CN113857424A

CN113857424A - 钛合金熔模铸造型壳面层涂料及制备方法

Info

Publication number: CN113857424A
Application number: CN202110944128.3A
Authority: CN
Inventors: 李程; 彭德林
Original assignee: Chengdu Xingyu Precision Casting Co ltd
Current assignee: Chengdu Xingyu Precision Casting Co ltd
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2041-08-17
Also published as: CN113857424B

Abstract

本发明中公开了一种钛合金熔模铸造型壳面层涂料及制备方法，所述钛合金熔模铸造型壳面层涂料，包括耐火材料粉末和粘结剂，所述粘结剂由碳酸锆钾和碳酸锆铵按任意比例混合组成。本发明型壳面层涂料能够很好地适用于钛合金熔模铸造型壳的制备，在钛合金的熔模铸造过程中不会对钛合金造成污染，并且在型壳的制备过程中能够满足传统水蒸气脱蜡工艺处理的要求，同时能够避免涂料中粘结剂的过快挥发而导致的型壳开裂，以及产生刺激性气味的问题。

Description

钛合金熔模铸造型壳面层涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及熔模铸造技术领域，特别涉及一种钛合金熔模铸造型壳面层涂料及制备方法。

背景技术

钛合金是一种优良的结构材料，具有密度小、比强度高、耐腐蚀、生物相容性好等一系列优异的性能，被广泛应用于航空航天、远洋运输、能源、化工、医疗卫生等行业。钛合金铸件更有其独特的优越性，尤其是熔模精密铸件过程中，形状可任意复杂，可近无余量甚至无余量整体成形。然而，由于钛是一种极为活泼的化学元素，液钛几乎与所有造型材料均有不同程度的化学反应，这些反应可增大钛铸件的脆性，增大富氧层厚度和α脆性层厚度，而这些缺陷会严重影响钛铸件的力学性能，给钛合金的铸造带来了较大的困难。这就需要钛合金铸造过程中使用的面层型壳耐火材料及粘接剂具有较高的化学稳定性，以降低钛液与型壳发生化学反应的概率，进而降低表面污染层的产生。因此，熔模型壳的制备工艺是钛合金精密铸造的最大难点，而关键环节在于型壳面层的制备。

在钛合金的熔模铸造中，粘结剂对于型壳面层的制备具有重要影响。目前钛合金的熔模铸造中通常采用氧化锆溶液、乙酸锆、碳酸锆铵作为面层涂料的粘结剂。采用氧化锆溶液、乙酸锆等酸性粘结剂组分作为粘结剂时，往往不能采用传统水蒸气方法进行脱蜡处理，需要采用溶剂法将蜡从壳膜中溶出，或采用隧道炉加热的方式将蜡从壳膜中融化出来，这两种方式都存在需要再次回收处理蜡料的环节，导致工艺复杂、回收处理周期长，增加了工艺的生产成本及周期。

碳酸锆铵作为常用的熔模铸造粘结剂，属于碱性粘结剂组分，采用碳酸锆铵的面层涂料能够采用水蒸气方法进行脱蜡，与传统的熔模精密工艺相匹配，生产成本较低；但碳酸锆铵溶液极易挥发，使型壳在制备过程中容易开裂，且对干燥操作的要求比较严格，难以保证型壳的质量，并且碳酸锆铵在使用过程中存在较大的刺激性气味，给面层涂料的使用带来了很大的不便。

发明内容

本发明针对现有钛合金熔模铸造中存在的上述技术问题，提供一种钛合金熔模铸造型壳面层涂料及制备方法，能够很好地适用于钛合金的铸造，不会对钛合金造成污染，并且在型壳的制造过程中使其能够满足传统水蒸气脱蜡工艺处理的要求，同时能够避免涂料中粘结剂的过快挥发而导致的型壳开裂，以及产生刺激性气味的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

钛合金熔模铸造型壳面层涂料，包括耐火材料粉末和粘结剂，所述粘结剂由碳酸锆钾和碳酸锆铵按任意比例混合组成。

上述技术方案中，进一步地，按重量计所述粘结剂由1％-99％的碳酸锆钾和1％-99％的碳酸锆铵组成。

上述技术方案中，进一步地，按重量计所述粘结剂中碳酸锆钾的占比为20％-50％。

上述技术方案中，进一步地，所述耐火材料粉末由规格为325目的粉末和规格为200目的粉末组成，其中325目粉末的重量占比为60％-95％，200目粉末的重量占比为5％-40％。

