CN114570882A - 一种钨面层型壳的制备方法 - Google Patents
一种钨面层型壳的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114570882A CN114570882A CN202210229823.6A CN202210229823A CN114570882A CN 114570882 A CN114570882 A CN 114570882A CN 202210229823 A CN202210229823 A CN 202210229823A CN 114570882 A CN114570882 A CN 114570882A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shell
- tungstate
- slurry
- tungsten
- surface layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 68
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 32
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 52
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 44
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 18
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 claims description 18
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 15
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 11
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 29
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 abstract description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 125
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 29
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 10
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 8
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 230000008676 import Effects 0.000 description 6
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 5
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000006255 coating slurry Substances 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HIMLGVIQSDVUJQ-UHFFFAOYSA-N aluminum vanadium Chemical compound [Al].[V] HIMLGVIQSDVUJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- XAYGUHUYDMLJJV-UHFFFAOYSA-Z decaazanium;dioxido(dioxo)tungsten;hydron;trioxotungsten Chemical compound [H+].[H+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O XAYGUHUYDMLJJV-UHFFFAOYSA-Z 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical group O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JINJMFAIGCWUDW-UHFFFAOYSA-L zirconium(2+);diacetate Chemical compound [Zr+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O JINJMFAIGCWUDW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 101150038956 cup-4 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000375 suspending agent Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
- B22C9/04—Use of lost patterns
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
