CN113996759B - 一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件及其铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铸造铝锂合金相关技术领域，其公开了一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件及其铸造方法，所述方法包括以下步骤：(1)将面层涂料涂在待制造铝锂合金铸件的三维模型的表面上以得到面层；其中，所述面层涂料的组分包括抑制剂；(2)在所述面层上制备背层后，依次去除三维模型及焙烧以得到型壳；(3)在所述型壳的内表面上制备石墨涂层；(4)将铝锂合金液浇注到所述型壳内，进而得到铝锂合金铸件；其中，所述铝锂合金液在与所述型壳接触时先与所述面层涂料中的抑制剂反应而成形一层锂化物薄膜，所述锂化物薄膜抑制所述型壳与所述铝锂合金液的反应。本发明减弱了铝锂合金和型壳的界面反应，提高铝锂合金铸件的性能。

Description

一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件及其铸造方法
技术领域
本发明属于铸造铝锂合金相关技术领域，更具体地，涉及一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件及其铸造方法。
背景技术
铝锂合金具有密度低、比强度和比刚度高、耐蚀性和抗疲劳性能好等诸多优点，在航空航天等领域具有十分广阔的应用前景。目前，铸造铝锂合金普遍采用砂型铸造的方法制备，但是由于Li的性质极其活泼，极易与铸型中的粘结剂、固化剂和型砂发生反应，金属-铸型不良的界面反应造成铸件表面质量差和铸件较多气孔、夹杂等缺陷，使得铸件性能较差，难以满足使用要求。哈尔滨工业大学安阁英等人在《铝锂合金与铸型表面作用》的研究中指出黏土砂铸型汇合铝锂合金发生剧烈反应使铸件表面形成粘砂层，水玻璃砂与合金反应在表面形成细小蜂窝状毛刺，与树脂砂反应表面形成一层黑色物质。中山理工大学C.H.TONG等人在《CASTABILITY OF Al-Li-Mg AND Al-Li-Cu-Mg ALLOYS》一文中研究了各种A1-Li合金的铸造特性以及它们与铸型的相互作用，结果表明，采用树脂粘结剂的砂型浇注铝锂合金铸件存在严重的气孔缺陷。国外的C.R.Chakravorty等人在《Metal-MouldReactions in casting Aluminium-Lithium Alloys in Sodium-silicate-bonded SandMoulds》中研究了铝锂合金与水玻璃砂铸型的界面反应，研究表明当合金熔体与水玻璃/铝酸盐粘结剂砂型接触时，会发生剧烈的反应，造成铸件大量的气孔缺陷。从上述的研究可以发现，不论是黏土砂型、树脂砂型还是水玻璃砂型都易于铝锂合金发生剧烈的反应，造成粘砂、毛刺、表面增碳、皮下气孔等缺陷，这主要是由于铸型中的粘结剂和型砂极易与合金中的Li发生，金属液与粘结剂会产生大量的氢气和碳化物造成气孔和表面增碳等缺陷，与型砂发生反应造成粘砂和毛刺等缺陷。因此，如何减弱或者消除铝锂合金与铸型中的型砂和粘结剂的反应是制备高性能铝锂合金的关键。
壳型铸造是一种精密铸造方法，具有铸件表面尺寸精度高和粗糙度低等优点，可以减少加工余量，十分适合制备高精度、高性能、形状复杂的零件，并且由于经过焙烧的型壳几乎无粘结剂残留，相比于砂型铸造，减少了金属-铸型界面反应的接触物，因此，是一种潜在的制备铝锂合金铸件的方法。但是，目前型壳铸造主要集中在钛合金、镁合金和其他系的铝合金的研究中，目前还未见报道关于铝锂合金的壳型铸造的研究。对于低温金属，壳型铸造的型壳主要是由铝矾土、莫来石等材料组成，粘结剂主要是硅溶胶、锆溶胶、钇溶胶等无机粘结剂，虽然型壳焙烧后不存在有机粘结剂的影响，但是型壳中的材质仍然会与Li发生反应。例如铝矾土和莫来石中的SiO2和Al2O3能与Li发生如下反应：Li+SiO2+Al2O3→LiAl(SiO3)2，Li也能单独和Al2O3或SiO2反应生成铝酸锂或硅酸锂，这些反应产物一方面会进入铸件内部形成夹杂缺陷，另一方面形成界面反应层，降低了表面精度和增加了表面粗糙度，从而降低了铸件的性能。