水龙头蜡模模具中，在压蜡机上压制蜡模；

（3）制壳：首先采用改性硅溶胶做粘结剂，与氧化钇粉配成面层料浆，通过浸浆、控料、撒砂工序制备氧化钇面层；然后在面层外进行逐层浸浆、撒砂、干燥制壳完成背层制备，每浸一次浆对应地撒一层砂，等前一层型壳干燥硬化后再次浸浆撒砂制下一层型壳，然后再进行封浆处理，待其干燥硬化后型壳制备完成；控制制壳的工艺参数如下：温度：22±2℃，湿度35~45%，干燥时间>8h；

（4）脱蜡：待型壳完全硬化后，将制备好的壳型进行蒸汽脱蜡，从壳型中脱除蜡模；

（5）焙烧：脱蜡完成后，将经过脱蜡的型壳转移至高温焙烧炉中进行焙烧，使形成壳型的浆料烧结固化，并且将残留的蜡模材料完全燃烧掉；

（6）洗壳：待焙烧后的型壳冷却后用水冲洗干净；

（7）熔炼浇注：将得到的干净型壳作为铸造的型腔，采用真空自耗电极凝壳炉熔炼钛合金并将钛合金熔体离心浇注到型腔中成型；所述钛合金是Ti-6Al-4V合金，所述钛合金水龙头铸件表面的污染反应层小于等于0.05mm；

（8）清壳：将整个型壳取出待冷却到200℃以下再进行机械清壳，敲破型壳即可取出成型的钛合金水龙头铸件，对铸件产品进行表面处理、热处理、精修，得到钛合金水龙头铸件；

（9）对钛合金水龙头铸件进行尺寸检验、形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征；所述表面处理包括去除浇冒口、清理、抛修、吹砂处理工序；所述热处理的具体工艺参数：在620~650℃下保温6~10h，出炉水冷，水温为60~80℃，水冷时间为3~5min，然后在180~200℃下保温6~8h，出炉空冷。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，其特征在于：所述面层料浆的配制方法为：将称好的改性硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；分别称取70~80份氧化钇粉、15~30份粘结剂、0.1~0.5份悬浮剂、0.5~1.0份分散剂和0.2~0.5 份消泡剂，然后在面层浆料中加入0.1~0.5 份润湿剂；浆料搅拌2h混合均匀后，再将消泡剂、分散剂和悬浮剂加入搅拌均匀；

所述氧化钇粉与粘结剂的重量比为（3-5）：1；所述润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠；所述改性硅溶胶为碱性硅溶胶，pH为9-10，二氧化硅的粒径≤10nm。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，其特征在于：所述型壳的背层包括6层，且从里到外逐层制备；第1层邻面层为硅溶胶和刚玉砂的混配料浆，撒100目的刚玉砂；第2-6层的浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，撒砂材料为30-60目的莫来砂，第7层为封浆层，浆料为硅溶胶和莫来石粉的混配料浆，无撒砂。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，其特征在于：所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0 .7MPa，脱蜡时间为15分钟，脱蜡温度为170℃。

5.根据权利要求1所述的一种钛合金水龙头毛坯近净成型方法，其特征在于：所述步骤3中高温焙烧，入炉温度为200℃，缓慢升温至焙烧温度，焙烧温度为900~1100℃，焙烧时间为3~5小时。

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