- C23C18/52—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating using reducing agents for coating with metallic material not provided for in a single one of groups C23C18/32 - C23C18/50
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明提供了一种新型钨面层型壳的制备方法，属于精密铸造技术领域。本发明的制备方法包括以下步骤：将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触，进行渗透，得到中间型壳；所述钨酸盐包括钨酸铵和/或偏钨酸铵；将所述中间型壳在氢气气氛下还原，得到钨面层型壳。本发明避免了传统钨面层陶瓷型壳容易在铸件表面形成气孔、对钨粉的纯度要求较高等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及精密铸造技术领域，尤其涉及一种钨面层型壳的制备方法。
背景技术
在航空、航天和航海等国防体系中，钛铸件因其优异的化学和力学性能用量逐年增加，但钛在高温熔融的状态下几乎与所有的耐火材料发生反应。这就要求钛及钛合金精密铸造所使用的耐火材料和粘结剂必须具有非常高的化学稳定性，在高温下不和熔融钛发生反应。
目前钛铸件的主要生产技术有机加石墨型生产技术和精密铸造生产技术。前者适用于简单形状、厚大铸件和对尺寸要求不高的钛铸件生产，对于结构复杂、有不规则曲面或内部具有精细结构的零件机加石墨型制造工艺并不适用。随着工业和智能制造的发展，大型、薄壁、整体、结构复杂和高精度钛铸件的需求越来越多，这些零件只有通过精密铸造的方式进行生产。当前，钛及钛合金精密铸造所使用的面层材料主要为氧化钇，氧化钇价格昂贵，导致钛及钛合金精密铸造成本过高，严重制约钛铸件生产。据资料介绍也有用钨粉做为面层材料使用，但现在已经基本淘汰。传统的钨面层陶瓷型壳制备时，钨粉作为涂料中的填料使用，钨粉的性能对型壳的品质有重大的影响，钨粉应具有较高的纯度，杂质含量不能超标，氧、碳含量如果超标，将影响钛铸件的品质；而且，这种钨面层熔模铸造其型壳必须采用溶剂脱蜡，然后在还原性气氛下焙烧，脱蜡后沉积在型壳表面上的模料灰分很难烧掉，在浇注时很容易与液钛反应，在铸件表面形成气孔。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型钨面层型壳的制备方法，避免了传统钨面层陶瓷型壳容易在铸件表面形成气孔、对钨粉的纯度要求较高等缺陷。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种新型钨面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触，进行渗透，得到中间型壳；所述钨酸盐包括钨酸铵和/或偏钨酸铵；
将所述中间型壳在氢气气氛下还原，得到钨面层型壳。
优选的，所述还原的温度为650～900℃，保温时间为1～2小时。
优选的，所述钨酸盐溶液为钨酸盐饱和溶液。
优选的，所述钨酸盐饱和溶液的温度为15～25℃。
优选的，将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触的方式为：将钨酸盐饱和溶液倒入型腔内，塞住倒入口，摇动型壳，使型壳内表面充分接触钨酸盐饱和溶液。
优选的，当所述型壳含有型芯时，将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触还包括：将所述型芯浸没到钨酸盐饱和溶液中。
优选的，所述接触的时间为1分钟以上。
优选的，所述渗透后，还包括将所得型壳进行干燥。
优选的，所述型壳的材质为耐火材料。
优选的，所述型壳的制备方法包括以下步骤：
将第一耐火材料、粘结剂、表面活性剂和消泡剂混合，得到浆料；
将模型浸入到所述浆料中，进行挂浆，然后将第二耐火材料撒到涂挂有浆料的模型表面，干燥后去除模型，然后焙烧，得到型壳。
本发明提供了一种新型钨面层型壳的制备方法，包括以下步骤：将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触，进行渗透，得到中间型壳；所述钨酸盐包括钨酸铵和/或偏钨酸铵；将所述中间型壳在氢气气氛下还原，得到钨面层型壳。
本发明采用钨酸盐对型壳进行渗透，然后进行氢还原，钨酸铵或偏钨酸铵受热分解生成氧化钨继而被氢气还原生成钨单质附着在型壳上形成钨面层，使型壳内表面被钨粉所覆盖，不会沉积灰分，避免了由于灰分的存在导致铸件表面形成气孔的缺陷。本发明先采用物理渗透再采用化学反应的方式，所制得钨面层非常致密，减少了熔融钛与型壳材料发生反应的几率。本发明的钨面层为钨酸盐原位反应形成，避免了使用高纯度钨粉，降低了生成难度，减少了生产成本。
此外，本发明钨面层的制备是最后一步得到的，减少了传统精密铸造方法因背层操作不当对面层的破坏，进而减少了污染层的产生。背层操作不当会使面层产生裂纹，使背层浆料渗透到面层，面层是阻止钛液和耐火材料反应的保护层，面层损坏保护作用将失去。
附图说明
图1为实施例1制备的钨面层型壳的内表面；
图2为实施例1制备的钨面层型壳的外型。
具体实施方式
本发明提供了一种新型钨面层型壳的制备方法，包括以下步骤：
将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触，进行渗透，得到中间型壳；所述钨酸盐包括钨酸铵和/或偏钨酸铵；
将所述中间型壳在氢气气氛下还原，得到钨面层型壳。
本发明将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触，进行渗透，得到中间型壳。