目前，市场上还没有公开的用于抑制壳型铸造铝锂合金界面反应的方法。因此，为解决上述难题，急需开发出一种能够抑制壳型铸造铝锂合金界面反应的方法，提高铝锂合金的性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件及其铸造方法，所述方法通过在面层涂料中添加抑制剂和型壳内涂覆石墨涂层，减少了型壳和铝锂合金之间的界面反应，从而提高了铝锂合金铸件的表面质量，减少了铸件气孔、夹杂等缺陷，提高了铝锂合金铸件的性能。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，所述铸造方法主要包括以下步骤：
(1)将面层涂料涂在待制造铝锂合金铸件的三维模型的表面上以得到面层；其中，所述面层涂料的组分包括抑制剂；
(2)在所述面层上制备背层后，依次去除三维模型及焙烧以得到型壳；
(3)在所述型壳的内表面上制备石墨涂层；
(4)将铝锂合金液浇注到所述型壳内，进而得到铝锂合金铸件；其中，所述铝锂合金液在与所述型壳接触时先与所述面层涂料中的抑制剂反应而成形一层锂化物薄膜，所述锂化物薄膜抑制所述型壳与所述铝锂合金液的反应。
进一步地，所述三维模型的材料为泡沫或/及石蜡。
进一步地，所述抑制剂为LiCl+LiF或KCl+LiF；LiCl与LiF组成的抑制剂中，LiCl和LiF的质量比为5:1～3:1；KCl与LiF组成的抑制剂中，KCl和LiF的质量比为2:1～1:1。
进一步地，所述面层涂料的组分还包括耐火粉末、粘结剂、润湿剂、悬浮剂及消泡剂，所述耐火材料为铝矾土粉、锆英粉、镁橄榄石粉、氧化钇、钇稳定氧化锆中的任意一种；所述粘结剂为硅溶胶、锆溶胶、醋酸锆和钇溶胶中的任意一种；所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，分散剂为羟甲基纤维素或锂基膨润土，消泡剂为正辛醇。
进一步地，面层涂料的制备包括以下步骤：先将抑制剂加入到耐火粉末中搅拌均匀，然后将混合均匀的耐火粉料与抑制剂分批次加入到粘结剂中，边加粉料边施加机械搅拌，待粉料全部加入到粘结剂中后，加入润施剂和悬浮剂，继续搅拌0.5h～2h，最后加入消泡剂，以得到所述面层涂料。
进一步地，背层的组成原料包括耐火粉末、粘结剂、润湿剂、悬浮剂和消泡剂；背层包括依次贴合在一起的第一背层、第二背层及第三背层，所述第一背层设置在所述面层上；所述第三背层的材料与所述第二背层的材料相同，第一背层和第二背层的粘度分别为18～25及8～15。
进一步地，步骤(3)中，先将石墨粉、酚醛树脂和乙醇混合配置成石墨涂料，再将该石墨涂料均匀的涂覆在型壳内表面；之后，点燃石墨涂料后使型壳内表面形成一层石墨涂层。
进一步地，酚醛树脂作为粘结剂加入到乙醇中，待酚醛树脂完全溶解于乙醇后加石墨粉，以得到石墨涂料；酚醛树脂占乙醇总重的1wt.％～3wt.％；石墨粉选择400目～800目的鳞片状石墨，占乙醇总重量的30wt.％～50wt.％。
进一步地，步骤(2)中，失模的烘干温度为180℃～250℃，采用的升温速率为3℃/min～6℃/min，烘干时间为1h～2h；型壳焙烧的温度为750℃～950℃，采用的升温速率为5℃/min～10℃/min，焙烧时间为2h～6h。
按照本发明的另一方面，提供了一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件，所述铝锂合金铸件是采用如上所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法制备而成的。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件及其铸造方法主要具有以下有益效果：
1.本发明采用壳型铸造来制备铝锂合金铸件，相比于砂型铸造，由于无粘结剂的存在，从而消除了粘结剂对铝锂合金界面反应的不利影响，可以减少铸件气孔缺陷。
2.所述面层涂料的组分包括抑制剂，所述铝锂合金液在与所述型壳接触时先与所述面层涂料中的抑制剂反应而成形一层锂化物薄膜，致密的锂化物薄膜能够阻碍型壳材料和金属液的反应，从而减少或消除界面反应以及夹杂等缺陷，显著提高了铝锂合金铸件的质量。
3.本发明通过在型壳内表面涂刷石墨涂料以实现型壳与金属液之间的物理隔离，由于石墨和Li不反应，从而消除了金属液与型壳接触发生界面反应造成的不利影响，进而由于面层材料含有抑制剂，使得同时采用了物理隔离及化学隔离两种手段共同抑制了金属-铸型界面反应，显著提高了铝锂合金铸件的质量。
4.所述抑制剂为LiCl+LiF或KCl+LiF，铝锂合金液与抑制剂反应形成致密的Li化物薄膜，该薄膜较为致密，能够阻碍型壳和铝锂合金液的反应。
附图说明
图1是本发明提供的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法的流程示意图；
图2是本发明所构建的型壳的局部剖视图；
图3是本发明实施例1所述方法制备的铝锂合金铸件横截边缘SEM图像；
图4是对比例1所述方法制备的铝锂合金铸件横截边缘SEM图像；
图5是对比例2所述方法制备的铝锂合金铸件横截面的放大图像；
图6是对比例2所述方法制备的铝锂合金铸件横截边缘SEM图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，所述铸造方法通过面层涂料中添加抑制剂，以减弱铝锂合金和型壳的界面反应，提高了铝锂合金的性能。其中，采用壳型铸造制造铝锂合金铸件，相比于砂型铸造，从而消除了粘结剂对铝锂合金界面反应的不利影响，可以减少铸件气孔缺陷。具体地，砂型铸造需要使用耐火材料及粘结剂，铝锂合金铸件所存在的主要问题就是由这两种材料导致的，一个是铝锂合金和耐火材料反应而造成粘砂缺陷，另一个是铝锂合金和粘结剂反应，造成轻气孔等缺陷，而壳型铸造减少了粘结剂的选择，而无粘结剂在焙烧过程中，其水会被去除，最后只有耐火材料，克服了气孔缺陷。
请参阅图1，所述铸造方法主要包括以下步骤：
S1制备模型
使用泡沫或者石蜡制备待制造铝锂合金铸件的三维模型。其中，EPS泡沫模型表面需要经过浸涂液体石蜡实现表面光整处理。
S2制备含抑制剂的面层
具体地，将耐火粉末、粘结剂、润湿剂、悬浮剂、消泡剂和抑制剂按一定比例混合均匀以得到面层涂料，将面层涂料均匀的涂刷在步骤S1中的模型表面，然后立即再撒上面层耐火材料，并进行干燥处理以得到含抑制剂的面层。
本实施方式中，面层涂料的耐火粉末的材料为铝矾土粉、锆英粉、镁橄榄石粉、氧化钇、钇稳定氧化锆中的任意一种，耐火粉末的目数为200目～400目；粘结剂的材料为硅溶胶、锆溶胶、醋酸锆和钇溶胶中的任意一种；表面润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)，分散剂为羟甲基纤维素或锂基膨润土，消泡剂为正辛醇；抑制剂为LiCl+LiF或KCl+LiF，LiCl、LiF和KCl的目数和耐火粉末的目数保持一致，LiCl和LiF的质量比为5:1～3:1，KCl和LiF的质量比为2:1～1:1，抑制剂的重量为耐火粉料总质量的1wt.％～3wt.％。
面层涂料的制备包括以下步骤：先将抑制剂加入到耐火粉末中搅拌均匀，然后将混合均匀的耐火粉料与抑制剂分批次加入到粘结剂中，边加粉料边施加机械搅拌，待粉料全部加入到粘结剂中后，加入润施剂和悬浮剂，继续搅拌0.5h～2h，最后加入消泡剂，以得到所述面层涂料。其中，通过调整耐火粉料和粘结剂的比例，使浆料的粘度达到30～40。
涂上面层涂料后，立即撒上耐火粉料，对应的耐火粉料为80目～120目的铝矾土、锆英粉、镁橄榄石、氧化钇和钇稳定氧化锆中的任意一种。
撒上耐火材料后进行干燥处理，干燥的方式为烘干箱烘干，烘干温度为30℃～70℃，湿度为40％～60％，时间为2h～6h。
S3制备背层
分别配制第一背层涂料、第二背层涂料和第三背层涂料以备用，将S2中干燥后的模型涂刷第一背层涂料，涂刷第一背层涂料后撒上背层耐火材料；干燥后涂刷第二背层涂料，然后再次撒上背层耐火材料；最后涂刷第三背层涂料，不撒耐火粉料，干燥后备用。
本步骤中，背层涂料的成分包括耐火粉末、粘结剂、润湿剂、悬浮剂和消泡剂，耐火粉料为200目～400目的铝矾土，粘结剂为固含量为30％～50％的碱性硅溶胶，润施剂、悬浮剂和消泡剂和步骤S2中的相同。其中，通过调整耐火粉料和粘结剂的质量比例，使第一背层和第二背层的粘度分别达到18～25、8～15，第三背层的涂料和第二背层的涂料相同。第一背层涂料和第二背层涂料的耐火材料分别为40目～80目的铝矾土和10目～30目的铝矾土。
在步骤S3中，撒上耐火材料后进行干燥处理，干燥的方式为烘干箱烘干，烘干温度为30℃～70℃，湿度为40％～60％，时间为2h～6h。
S4型壳失模与焙烧
将S3步骤中的模型放入烘箱中，浇口朝下，浇口下方放置一个铁制托盘，缓慢升温加热至一定温度，使泡沫或者石蜡模样变成液态流出，将液态的物质取出后，继续升温至较高温度焙烧，得到具有一定强度的型壳。
其中，失模的烘干温度为180℃～250℃，升温速率为3℃/min～6℃/min，烘干时间为1h～2h；型壳焙烧的温度为750℃～950℃，升温速率为5℃/min～10℃/min，焙烧时间为2h～6h。
S5壳型内表面涂石墨涂料：将石墨粉、酚醛树脂和乙醇混合配置成石墨涂料，将该石墨涂料均匀的涂覆在S4中的型壳内表面，点燃石墨涂料后使型壳内表面形成一层石墨涂层。
在步骤S5中，酚醛树脂作为粘结剂加入到乙醇中，酚醛树脂占乙醇总重的1wt.％～3wt.％；待酚醛树脂完全溶解于乙醇后加石墨粉，石墨粉选择400目～800目的鳞片状石墨，占乙醇总重量的30wt.％～50wt.％。
S6熔炼与浇注
将纯铝、铝铜中间合金放入熔炼炉中加热直至金属完全熔化，将锂颗粒使用铝箔包裹分批次加入到金属液中，精炼后备用。将S5中的型壳放入烘箱中预热，取出型壳，型壳中通氩气，将配置好的金属液浇注到型壳中，待金属液凝固后，清理型壳和浇注系统，获得铝锂合金铸件。
在步骤S6中，金属液中锂的加入量为2wt.％～3wt.％，Cu的加入量为1wt.％～1.5wt.％；型壳的预热温度为200℃～300℃，预热时间2h～4h，型壳取出后通氩气2min～5min，浇注温度为730℃～760℃。
请参阅图2，本发明还提供了一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件，所述铝锂合金铸件是采用如上所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法制备而成的。
以下以具体实施例来对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
请参阅图1，本发明实施例1提供了一种采用型壳抑制壳型铸造铝锂合金界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，该方法包括以下步骤：
(a)制备模型
具体包括以下步骤：首先，使用三维软件设计待制造铝锂合金铸件的三维形貌，通过机床加工的方式对EPS泡沫进行加工，获得所需的泡沫模型，泡沫模型经过浸涂液体石蜡实现表面光整处理。
(b)制备含抑制剂的面层，具体包括以下步骤：
1)将200目的LiCl和LiF按质量比3:1的比例混合均匀，加入到200目的铝矾土粉末中，LiCl+LiF的重量是铝矾土粉末的3wt.％。混合均匀后分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为3.5。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇来消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到步骤2)得到的涂料中，取出后立即均匀撒上100目的铝矾土并后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(c)制备第一层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为3。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后立即均匀撒上40目的铝矾土并送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(d)制备第二层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为2.5。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后立即均匀撒上20目的铝矾土，撒上粉料后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(e)制备第三层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为2.5。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(f)型壳失模与焙烧，具体包括以下步骤：
1)将步骤(e)中的模型放入烘箱中，浇口朝下，浇口下方放置一个铁制托盘，以4℃/min的升温速率缓慢加热至200℃，保温1h，使泡沫或者石蜡模样变成液态流出。
2)将液态的物质取出后，以6℃/min的升温速率升温至800℃，保温4h，降温后取出型壳。
(g)在壳型内表面涂石墨涂料，具体包括以下步骤：
1)将酚醛树脂粉末加入到乙醇中，酚醛树脂占乙醇总重的2wt.％。
2)待酚醛树脂完全溶解于乙醇后分批次加石墨粉，边加石墨粉边施加机械搅拌，石墨粉为600目的鳞片状石墨，占乙醇总重量的40wt.％，搅拌1h后备用。
3)将上述石墨涂料从浇口处灌入型壳中，用塑料薄膜将浇口密封，然后不同方向翻转型壳，直至石墨涂料均匀地涂抹在型壳内表面，然后去除浇口处的塑料薄膜，将剩余涂料倒出来。接着，点燃石墨涂料，直至涂料中的乙醇完全燃尽，使型壳内表面涂敷上一层石墨涂层。型壳的构成如图2所示。
(h)熔炼与浇注，包括以下步骤：
1)将纯铝、铝铜中间合金放入熔炼炉中加热直至金属完全熔化，将锂颗粒使用铝箔包裹分批次加入到金属液中，金属液中锂的加入量为3wt.％，Cu的加入量为1.5wt.％，精炼后备用。
2)将步骤(f)中的型壳放入烘箱中加热至200℃保温2h，取出型壳，型壳中通氩气3min，将配置好的金属液浇注到型壳中，浇注温度为740℃，待金属液凝固后，清理型壳和浇注系统，以获得铝锂合金铸件。
自所获得的铝锂合金铸件横截面宏观图像可以看出铸件横截面几乎没有气孔和缩松缩孔等缺陷，铸件边缘平整。铸件横截面边缘的SEM图像如图3所示，无夹杂和缩松缩孔缺陷，界面层较薄，约为10μm。
实施例2
(a)制备模型
具体包括以下步骤：首先，使用三维软件设计待制造铝锂合金铸件的三维形貌及石蜡模型的模具，将液态石蜡灌入模具中，冷却后取出，得到待制造铝锂合金铸件的石蜡模型。
(b)制备含抑制剂的面层，具体包括以下步骤：
1)将200目的KCl和LiF按质量比2:1的比例混合均匀，加入到200目的锆英粉中，KCl+LiF的重量是锆英粉的3wt.％。混合均匀后分批次加入到固含量为30％的锆溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为3.5。
2)待粉末完全加入到锆溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇来消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到步骤2)得到的涂料中，取出后立即均匀撒上100目的锆英粉后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(c)制备第一层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为3。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后立即均匀撒上40目的铝矾土并送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(d)制备第二层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为2.5。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后立即均匀撒上20目的铝矾土，撒上粉料后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(e)制备第三层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为2.5。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(f)型壳失模与焙烧，具体包括以下步骤：
1)将步骤(e)中的模型放入烘箱中，浇口朝下，浇口下方放置一个铁制托盘，以4℃/min的升温速率缓慢加热至200℃，保温1h，使泡沫或者石蜡模样变成液态流出。
2)将液态的物质取出后，以6℃/min的升温速率升温至800℃，保温4h，降温后取出型壳。
(g)在壳型内表面涂石墨涂料，具体包括以下步骤：
1)将酚醛树脂粉末加入到乙醇中，酚醛树脂占乙醇总重的2wt.％。
2)待酚醛树脂完全溶解于乙醇后分批次加石墨粉，边加石墨粉边施加机械搅拌，石墨粉为600目的鳞片状石墨，占乙醇总重量的40wt.％，搅拌1h后备用。
3)将上述石墨涂料从浇口处灌入型壳中，用塑料薄膜将浇口密封，然后不同方向翻转型壳，直至石墨涂料均匀地涂抹在型壳内表面，然后去除浇口处的塑料薄膜，将剩余涂料倒出来。接着，点燃石墨涂料，直至涂料中的乙醇完全燃尽，使型壳内表面涂敷上一层石墨涂层。
(h)熔炼与浇注，包括以下步骤：
1)将纯铝、铝铜中间合金放入熔炼炉中加热直至金属完全熔化，将锂颗粒使用铝箔包裹分批次加入到金属液中，金属液中锂的加入量为3wt.％，Cu的加入量为1.5wt.％，精炼后备用。
2)将步骤(f)中的型壳放入烘箱中加热至200℃保温2h，取出型壳，型壳中通氩气3min，将配置好的金属液浇注到型壳中，浇注温度为740℃，待金属液凝固后，清理型壳和浇注系统，以获得铝锂合金铸件。
实施例3
该实施例中，步骤与参数的设置与实施例1相同，不同之处在于，在步骤(g)的1)中酚醛树脂占乙醇总重的3wt.％，石墨粉占乙醇重量的50％。
实施例4
该实施例中，步骤与参数的设置与实施例2相同，不同之处在于，在步骤(b)的1)中耐火粉料为200目的氧化钇粉，粘结剂为钇溶胶，粉液比为4。
对比例1
(a)制备模型
具体包括以下步骤：首先，使用三维软件设计待制造铝锂合金铸件的三维形貌，通过机床加工的方式对EPS泡沫进行加工，获得所需的泡沫模型，泡沫模型经过浸涂液体石蜡实现表面光整处理。
(b)制备含抑制剂的面层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为3.5。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇来消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到步骤2)得到的涂料中，取出后立即均匀撒上100目的铝矾土并后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(c)制备第一层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为3。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后立即均匀撒上40目的铝矾土并送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(d)制备第二层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为2.5。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后立即均匀撒上20目的铝矾土，撒上粉料后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(e)制备第三层背层，具体包括以下步骤：
1)将200目的铝矾土粉末分批次加入到固含量为30％的碱性硅溶胶中，边加粉末边进行机械搅拌，粉液比为2.5。
2)待粉末完全加入到硅溶胶中后，依次添加脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)作为润湿剂、羟甲基纤维素作为悬浮剂，搅拌1h后停止，加入消泡剂正辛醇以消除因为搅拌产生的气泡。
3)将泡沫模型浸入到上述涂料中，取出后送入温度为50℃、湿度为50％的烘干箱中进行烘干，烘干时间为4h。
(f)型壳失模与焙烧，具体包括以下步骤：
1)将步骤(e)中的模型放入烘箱中，浇口朝下，浇口下方放置一个铁制托盘，以4℃/min的升温速率缓慢加热至200℃，保温1h，使泡沫或者石蜡模样变成液态流出。
2)将液态的物质取出后，以6℃/min的升温速率升温至800℃，保温4h，降温后取出型壳。
(g)熔炼与浇注，包括以下步骤：
1)将纯铝、铝铜中间合金放入熔炼炉中加热直至金属完全熔化，将锂颗粒使用铝箔包裹分批次加入到金属液中，金属液中锂的加入量为3wt.％，Cu的加入量为1.5wt.％，精炼后备用。
2)将步骤(f)中的型壳放入烘箱中加热至200℃保温2h，取出型壳，型壳中通氩气3min，将配置好的金属液浇注到型壳中，浇注温度为740℃，待金属液凝固后，清理型壳和浇注系统，以获得铝锂合金铸件。自该铝锂合金铸件的横截面可以看出铸件横截面存在较多缩孔缺陷，铸件边缘凹凸不平。横截面边缘SEM图像如图4所示，可以发现铸件存在夹杂和缩松缩孔等缺陷，界面层较厚，约为20μm。
对比例2
选用砂型铸造制备铝锂合金，砂型的耐火材料为50～100目的石英砂，粘结为呋喃树脂，粘结剂加入量为石英砂重量的1.2wt.％，固化剂为树脂的50wt.％。浇注铝锂合金后得到的铝锂合金铸件横截面宏观图像如图5所示，可以发现铸件存在许多气孔缺陷。横截面边缘SEM图像如图6所示，可以发现铸件存在明显的气孔和夹杂缺陷，界面层厚度较厚，约为30μm。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法包括以下步骤：
(1)将面层涂料涂在待制造铝锂合金铸件的三维模型的表面上以得到面层；其中，所述面层涂料的组分包括抑制剂；
(2)在所述面层上制备背层后，依次去除三维模型及焙烧以得到型壳；
(3)在所述型壳的内表面上制备石墨涂层；
(4)将铝锂合金液浇注到所述型壳内，进而得到铝锂合金铸件；其中，所述铝锂合金液在与所述型壳接触时先与所述面层涂料中的抑制剂反应而成形一层锂化物薄膜，所述锂化物薄膜抑制所述型壳与所述铝锂合金液的反应；所述石墨涂层在所述型壳与铝锂合金液之间形成物理隔离。
2.如权利要求1所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于：所述三维模型的材料为泡沫或/及石蜡。
3.如权利要求1所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于：所述抑制剂为LiCl+LiF或KCl+LiF；LiCl与LiF组成的抑制剂中，LiCl和LiF的质量比为5:1～3:1；KCl与LiF组成的抑制剂中，KCl和LiF的质量比为2:1～1:1，抑制剂的重量为耐火粉料总质量的1～3wt.％。
4.如权利要求1所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于：所述面层涂料的组分还包括耐火粉末、粘结剂、润湿剂、悬浮剂及消泡剂，所述耐火材料为铝矾土粉、锆英粉、镁橄榄石粉、氧化钇、钇稳定氧化锆中的任意一种；所述粘结剂为硅溶胶、锆溶胶、醋酸锆和钇溶胶中的任意一种；所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，分散剂为羟甲基纤维素或锂基膨润土，消泡剂为正辛醇；涂上面层涂料后，立即撒上耐火粉料，耐火粉料的目数为80～120目。
5.如权利要求4所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于：面层涂料的制备包括以下步骤：先将抑制剂加入到耐火粉末中搅拌均匀，然后将混合均匀的耐火粉料与抑制剂分批次加入到粘结剂中，边加粉料边施加机械搅拌，待粉料全部加入到粘结剂中后，加入润施剂和悬浮剂，继续搅拌0.5h～2h，最后加入消泡剂，耐火粉料和粘结剂的粉液比为3.5～4，使得到的浆料的粘度达到30～40，以得到所述面层涂料。
6.如权利要求1所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于：背层的组成原料包括耐火粉末、粘结剂、润湿剂、悬浮剂和消泡剂；背层包括依次贴合在一起的第一背层、第二背层及第三背层，所述第一背层设置在所述面层上；所述第三背层的材料与所述第二背层的材料相同，第一背层和第二背层的涂料的粉液比分别为3～3.5和2.5～3。
7.如权利要求1所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于：步骤(3)中，先将石墨粉、酚醛树脂和乙醇混合配置成石墨涂料，再将该石墨涂料均匀的涂覆在型壳内表面；之后，点燃石墨涂料后使型壳内表面形成一层石墨涂层。
8.如权利要求7所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于：酚醛树脂作为粘结剂加入到乙醇中，待酚醛树脂完全溶解于乙醇后加石墨粉，以得到石墨涂料；酚醛树脂占乙醇总重的1wt.％～3wt.％；石墨粉选择400目～800目的鳞片状石墨，占乙醇总重量的30wt.％～50wt.％。
9.如权利要求1所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法，其特征在于：步骤(2)中，失模的烘干温度为180℃～250℃，采用的升温速率为3℃/min～6℃/min，烘干时间为1h～2h；型壳焙烧的温度为750℃～950℃，采用的升温速率为5℃/min～10℃/min，焙烧时间为2h～6h。
10.一种采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件，其特征在于：所述铝锂合金铸件是采用权利要求1-9任一项所述的采用型壳抑制界面反应的铝锂合金铸件的铸造方法制备而成的。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114985673B (zh) * 2022-05-26 2023-09-01 华中科技大学 适用于砂型铸造铝锂合金的硅酸锂作为粘结剂的铸造涂料
CN114733997B (zh) * 2022-06-13 2022-08-30 中国航发北京航空材料研究院 一种精密砂型铸造型芯用涂料及其制备方法
CN117753928B (zh) * 2024-02-22 2024-04-26 潍坊卓安重工科技有限公司 利用球墨铸铁制造球磨机端盖的消失模铸造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0221249A2 (en) * 1985-11-04 1987-05-13 Aluminum Company Of America Parting composition

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102294436B (zh) * 2011-09-19 2013-01-02 哈尔滨实钛新材料科技发展有限公司 一种钛合金及钛铝合金的低成本精密铸造方法
CN103736978A (zh) * 2013-12-31 2014-04-23 华中科技大学 一种降低钛铝基合金熔体与石墨铸型界面反应的方法
CN106493287B (zh) * 2016-11-28 2019-02-01 上海航天精密机械研究所 铸造用氧化钇型壳的制备方法
CN107159869B (zh) * 2017-04-19 2018-12-21 沈阳铸造研究所 一种用于易氧化金属的熔模精密铸造型壳的制备方法
CN110834063A (zh) * 2018-08-16 2020-02-25 湖北谷城锐丰机械有限公司 一种铝锂合金铸件的砂型铸造工艺
CN110004328B (zh) * 2019-03-08 2020-11-06 上海交通大学 一种耐蚀铸造铝锂合金及其制备方法
CN111085658B (zh) * 2020-01-10 2020-12-29 上海交通大学 用于铝锂合金砂型铸造的多层复合铸型涂料及其涂敷方法
CN112439874A (zh) * 2020-10-10 2021-03-05 上海交通大学 高温合金铸件精密铸造用陶瓷型壳材料及制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0221249A2 (en) * 1985-11-04 1987-05-13 Aluminum Company Of America Parting composition

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