上述技术方案中，进一步地，所述耐火材料粉末为二氧化锆、三氧化二钇。

上述技术方案中，进一步地，还包括有湿润剂、消泡剂。

上述技术方案中，进一步地，所述湿润剂采用碱性湿润剂。

上述技术方案中，进一步地，所述湿润剂的pH值＞8。

本发明中还涉及钛合金熔模铸造型壳面层涂料制备方法，包括以下步骤：

将粘结剂加入容器中，搅拌混合均匀，在搅拌过程中加入湿润剂；

将325目的耐火材料粉末分批加入到容器中搅拌均匀，然后加入200目的耐火材料粉末，持续搅拌一定时间后加入消泡剂，搅拌均匀，得到型壳面层涂料。

上述技术方案中，进一步地，将制备得到的型壳面层涂料连续搅拌24-48小时后使用。

在熔模铸造工艺中，粘结剂是影响熔模铸造铸件质量最为关键的材料，其对型壳的室温/高温强度的影响很大。粘结剂的选择直接影响熔模铸造铸件的尺寸精度及表面粗糙度。在钛合金的熔模铸造中，对型壳面层涂料中粘结剂的要求是不与耐火材料发生化学反应，与粉体混合而成的涂料要具有良好的工艺性能，高温烧结后的产物要具有高的热稳定性，并且在浇注时不与熔融钛发生物理化学反应。目前常用于钛合金的面层粘结剂可分为碳质粘结剂和氧化物粘结剂；其中氧化物粘结剂主要有钇溶胶、二醋酸锆、碳酸锆铵、硅溶胶。其中，以二醋酸锆应用最为广泛；钇溶胶在使用过程中会与空气中的二氧化碳发生一定的反应，产生白色沉淀物，并且任何影响涂料pH值的添加物都会使涂料的性能发生变化，甚至胶凝；碳酸锆铵属于一种碱性粘结剂，存在易挥发导致型壳容易开裂的问题，并且由于其在使用过程中具有一定的刺激性气味，限制了其作为粘结剂的应用。

综上，目前还没有任何碳酸锆钾在钛合金熔模铸造中用于型壳面层涂料的应用；发明人在研究中发现碳酸锆钾具有很好的亲水性，在与其它碱性粘结剂如碳酸锆铵混合使用时，能够使制备的型壳在干燥时减缓水分的迁移，很好地解决了型壳开裂的问题，使碳酸锆钾作为钛合金熔模铸造型壳面层涂料的粘结剂进行使用成为可能。

本发明型壳面层涂料中通过不同的粘结剂组分，相比于采用单一碳酸锆铵组分粘结剂的涂料，具有更好的干燥稳定性；由于单一碳酸锆铵组分粘结剂极易挥发，使得制备的型壳干燥速度难以控制，粘结剂过快挥发后容易造成型壳开裂，型壳的质量难以得到保证。在粘结剂中添加一定的碳酸锆钾，由于碳酸锆钾具有亲水性，在干燥时水分迁移慢，型壳干燥时水分不容易散失，与碳酸锆铵之间形成有效的补充，有效抑制了型壳干燥过程中水分的迁移，很好地解决了型壳开裂的问题，干燥4-16小时不会发生开裂现象，干燥过程控制方便，并能很好地保证型壳的质量。

本发明型壳面层涂料中所采用的碳酸锆钾不会与活泼的钛合金发生反应，在钛合金的熔模铸造过程中不会造成对钛合金的污染。

同时，本发明型壳面层涂料中的粘结剂采用碳酸锆钾与碳酸锆铵的混合物，用碳酸锆钾替代部分碳酸锆铵，能够减少涂料中碳酸锆铵的使用量，从而减轻涂料使用及型壳制备过程中产生的刺激性气味对环境的影响。

采用本发明型壳面层复合涂料所制备的型壳，在制备过程中能够采用水蒸气方法脱蜡，可减少蜡回收处理的工艺环节，降低生产成本。

具体实施方式

本发明为一种钛合金熔模铸造型壳面层涂料，包括耐火材料粉末和粘结剂，所述粘结剂由碳酸锆钾和碳酸锆铵按任意比例混合组成。

在一实施例中，按重量计所述粘结剂由1％-99％的碳酸锆钾和1％-99％的碳酸锆铵组成。

在一实施例中，按重量计所述粘结剂中碳酸锆钾的占比为20％-50％。

在一实施例中，本发明型壳面层涂料中所采用的耐火材料粉末由规格为325目的粉末和规格为200目的粉末组成，其中325目粉末的重量占比为60％-95％，200目粉末的重量占比为5％-40％。其中，所采用的耐火材料粉末为二氧化锆、三氧化二钇。