本发明对所述型壳的来源没有特殊要求，采用本领域熟知的方法制备得到即可，如可以采用传统的挂浆工艺，也可以采用3D打印型壳。在本发明中，所述型壳的材质优选为耐火材料，更优选为铝矾土。
在本发明的实施例中，所述型壳的制备方法优选包括以下步骤：
将第一耐火材料、粘结剂、表面活性剂和消泡剂混合，得到浆料；
将模型浸入到所述浆料中，进行挂浆，然后将第二耐火材料撒到涂挂有浆料的模型表面，干燥后去除模型，然后焙烧，得到型壳。
本发明将第一耐火材料、粘结剂、表面活性剂和消泡剂混合，得到浆料。在本发明中，所述第一耐火材料优选为铝矾土；所述第一铝矾土的粒径优选小于200目。在本发明中，所述粘结剂优选为硅溶胶；所述硅溶胶中二氧化硅的重量优选为20～40％。本发明对所述粘结剂的用量没有特殊要求，确保浆料具有合适的粘度即可。在本发明中，所述浆料的粘度优选为14～22秒(詹氏四号测量杯)。在本发明中，所述第一耐火材料和粘结剂的重量比优选为2.5:1。
本发明对所述表面活性剂的种类和用量没有特殊要求，采用本领域熟知的种类和用量即可。在本发明的实施例中，所述表面活性剂的质量优选为浆料总质量的0.2％。本发明对所述消泡剂的种类和用量没有特殊要求，采用本领域熟知的种类和用量即可。在本发明的实施例中，所述消泡剂的质量优选为浆料总质量的0.5％。
得到浆料后，本发明将模型浸入到所述浆料中，进行挂浆，然后将第二耐火材料撒到涂挂有浆料的模型表面，干燥后去除模型，然后焙烧，得到型壳。
本发明对所述挂浆的过程没有特殊要求，采用本领域熟知的挂浆过程，能够确保浆料均匀地涂挂在模型表面上即可。
在本发明中，所述第二耐火材料的种类优选同第一耐火材料。在本发明中，所述第二耐火材料的用量优选根据型壳的厚度确定。本发明优选重复挂浆、撒第二耐火材料和干燥的过程多次，直至达到目标厚度。本发明对所述型壳的厚度没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际需求选择。在本发明的实施例中，所述型壳的厚度为15mm。
本发明对去除模型的方式没有特殊要求，根据模型的类型选择公知的去除方式即可。如模型为蜡模时，采用脱蜡方式去除即可；在本发明的实施例中都使用3D打印模型，不需要单独去除模型，只需要和型壳一起焙烧让里面的3D打印模燃烧即可。
本发明对所述焙烧的温度没有特殊要求，根据耐火材料的种类选择合适的焙烧温度即可。在本发明中，当所述耐火材料为铝矾土时，所述焙烧的温度优选为950～1300℃，焙烧的时间优选为1～3小时。本发明通过焙烧进一步增加型壳的烧结强度。
得到型壳后，本发明将所述型壳的内表面与钨酸盐溶液接触，进行渗透，得到中间型壳；所述钨酸盐包括钨酸铵和/或偏钨酸铵。
在本发明中，所述钨酸盐溶液优选为钨酸盐饱和溶液；所述钨酸盐饱和溶液的温度优选为15～25℃。在本发明中，所述钨酸盐饱和溶液的制备方法优选包括以下步骤：在温度为15～25℃条件下，将钨酸盐倒入去离子水中，并不断搅拌使钨酸盐充分溶解，直至钨酸盐不能再溶解为止，然后用真空抽滤机对溶液进行过滤，去除溶液中不溶解的杂质，得到钨酸盐饱和溶液，装瓶待用。
本发明优选根据需要处理的型壳大小配制不同重量的钨酸盐饱和溶液。
在本发明中，所述钨酸盐溶液与型壳内表面的接触时间优选至少为1分钟。
在本发明中，将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触的方式优选为：将钨酸盐饱和溶液倒入型腔内，塞住倒入口，摇动型壳，使型壳内表面充分接触钨酸盐饱和溶液。
当所述型壳含有型芯时，将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触优选还包括：将所述型芯浸没到钨酸盐饱和溶液中。
在本发明中，型壳的内表面与钨酸盐溶液接触后，钨酸铵会渗透到型壳的表面和空隙。
完成所述渗透后，本发明优选还包括将所得型壳进行干燥，得到表面和型壳空隙中均含有钨酸盐的中间型壳。本发明对所述干燥的条件没有特殊要求，采用本领域熟知的干燥条件即可。
得到中间型壳后，本发明将所述中间型壳在氢气气氛下还原，得到钨面层型壳。在本发明中，所述还原的温度优选为650～900℃，更优选为700～850℃；保温时间优选为1～2小时。本发明在所述还原过程中，钨酸铵或偏钨酸铵受热分解生成氧化钨继而被氢气还原生成钨单质附着在型壳上形成钨面层，使型壳内表面被钨粉所覆盖，不会沉积灰分，避免了由于灰分的存在导致铸件表面形成气孔的缺陷。本发明先采用物理渗透再采用化学反应的方式，所制得钨面层非常致密，减少了熔融钛与型壳材料发生反应的几率。本发明的钨面层为钨酸盐原位反应形成，避免了使用高纯度钨粉，降低了生成难度，减少了生产成本。
下面结合实施例对本发明提供的钨面层型壳进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例为用钨面层型壳制备TA2(以质量百分含量计，Fe≤0.3％，C≤0.1％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.25％，其余为Ti)纯钛铸件的过程和步骤:
步骤一、浆料的配制：将硅胶(SiO2含量为30wt％)加入浆桶中，加入浆料总重量0.2％的表面活性剂(德国进口DK-RS07)，经过搅拌使两者混合均匀，再加入浆料总重量0.5％的消泡剂(德国进口DK-YX108)，搅拌均匀，最后把经过磨细、过200目筛的铝钒土粉料加入硅胶中，用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度在20秒(詹氏4号杯测量)，铝钒土粉料与粘结剂的重量比为2.5:1。
步骤二、挂浆和撒砂：将3D打印的模型浸入上述配置好的涂料中，停留3秒，取出让多余的浆料滴落，不在滴落时转动模型让涂料均匀地涂挂在模型表面上，撒砂，将铝钒土砂均匀地撒在涂挂了涂料的模型上，最后放入干燥间进行干燥；重复此操作8次；最终形成的壳层厚度为15mm。
步骤三、烧结：将干燥好的型壳放入焙烧炉中进行焙烧，3D打印模在焙烧的过程中燃烧掉，焙烧温度1050℃，焙烧时间2小时，随炉冷却至室温后出炉，得到型壳。
步骤四、偏钨酸铵饱和溶液配制：在室温(23±2℃)下将偏钨酸铵加入蒸馏水中，用玻璃棒进行搅拌，200克蒸馏水共溶解600克左右偏钨酸铵。配制好偏钨酸铵饱和溶液后，用真空抽滤机对溶液进行过滤，去除溶液中不溶解的杂质。
步骤五、型壳内表面的渗透：将偏钨酸铵饱和溶液倒入型壳内，用泡沫塞塞住倒入口，缓慢摇动型壳，使型壳内表面充分接触偏钨酸铵饱和溶液，保持2分钟后倒出偏钨酸铵溶液，放置到干燥间进行干燥。
步骤六、氢气还原：将干燥好的型壳放入氢气还原炉中，随炉升温至700℃，保温1小时，使偏钨酸铵受热分解生成氧化钨继而被氢气还原生成钨面层，温度降至室温后将型壳取出，得到钨面层型壳。
图1为实施例1制备的钨面层型壳的内表面；图2为实施例1制备的钨面层型壳的外型。
TA2纯钛铸件的浇注：将熔化好的1800℃左右的纯钛金属液浇入制好的钨面层型壳，待冷却后去除型壳即制得所需TA2纯钛铸件。
经检验浇注出的TA2纯钛铸件表面无明显反应层，污染层厚度完全满足客户使用要求，表面光洁，力学性能好。
实施例2
本实施例为用钨面层型壳制备TC4(以质量百分含量计，Fe≤0.30％，C≤0.10％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.20％,，Al含量5.5～6.75％，钒含量3.5～4.5％，其余为Ti)合金铸件的过程和步骤:
步骤一、浆料的配制：将硅胶(SiO2含量为30wt％)加入浆桶中，加入浆料总重量0.2％的表面活性剂(德国进口DK-RS07)，经过搅拌使两者混合均匀，再加入浆料总重量的0.5％的消泡剂(德国进口DK-YX108)，搅拌均匀，最后把经过磨细、过200目筛的铝钒土粉料加入硅胶中，用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度大约在20秒(詹氏4号杯测量)，铝钒土粉料与粘结剂的重量比2.5:1。
步骤二、挂浆和撒砂：将3D打印的模型浸入上述配置好的涂料中，停留3秒，取出让多余的浆料滴落，不在滴落时转动模型让涂料均匀地涂挂在模型表面上，撒砂，将铝钒土砂均匀地撒在涂挂了涂料的模型上，最后放入干燥间进行干燥；根据铸件大小的不同重复此操作10次；最终形成涂层的总厚度为18mm的型壳。
步骤三、烧结：将干燥好的型壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度1050℃，焙烧时间2小时，随炉冷却至室温后出炉，得到型壳。
步骤四、偏钨酸铵饱和溶液配制：在室温(23±2℃)下将偏钨酸铵加入蒸馏水中，用玻璃棒进行搅拌，400克蒸馏水共溶解1200克左右偏钨酸铵。配制好偏钨酸铵饱和溶液后，用真空抽滤机对溶液进行过滤，去除溶液中不溶解的杂质。
步骤五、型壳内表面的渗透：将偏钨酸铵饱和溶液倒入型壳内，用泡沫塞塞住倒入口，缓慢摇动型壳，使型壳内表面充分接触偏钨酸铵饱和溶液，保持2分钟后倒出偏钨酸铵溶液，放置到干燥间进行干燥。
步骤六、氢气还原：将干燥好的型壳放入氢气还原炉中，随炉升温至700℃，保温1小时，使偏钨酸铵受热分解生成氧化钨继而被氢气还原生成钨面层，温度降至室温后将型壳取出，得到钨面层型壳。
TC4合金的浇注：将熔化好的TC4合金浇入制好的钨面层型壳，待冷却后去除型壳即制得所需TC4合金铸件。
经检验浇注出的TC4合金铸件表面无明显反应层，表面光洁，合金性能良好。
实施例3
本实施例为用钨面层型壳制备TiAl(以质量百分含量计，包括30％Al，6％Nb，1.5％Mo，1.5％Cr，其余为Ti)合金铸件的过程和步骤:
步骤一、浆料的配制：将硅胶(SiO2含量为30wt％)加入浆桶中，加入浆料总重量0.2％的表面活性剂，经过搅拌使两者混合均匀，再加入浆料总重量的0.5％的消泡剂，搅拌均匀，最后把经过磨细、过200目筛的铝钒土粉料加入硅胶中，用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度大约在20秒(詹氏4号杯测量)，铝钒土粉料与粘结剂的重量比2.5:1。
步骤二、挂浆和撒砂：将3D打印的模型浸入上述配置好的涂料中，停留3秒，取出让多余的浆料滴落，不在滴落时转动模型让涂料均匀地涂挂在模型表面上，撒砂，将铝钒土砂均匀地撒在涂挂了涂料的模型上，最后放入干燥间进行干燥；根据铸件大小的不同重复此操作8次；最终形成涂层的总厚度为15mm的型壳。
步骤三、烧结：将干燥好的型壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度1050℃，焙烧时间2小时，随炉冷却至室温后出炉，得到型壳。
步骤四、偏钨酸铵饱和溶液配制：在室温(23±2℃)下将偏钨酸铵加入蒸馏水中，用玻璃棒进行搅拌，100克蒸馏水共溶解300克左右偏钨酸铵。配制好偏钨酸铵饱和溶液后，用真空抽滤机对溶液进行过滤，去除溶液中不溶解的杂质。
步骤五、型壳内表面的渗透：将偏钨酸铵饱和溶液倒入型壳内，用泡沫塞塞住倒入口，缓慢摇动型壳，使型壳内表面充分接触偏钨酸铵饱和溶液，保持2分钟后倒出偏钨酸铵溶液，放置到干燥间进行干燥。
步骤六、氢气还原：将干燥好的型壳放入氢气还原炉中，随炉升温至700℃，保温1小时，使偏钨酸铵受热分解生成氧化钨继而被氢气还原生成钨面层，温度降至室温后将型壳取出，得到钨面层型壳。
TiAl合金的浇注：将熔化好的TiAl合金浇入制好的钨面层型壳，待冷却后去除型壳即制得所需TiAl合金铸件。
经检验浇注出的TiAl合金铸件表面无明显反应层，表面光洁，合金性能良好。
对比例1