在一实施例中，本发明型壳面层涂料还包括有湿润剂、消泡剂。湿润剂采用碱性湿润剂，湿润剂的pH值＞8。

本发明中还涉及一种钛合金熔模铸造型壳面层涂料制备方法，包括以下步骤：

将325目的耐火材料粉末分批加入到容器中搅拌均匀，然后加入200目的耐火材料粉末，持续搅拌一定时间后加入消泡剂，搅拌均匀，得到型壳面层复合涂料；

对制备得到的型壳面层复合涂料连续搅拌24-48小时后使用，以得到更好的使用效果和使用性能。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的具体实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

以下实施例中各组分的占比均按质量分数计。

实施例1

将粘结剂加入容器中，粘结剂由20％的碳酸锆钾和80％的碳酸锆铵组成，搅拌混合均匀，在搅拌过程中加入碱性湿润剂；

将325目的耐火材料粉末分批逐渐加入到容器中搅拌2-5分钟，然后加入200目的耐火材料粉末，其中所用的耐火材料粉末中325目粉末的占比为60％，200目粉末的占比为40％，持续搅拌1小时后加入消泡剂，搅拌均匀，将得到的涂料继续搅拌48小时后用于制备型壳。

需要说明的是，这里粘结剂、耐火材料粉末、湿润剂、消泡剂采用现有的常规配比，本发明不涉及对具体复合涂料组分配比的改进，且该含有碳酸锆钾的粘结剂的使用不存在对复合涂料组分在配比上的影响；因此，本领域技术人员在现有技术的基础上容易得到各组分的一个较优的配比，并且为了方便在性能上的对比，本发明所提供的多个实施例与对比例中，制备涂料所采用的粘结剂、耐火材料粉末、湿润剂、消泡剂的配比均相同。

本实施例中所制备的型壳面层涂料、型壳制备过程中的性能、所制备的型壳及铸件的相关性能检测结果见表1。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，在涂料的制备中，采用的粘结剂由30％的碳酸锆钾和70％的碳酸锆铵组成；所采用耐火材料粉末中325目粉末的占比为80％，200目粉末的占比为20％。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，在涂料的制备中，采用的粘结剂由50％的碳酸锆钾和50％的碳酸锆铵组成；所采用耐火材料粉末中325目粉末的占比为95％，200目粉末的占比为5％。

对比例

本对比例与上述实施例的区别在于，在型壳面层涂料的制备中，采用的粘结剂为仅包括碳酸锆铵的单一组分。

本对比例所制备的型壳面层涂料、型壳制备过程中的性能、所制备的型壳及铸件的相关性能检测结果见表1。

表1本发明实施例与对比例性能检测结果对比

从上述实施例与对比例之间的性能对比可以看出，采用本发明粘结剂所制备的型壳面层涂料在湿润性、涂挂性、所制备的型壳强度及铸造得到的铸件质量及对铸件成分的影响等性能方面均等同或优于采用碳酸锆铵作为粘结剂所制备的涂料，并且能够明显减少刺激性气味的产生，消除型壳干燥开裂的问题，型壳干燥操作时的参数范围较款，方便对型壳的干燥成型，具有更好的综合使用效果。

本发明的说明书被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出的一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims

1.钛合金熔模铸造型壳面层涂料，其特征在于，包括耐火材料粉末和粘结剂，所述粘结剂由碳酸锆钾和碳酸锆铵按任意比例混合组成。

2.根据权利要求1所述的钛合金熔模铸造型壳面层涂料，其特征在于，按重量计所述粘结剂由1％-99％的碳酸锆钾和1％-99％的碳酸锆铵组成。

3.根据权利要求2所述的钛合金熔模铸造型壳面层涂料，其特征在于，按重量计所述粘结剂中碳酸锆钾的占比为20％-50％。

4.根据权利要求1、2或3所述的钛合金熔模铸造型壳面层涂料，其特征在于，所述耐火材料粉末由规格为325目的粉末和规格为200目的粉末组成，其中325目粉末的重量占比为60％-95％，200目粉末的重量占比为5％-40％。

5.根据权利要求1所述的钛合金熔模铸造型壳面层涂料，其特征在于，所述耐火材料粉末为二氧化锆、三氧化二钇。

6.根据权利要求1所述的钛合金熔模铸造型壳面层涂料，其特征在于，还包括有湿润剂、消泡剂。

7.根据权利要求6所述的钛合金熔模铸造型壳面层涂料，其特征在于，所述湿润剂采用碱性湿润剂。

8.根据权利要求7所述的钛合金熔模铸造型壳面层涂料，其特征在于，所述湿润剂的pH值＞8。

9.钛合金熔模铸造型壳面层涂料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的钛合金熔模铸造型壳面层涂料制备方法，其特征在于，将制备得到的型壳面层涂料连续搅拌24-48小时后使用。