本实施例为用传统钨面层型壳制备TA2(以质量百分含量计，Fe≤0.3％，C≤0.1％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.25％，其余为Ti)纯钛铸件的过程和步骤:
步骤一、面层浆料的配制：将精密铸造用粘结剂二醋酸锆加入浆桶中，加入浆料总重量0.2％的表面活性剂(德国进口DK-RS07)，再加入浆料总重量0.5％的消泡剂(德国进口DK-YX108)，最后加入浆料总重量0.1％的悬浮剂(羧甲基纤维素钠)，搅拌均匀后依次加入填料325目钨粉和阻化剂325目仲钨酸铵，再用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度在35～45秒(詹氏4号杯测量)，钨粉与二醋酸锆的重量比为4.5:1，阻化剂仲钨酸铵的加入量为浆料总重量的1％。
步骤二、面层浆料的涂挂和撒砂：将3D打印的模型浸入上述配置好的涂料中，停留3秒，取出让多余的浆料滴落，不在滴落时转动模型让涂料均匀地涂挂在模型表面上，撒砂，将石英砂均匀地撒在涂挂了浆料的模型上，最后放入干燥间进行干燥。
步骤三、背层浆料的配制：将硅胶加入浆桶中，加入浆料总重量0.2％的表面活性剂，再加入浆料总重量的0.5％的消泡剂，搅拌均匀，最后把经过磨细、过200目筛的铝钒土粉料加入硅胶中，用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度大约在20秒(詹氏4号杯测量)，铝钒土粉料与粘结剂的重量比2.5:1。
步骤四、背层浆料涂挂和撒砂：将涂挂了面层浆料并干燥后的模型再浸入上述配置好的背层浆料中，停留3秒，取出让多余的浆料滴落，不在滴落时转动模型让涂料均匀地涂挂在模型表面上，撒砂，将铝钒土砂均匀地撒在涂挂了背层浆料的模型上，最后放入干燥间进行干燥；根据铸件大小的不同重复此操作7次；最终形成涂层的总厚度为15mm。
步骤五、烧结：将干燥好的型壳放入氢气还原炉中进行焙烧，3D打印模在焙烧的过程中燃烧掉，焙烧温度1050℃，焙烧时间2小时，随炉冷却至室温后出炉，得到型壳。
TA2纯钛铸件的浇注：将熔化好的1800℃左右的纯钛金属液浇入制好的钨面层型壳，待冷却后去除型壳即制得所需TA2纯钛铸件。
经检验浇注出的TA2纯钛铸件表面气孔较多，铸件表面质量差。
由以上实施例和对比例可知，本发明提供了一种新型钨面层型壳的制备方法，避免了直接将钨粉作为面层材料使用，减少了铸件表面气孔，降低了对面层原料钨粉的纯度要求。
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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型钨面层型壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触，进行渗透，得到中间型壳；所述钨酸盐包括钨酸铵和/或偏钨酸铵；
将所述中间型壳在氢气气氛下还原，得到钨面层型壳。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原的温度为650～900℃，保温时间为1～2小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钨酸盐溶液为钨酸盐饱和溶液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钨酸盐饱和溶液的温度为15～25℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触的方式为：将钨酸盐饱和溶液倒入型腔内，塞住倒入口，摇动型壳，使型壳内表面充分接触钨酸盐饱和溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述型壳含有型芯时，将型壳的内表面与钨酸盐溶液接触还包括：将所述型芯浸没到钨酸盐饱和溶液中。
7.根据权利要求1、5或6所述的制备方法，其特征在于，所述接触的时间为1分钟以上。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述渗透后，还包括将所得型壳进行干燥。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述型壳的材质为耐火材料。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述型壳的制备方法包括以下步骤：
将第一耐火材料、粘结剂、表面活性剂和消泡剂混合，得到浆料；
将模型浸入到所述浆料中，进行挂浆，然后将第二耐火材料撒到涂挂有浆料的模型表面，干燥后去除模型，然后焙烧，得到型壳。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210229823.6A CN114570882A (zh) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | 一种钨面层型壳的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210229823.6A CN114570882A (zh) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | 一种钨面层型壳的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114570882A true CN114570882A (zh) | 2022-06-03 |
Family
ID=81778965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210229823.6A Pending CN114570882A (zh) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | 一种钨面层型壳的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114570882A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3422880A (en) * | 1966-10-24 | 1969-01-21 | Rem Metals Corp | Method of making investment shell molds for the high integrity precision casting of reactive and refractory metals |
| US3743003A (en) * | 1971-06-03 | 1973-07-03 | Rem Metals Corp | Making investment shell molds inhibited against reaction with molten reactive and refractory casting metals |
| GB1362229A (en) * | 1970-12-30 | 1974-07-30 | Stauffer Chemical Co | Praparation of shell moulds |
| US3994346A (en) * | 1972-11-24 | 1976-11-30 | Rem Metals Corporation | Investment shell mold, for use in casting of reacting and refractory metals |
| US4135030A (en) * | 1977-12-23 | 1979-01-16 | United Technologies Corporation | Tungsten impregnated casting mold |
| US5927379A (en) * | 1996-09-26 | 1999-07-27 | Pcc Structurals, Inc. | Infiltration method for producing shells useful for investment casting |
| CN105195674A (zh) * | 2015-11-02 | 2015-12-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种含钨的TiAl合金熔模精密铸造高惰性型壳的制备方法 |
| CN106363131A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-02-01 | 上海万泽精密铸造有限公司 | 钛合金铸造用陶瓷型壳面层改性的方法 |
| WO2018023833A1 (zh) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | 苏州聚复高分子材料有限公司 | 一种基于3d打印技术的金属铸造件制备方法 |
-
2022
- 2022-03-10 CN CN202210229823.6A patent/CN114570882A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3422880A (en) * | 1966-10-24 | 1969-01-21 | Rem Metals Corp | Method of making investment shell molds for the high integrity precision casting of reactive and refractory metals |
| GB1362229A (en) * | 1970-12-30 | 1974-07-30 | Stauffer Chemical Co | Praparation of shell moulds |
| US3743003A (en) * | 1971-06-03 | 1973-07-03 | Rem Metals Corp | Making investment shell molds inhibited against reaction with molten reactive and refractory casting metals |
| CH554204A (fr) * | 1971-06-03 | 1974-09-30 | Rem Metals Corp | Moule carapace pour la coulee de metaux reactifs et refractaires. |
| GB1394872A (en) * | 1971-06-03 | 1975-05-21 | Rem Metals Corp | Investment shell moulds |
| US3994346A (en) * | 1972-11-24 | 1976-11-30 | Rem Metals Corporation | Investment shell mold, for use in casting of reacting and refractory metals |
| US4135030A (en) * | 1977-12-23 | 1979-01-16 | United Technologies Corporation | Tungsten impregnated casting mold |
| US5927379A (en) * | 1996-09-26 | 1999-07-27 | Pcc Structurals, Inc. | Infiltration method for producing shells useful for investment casting |
| CN105195674A (zh) * | 2015-11-02 | 2015-12-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种含钨的TiAl合金熔模精密铸造高惰性型壳的制备方法 |
| WO2018023833A1 (zh) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | 苏州聚复高分子材料有限公司 | 一种基于3d打印技术的金属铸造件制备方法 |
| CN106363131A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-02-01 | 上海万泽精密铸造有限公司 | 钛合金铸造用陶瓷型壳面层改性的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 中国有色金属工业协会: "中国冶金、有色金属、黄金成本手册", 东北工学院出版社, pages: 257 * |
| 黄东,谢成木,南海,吴鹤,赵嘉琪: "国外钛合金熔模铸造耐火材料的研究", 特种铸造及有色合金, no. 03, pages 47 - 49 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103071764B (zh) | 用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳的制备方法 | |
| EP2153919B1 (en) | High emittance shell molds for directional casting | |
| CN102990006B (zh) | 一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳及其制备方法 | |
| CN108516803B (zh) | 一种镁铝尖晶石增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN108484182B (zh) | 一种氧化镁晶须原位合成镁铝尖晶石增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN110280717B (zh) | 一种喷墨粘接三维打印砂型钛合金铸造工艺 | |
| CN109909445B (zh) | 抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳及制备方法 | |
| EP0910488A1 (en) | Inert calcia facecoats for investment casting of titanium and titanium-aluminide alloys | |
| CN108275988B (zh) | 一种改进的硅基陶瓷型芯制备方法 | |
| CN108299001B (zh) | 一种硅基陶瓷型芯成型方法 | |
| US4026344A (en) | Method for making investment casting molds for casting of superalloys | |
| WO2019196180A1 (zh) | 一种尖晶石增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN102962401A (zh) | 一种用于钛及钛合金精密铸造的SrZrO3型壳及其制备方法 | |
| JP4918227B2 (ja) | 多層セラミックシェル鋳型を製造する方法とその使用 | |
| CN101429045B (zh) | 醋酸锆粘结氧化钇模壳及其制备方法 | |
| CN114570882A (zh) | 一种钨面层型壳的制备方法 | |
| EP0016127B1 (en) | Ceramic shell mold | |
| CN108530094B (zh) | 一种碱式硫酸镁晶须原位合成镁铝尖晶石增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN110625067A (zh) | 一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法 | |
| JPH0413437A (ja) | 高融点活性金属鋳造用鋳型材料 | |
| CN108484181B (zh) | 一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN111659855A (zh) | 原位生成莫来石晶须增强的NbSi合金定向凝固用陶瓷型壳制备方法 | |
| CN112475231A (zh) | 一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法 | |
| JPH05169185A (ja) | 活性金属精密鋳造用無機バインダー及び鋳型材 | |
| JP3269474B2 (ja) | 高強度精密鋳造鋳型およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220603 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |