CN114951549A - 一种改善燃气轮机叶片表面粘砂的陶瓷型壳的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改善燃气轮机叶片表面粘砂的陶瓷型壳的制备方法。本发明在配制面层浆料时，采用特定粗细的Al2O3粉以一定比例搭配形成混合粉，并引入一定量的按特定比例配置的金属氧化物混合粉，再与硅溶胶、润湿剂及消泡剂以一定比例搭配，可有效降低型壳表面层孔隙率，减轻物理粘砂倾向，而且可以防止陶瓷型壳中的低价氧化物与熔融合金中的活性元素反应，从而减少和防止熔融合金中的活性元素转入陶瓷型壳内，消除了化学粘砂倾向，提高了叶片表面质量。在涂挂时，采用底柱组合方式的蜡模，在涂挂时，控制面层和加固层的涂挂工艺，配合面层和加固层原料，从而使所得陶瓷型壳化学稳定性好，表面致密度高，从而解决和改善叶片表面粘砂问题。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷型壳领域，特别涉及一种改善燃气轮机叶片表面粘砂的陶瓷型壳的制备方法。
背景技术
电厂发电用燃气轮机中使用的关键热端部件一、二级大型导向和涡轮叶片，目前基本采用定向柱晶或单晶高温合金，通过定向凝固技术制造。而国内目前尚无制造能力。因此，重型燃气轮机定向结晶叶片的材料与制造技术，目前已成为我国自主发展先进燃机装备业的瓶颈。
定向凝固精密铸造过程大致如下：采用型壳作为“容器”，在高温状态下向型壳内浇注金属液，使型壳内充满熔融金属，经定向凝固，得到铸件，如单晶定向叶片等。其中，型壳与熔融金属的界面作用既有热机械渗透作用，又有热物理化学作用；而定向凝固过程中，合金在型壳内保持液态的时间长达几十分钟到几小时，型壳材料各组分很容易与液态合金发生化学反应。因此，定向凝固所用型壳的表面层耐火材料不仅要软化点高，杂质含量低，而且材料本身的化学稳定性要好，以防止型壳表面与熔融合金发生化学反应。
由于重型燃气轮机中使用的单晶定向叶片尺寸越来越大，内部及外部形状越来越复杂，因燃机叶片使用工况恶劣，需要叶片具备较高的承温能力及耐热腐蚀能力，因此为满足叶片上述性能要求，就需要增加难熔合金元素及相应含量，难熔元素的增多即要求提高叶片定向凝固温度及浇注温度等冶炼参数，进而需要型壳适应更复杂的冶炼环境，对于型壳的化学稳定性要求也越来越高，由此容易导致叶片表面容易产生粘砂等问题。该粘砂严重降低叶片力学性能，产生缩孔裂纹等危险缺陷。因此，探索一种化学稳定性高的陶瓷型壳的制备工艺，改善大型复杂结构燃气轮机叶片表面粘砂问题，保证叶片表面质量成为科研生产中的迫切需要。
现有技术中有一些陶瓷型壳的相关技术方案，如下所示：
1.公开号为CN112676535 A的专利申请公开了制备一种能抑制与高温合金熔体之间的界面反应的陶瓷型壳，该型壳用于高温合金叶片的浇注成形。主要步骤为：对蜡膜进行面层浆料涂挂，涂挂后再进行干燥处理，在蜡膜上获得陶瓷型壳的第一面层；对第一面层进行N次背层浆料涂挂、干燥处理，在第一面层上获得陶瓷型壳的背层；在每一次背层浆料涂挂完成后，先在涂挂的背层浆料上撒上砂粒，再进行干燥处理；在第2次至第N-1次中的至少一次涂挂的背层浆料上撒的砂粒为碳酸钙砂粒；对背层进行面层浆料涂挂，涂挂后再进行干燥处理，在背层上获得陶瓷型壳的第二面层；最后焙烧处理，得到陶瓷型壳。
2.公开号为CN109909445B的发明专利公开了一种抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳制备方法：在搅拌状态下，将电熔刚玉粉以及六方氮化硼、煅烧高岭土和二氧化钛的复合粉体、乳胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和防腐剂加入到硅溶胶中后，继续搅拌2～12h，得到陶瓷型壳的面层涂料，制备陶瓷型壳。该技术方案目的在于抑制“润湿～反应”所造成的化学粘砂，减少金属熔体机械热渗透所造成的粘砂。
3.公开号为CN106734853B的发明公开了一种镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳的制备工艺，该工艺方法中铝溶胶与刚玉粉重量比例为1：(3.5～4.25)，润湿剂和消泡剂的体积均为铝溶胶体积的0.1～0.15％。该技术方案在于改善杂质元素硅在单晶定向凝固过程中由型壳进入合金液污染合金，进而保证铸件合金质量。
4.公开号为CN110465625A的专利申请公开了一种改善高温合金定向凝固铸件物理粘砂的陶瓷型壳制备方法。型壳制备方法中特点有：在底注式浇注系统的底部横浇道内放置过滤网；面层料浆的组成为：刚玉粉EC95、硅溶胶830、润湿剂JFC和消泡剂正辛醇；其中刚玉粉EC95是由粒度W28的EC95与粒度W14的EC95按照1:1的重量比例混合而成。该技术方案目的在于能够减轻铸件物理粘砂倾向，改善铸件表面质量，提高铸件合格率。
5.公开号为CN108723297B的发明公开了一种大尺寸复杂结构定向凝固合金用陶瓷型壳的制备方法。该方法主要包括型壳制备、型壳的脱蜡和型壳的焙烧过程，在型壳涂挂操作时，在涂挂第5-11层中的某一层时进行一次或多次的强化处理。在加固层料浆中浸泡过的碳纤维编织布紧密覆盖在型壳表面，再在型壳外部均匀涂刷一层加固层料浆；自然干燥12h后再涂制下一层涂料。该技术方案目的在于增强型壳强度，改善型壳开裂几率，预防型壳开裂漏钢。
6.公开号为CN111545711A的专利申请公开了一种高温合金LMC定向凝固用抗热冲击陶瓷型壳的制备方法。型壳制备过程中，在蜡模第5-6层或5-7层涂挂金属陶瓷层料浆，该金属陶瓷层料浆的组成为：硅溶胶(1430)、润湿剂(JFC)、消泡剂(正辛醇)、EC95(320目)和金属粉，其中：EC95(320目)与金属粉的重量比例为4:(0.25～1)，EC95(320目)与金属粉的重量之和与硅溶胶重量的比例为(2～4.25)：1；型壳中复合金属陶瓷层的引入提高了型壳的导热性、断裂韧性和抗弯强度，极大改善了陶瓷型壳的抗热震性，防止LMC过程铸件表面受锡污染，从而改善铸件LMC过程中的表面质量。
7.公开号为CN109108224A的专利申请公开了一种铌硅基合金叶片定向凝固熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，步骤包括：在搅拌状态下，将氧化钙稳定的二氧化锆与六方氮化硼的混合粉体、聚醋酸乙烯乳液、润湿剂、消泡剂、分散剂和防腐剂加入到二醋酸锆溶胶中后，继续搅拌，得到陶瓷型壳的面层涂料；将氧化钙稳定的二氧化锆粉、粉状氧化锆纤维、聚醋酸乙烯乳液、消泡剂、分散剂和防腐剂加入到二醋酸锆溶胶中后得到陶瓷型壳的背层涂料，制作型壳。该工艺下制造的陶瓷型壳可以承受2000℃的高温而不变形，在定向凝固超高温度梯度下不开裂。
8.公开号为CN112439874A的专利申请公开了一种高温合金铸件精密铸造用陶瓷型壳材料及制备方法，通过将洁净干燥的叶片蜡模模组浸入面层涂料，待涂料均匀涂挂于蜡模表面后，均匀撒上作为耐火填料的锆英砂或电熔刚玉砂，在室温下待其干燥；将模组背层涂料沾浆后，均匀撒上作为耐火填料的烧结莫来石砂，充分干燥，重复背层涂料沾浆直至型壳达到所需厚度，再用背层涂料进行封浆和干燥；将干燥好的型壳置于高压蒸汽脱蜡釜中脱蜡，在空气中于850～1100℃下焙烧2～6h，空冷至室温，即得到陶瓷型壳。该技术方案制作的型壳具有高的湿强度和高温强度、低的残余强度，且透气性、退让性、溃散性优良；与普通的型壳相比，背层涂挂次数减少，厚度降低，利于增加铸件凝固冷却时的散热速度，提升铸件冶金质量。
然而，以上现有技术的工艺方法、制造步骤无法满足用于制造化学稳定性高的陶瓷型壳，进而无法解决改善大型复杂结构燃气轮机叶片表面粘砂的问题，叶片表面质量无法满足设计要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改善燃气轮机叶片表面粘砂的陶瓷型壳的制备方法。本发明制备的陶瓷型壳能够有效解决燃气轮机叶片表面粘砂的问题，使燃气轮机叶片表面的粘砂现象得到明显改善。
本发明提供了一种改善燃气轮机叶片表面粘砂的陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：
a)配制面层浆料：将面层原料混合，得到面层浆料；
所述面层原料包括以下组分：
Al2O3粗细混合粉；
硅溶胶，所述硅溶胶与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为1∶(4.5～6)；
润湿剂，所述润湿剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
消泡剂，所述消泡剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
氧化物粉，所述氧化物粉与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为(3～8)∶100；
其中：
所述Al2O3粗细混合粉为320目Al2O3粉和1000目Al2O3粉的混合粉；
所述硅溶胶为JN30硅溶胶；
所述润湿剂为JFC润湿剂；
所述消泡剂为正辛醇；
所述氧化物粉为HfO2粉、Y2O3粉和Cr2O3粉；
b)配制加固层浆料：将加固层原料混合，得到加固层浆料；
所述加固层原料包括以下组分：
EC95粉；
硅溶胶，所述硅溶胶与所述EC95粉的质量比为1∶(1.5～2.5)；
润湿剂，所述润湿剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
消泡剂，所述消泡剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
其中：
所述硅溶胶为JN30硅溶胶；
c)型壳涂挂：
①在蜡模上涂挂面层浆料、撒砂、干燥，形成面层；
②在所述面层上涂挂加固层浆料、撒砂、干燥，形成加固层；
d)脱蜡、焙烧：
对步骤c)得到的型壳脱蜡后，进行焙烧，得到陶瓷型壳；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
优选的，所述Al2O3粗细混合粉中，320目Al2O3粉∶1000目Al2O3粉的质量比为3∶1。
优选的，所述面层原料中，HfO2粉、Y2O3粉和Cr2O3粉的质量比为1∶1∶1；
所述氧化物粉的细度为2000目；
所述氧化物粉占所述面层浆料总质量的5wt％。
优选的，所述加固层原料中，所述EC95粉的细度为320目；
所述蜡模均采用底注组合方式。
优选的，所述步骤①中，所述涂挂面层浆料的层数为1～2层；最后1层面层浆料涂挂完成后再进行撒砂处理；
所述步骤②中，所述涂挂加固层浆料的层数为8层；在第8层之前的所有层，涂挂每一层加固层浆料后均进行撒砂处理。
优选的，所述步骤①中，所述撒砂为撒100#刚玉砂；
所述步骤②中：涂挂第一层加固层浆料时，撒60#EC95砂；涂挂第二层加固层浆料时，撒36#刚玉砂；涂挂第三～七层加固层浆料时，均撒24#EC95砂。
优选的，所述步骤d)中，所述脱蜡在高压脱蜡釜中进行；
所述脱蜡的条件为：压力0.6～0.7MPa，温度165～170℃。
优选的，所述步骤d)中，所述焙烧的条件为：温度1200℃，时间≥2h。
优选的，所述步骤a)中，所述混合具体包括：先将硅溶胶、润湿剂和消泡剂混合，再加入Al2O3粗细混合粉搅拌2～3h，然后再加入氧化物粉继续搅拌2～3h，最后再倒入L型涂料搅拌机中搅拌48～50h，得到面层浆料；
所述搅拌的速率为90～100rpm。
优选的，所述步骤b)中，所述混合具体包括：将硅溶胶、润湿剂和消泡剂混合，再在搅拌条件下加入EC95粉，加料完毕后，继续搅拌24～26h，得到加固层浆料；所述搅拌的速率为90～120rpm。
本发明在配制面层浆料时，采用特定粗细的Al2O3粉以一定比例搭配形成混合粉，并引入一定量的按特定比例配置的金属氧化物混合粉，再与硅溶胶、润湿剂及消泡剂以一定比例搭配，可有效降低型壳表面层孔隙率，减轻物理粘砂倾向，而且可以防止陶瓷型壳中的低价氧化物与熔融合金中的活性元素反应，从而减少和防止熔融合金中的活性元素转入陶瓷型壳内，消除了化学粘砂倾向，提高了叶片表面质量。在制备加固层浆料时，将特定的EC95粉与硅溶胶、润湿剂、消泡剂以一定比例结合，与面层能够较好的配合，提高结合力。在型壳涂挂时，采用底柱组合方式的蜡模，使所得型壳可以有效降低金属液对叶片型壳表面的冲刷，提高叶片表面质量；而且，在涂挂时，控制面层和加固层的涂挂工艺，配合面层和加固层原料，从而使所得陶瓷型壳化学稳定性好，表面致密度高。
试验结果表明，采用本发明制备的陶瓷型壳，能够明显改善铸件的粘砂现象，优化和消除了叶片表面粘砂倾向，提高了叶片表面质量，能够满足大尺寸定向/单晶叶片生产的需要。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为底柱组合蜡模的示意图；
图2为对比例1中叶片粘砂情况观测图；
图3为对比例2中叶片粘砂情况观测图；
图4为对比例3中叶片粘砂情况观测图；
图5为实施例1中叶片粘砂情况观测图。
具体实施方式
本发明提供了一种改善燃气轮机叶片表面粘砂的陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：
a)配制面层浆料：将面层原料混合，得到面层浆料；
所述面层原料包括以下组分：
Al2O3粗细混合粉；
硅溶胶，所述硅溶胶与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为1∶(4.5～6)；
润湿剂，所述润湿剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
消泡剂，所述消泡剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
氧化物粉，所述氧化物粉与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为(3～8)∶100；
其中：
所述Al2O3粗细混合粉为320目Al2O3粉和1000目Al2O3粉的混合粉；
所述硅溶胶为JN30硅溶胶；
所述润湿剂为JFC润湿剂；
所述消泡剂为正辛醇；
所述氧化物粉为HfO2粉、Y2O3粉和Cr2O3粉；
b)配制加固层浆料：将加固层原料混合，得到加固层浆料；
所述加固层原料包括以下组分：
EC95粉；
硅溶胶，所述硅溶胶与所述EC95粉的质量比为1∶(1.5～2.5)；
润湿剂，所述润湿剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
消泡剂，所述消泡剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
其中：
所述硅溶胶为JN30硅溶胶；
c)型壳涂挂：
①在蜡模上涂挂面层浆料、撒砂、干燥，形成面层；
②在所述面层上涂挂加固层浆料、撒砂、干燥，形成加固层；
d)脱蜡、焙烧：
对步骤c)得到的型壳脱蜡后，进行焙烧，得到陶瓷型壳；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
本发明在配制面层浆料时，采用特定粗细的Al2O3粉以一定比例搭配形成混合粉，并引入一定量的按特定比例配置的金属氧化物混合粉，再与硅溶胶、润湿剂及消泡剂以一定比例搭配，可有效降低型壳表面层孔隙率，减轻物理粘砂倾向，而且可以防止陶瓷型壳中的低价氧化物与熔融合金中的活性元素反应，从而减少和防止熔融合金中的活性元素转入陶瓷型壳内，消除了化学粘砂倾向，提高了叶片表面质量。在制备加固层浆料时，将特定的EC95粉与硅溶胶、润湿剂、消泡剂以一定比例结合，与面层能够较好的配合，提高结合力。在涂挂时，采用底柱组合方式的蜡模，使所得型壳可以有效降低金属液对叶片型壳表面的冲刷，提高叶片表面质量；而且，在涂挂时，控制面层和加固层的涂挂工艺，配合面层和加固层原料，从而使所得陶瓷型壳化学稳定性好，表面致密度高，以该陶瓷型壳作为容器进行定向凝固铸造燃气轮机叶片时，可以解决粘砂问题，并保证叶片毛坯的表面质量及尺寸精度，能够满足大尺寸定向/单晶叶片生产的需要。
关于步骤a)：配制面层浆料
配制面层浆料：将面层原料混合，得到面层浆料。
本发明中，所述面层原料包括：Al2O3粗细混合粉。所述Al2O3粗细混合粉为细度320目的Al2O3粉和细度1000目的Al2O3粉的混合粉。本发明中，所述细320目Al2O3粉∶1000目Al2O3粉的质量比优选为3∶1。
本发明中，所述面层原料还包括：硅溶胶。硅溶胶是二氧化硅的溶胶，由无定形二氧化硅的微小颗粒分散在水中形成的稳定胶体溶液。本发明中，所述硅溶胶为JN30(830#)硅溶胶，即JN-830型号的硅溶胶，其SiO2含量为29％～31％，Na2O含量≤0.3％。本发明中，所述硅溶胶与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为1∶(4.5～6)，具体可为1∶4.5、1∶5.0、1∶5.5、1∶6.0。
本发明中，所述面层原料还包括：润湿剂。本发明中，所述润湿剂为JFC润湿剂。本发明中，所述润湿剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100，具体可为0.10∶100、0.11∶100、0.12∶100、0.13∶100、0.14∶100、0.15∶100。
本发明中，所述面层原料还包括：消泡剂。本发明中，所述消泡剂为正辛醇。本发明中，所述消泡剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100，具体可为0.10∶100、0.11∶100、0.12∶100、0.13∶100、0.14∶100、0.15∶100。
本发明中，所述面层原料还包括：氧化物粉。本发明中，所述氧化物粉优选为HfO2(即二氧化铪)粉、Y2O3(即氧化钇)粉和Cr2O3(即氧化铬)粉的混合物。本发明中，HfO2粉、Y2O3粉和Cr2O3粉的质量比优选为1∶1∶1。本发明中，所述氧化物粉的细度为2000目。本发明中，所述氧化物粉与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为(3～8)∶100，具体可为3∶100、4∶100、5∶100、6∶100、7∶100、8∶100。更优选的，所述氧化物粉占所述面层浆料总质量的5wt％。
本发明中，将以上面层原料混合制备面层浆料时，混料过程优选为：先将硅溶胶、润湿剂和消泡剂混合，再加入Al2O3粗细混合粉搅拌2～3h，然后再加入氧化物粉继续搅拌2～3h，最后再倒入L型涂料搅拌机中搅拌48～50h，得到面层浆料。更具体的：先将硅溶胶倒入容器内，再加入润湿剂和消泡剂，之后，在搅拌条件下缓慢加入Al2O3粗细混合粉搅拌2～3h，然后再加入氧化物粉继续搅拌2～3h，最后再倒入L型涂料搅拌机中搅拌48～50h，得到面层浆料，备用。其中，每次搅拌的搅拌速率独立的选自90～100rpm。本发明中，优选控制面层浆料的粘度为35～45s。上述粘度是以中国标准量粘度杯测量得到。
本发明在制备面层浆料时，采用特定粗细的Al2O3粉以一定比例搭配形成混合粉，并引入一定量的特定金属氧化物粉，再与硅溶胶、润湿剂及消泡剂以一定比例搭配，可有效降低型壳表面层孔隙率，减轻物理粘砂倾向，而且可以防止陶瓷型壳中的低价氧化物与熔融合金中的活性元素反应，从而减少和防止熔融合金中的活性元素转入陶瓷型壳内，消除了化学粘砂倾向，提高了叶片表面质量。
关于步骤b)：配制加固层浆料
配制加固层浆料：将加固层原料混合，得到加固层浆料。
本发明中，所述加固层原料包括：EC95粉。本发明中，所述EC95粉的细度为320目。
本发明中，所述加固层原料还包括：硅溶胶。本发明中，所述硅溶胶优选为JN30(1430#)硅溶胶，即JN-1430型号的硅溶胶。本发明中，所述硅溶胶与所述EC95粉的质量比为1∶(1.5～2.5)，具体可为1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5。
本发明中，所述加固层原料还包括：润湿剂。本发明中，所述润湿剂优选为JFC润湿剂。本发明中，所述润湿剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100，具体可为0.10∶100、0.11∶100、0.12∶100、0.13∶100、0.14∶100、0.15∶100。
本发明中，所述面层原料还包括：消泡剂。本发明中，所述消泡剂优选为正辛醇。本发明中，所述消泡剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100，具体可为0.10∶100、0.11∶100、0.12∶100、0.13∶100、0.14∶100、0.15∶100。
本发明中，在将以上加固层原料混合制备加固层浆料时，混料的过程优选为：将硅溶胶、润湿剂和消泡剂混合，再在搅拌条件下加入EC95粉，加料完毕后，继续搅拌24～26h，得到加固层浆料。更具体的：将硅溶胶倒入容器内，再加入润湿剂和消泡剂，然后在搅拌条件下加入EC95粉，加料完毕后，继续搅拌24h，得到加固层浆料，备用。其中，每次搅拌的搅拌速率独立的选自90～120rpm。本发明中，优选控制加固层浆料的粘度为7～12s。
本发明对上述步骤a)制取面层浆料和上述步骤b)制取加固层浆料的顺序没有特殊限制，可以同时进行，也可以分先后进行。分先后进行时，可以先进行步骤a)、再进行步骤b)，也可以先进行步骤b)、再进行步骤a)。
关于步骤c)：型壳涂挂
①在蜡模上涂挂面层浆料、撒砂、干燥，形成面层；
②在所述面层上涂挂加固层浆料、撒砂、干燥，形成加固层。
关于步骤①：
本发明中，所采用的蜡模(或称蜡模组合)为底柱组合蜡模，参见图1，图1为底柱组合蜡模的示意图，即本发明以图1所示蜡模作为模板，在图1所示的蜡模上进行涂挂面层和加固层，最终形成图1所示结构的陶瓷型壳。在利用该陶瓷型壳作为“容器”进行定向凝固精密铸造时，金属液通过直浇道，内浇道进入铸件内部。
本发明中，所述涂挂的具体操作为：握住蜡模的手柄或浇口杯，将蜡模缓缓浸入面层浆料内，浸渍一定时间后取出蜡模，使多余料浆滴入面层浆料桶内，再用喷枪轻轻吹去盲孔、窄槽的气泡，使蜡模各部位均匀地覆盖一层面层浆料。其中，蜡模在面层浆料内的浸渍时间优选为20～25s，具体可为20s、21s、22s、23s、24s、25s。本发明中，涂挂面层浆料的层数为1～2层，若涂挂两层时，在进行完一次涂挂操作后，先不撒砂，而是重复以上操作再涂挂一层面层浆料。
本发明中，在进行完上述涂挂操作后，进行撒砂(又称挂砂)。具体的，将涂挂面层浆料后，送入淋砂机内进行挂砂/撒砂。本发明中，所述撒砂为撒刚玉砂；所述刚玉砂优选为100#刚玉砂，即细度为100目的刚玉砂。本发明中，所述撒砂的时间优选为12～20s，更优选为15s。
本发明中，在进行完上述撒砂操作后，进行干燥。本发明中，所述干燥优选为自然干燥，具体的，将经过涂挂和撒砂的蜡模挂在模组架上自然干燥。本发明中，所述自然干燥的时间优选为3～16h。经干燥后，在蜡模上形成面层。
关于步骤②：
本发明中，在涂挂加固层浆料前，优选先进行以下前处理：用喷枪轻轻吹去面层的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂，之后，浸入硅溶胶中浸渍2～5s后迅速取出、控掉多余硅溶胶。通过浸渍硅溶胶可以沁润涂料，也可以增强层间结合力。
本发明中，经以上前处理后，进行涂挂加固层浆料。本发明中，所述涂挂加固层浆料的操作与涂挂面层浆料时相同，在此不再赘述；其中，蜡模在加固层浆料中浸渍的时间为20～25s，具体可为20s、21s、22s、23s、24s、25s。。在涂挂完第一层加固层浆料后，进行撒砂。本发明中，所述撒砂优选为撒EC95砂。本发明中，所述EC95砂优选为60#EC95砂。本发明中，所述撒砂的具体操作同前文，即送入淋砂机内进行撒砂。本发明中，所述撒砂的时间优选为10～15s。本发明中，经上述撒砂后，进行干燥。本发明中，所述干燥优选为将蜡模挂在封闭轨悬挂输送机上干燥，温度为22±2℃，时间为5～8h。经上述干燥处理，形成第一层加固层。
本发明中，优选制备8层加固层。第2层～第8层加固层的制备如下：
制备第2层加固层：预先用喷枪轻轻吹掉第一层加固层的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂；之后，依次进行涂挂-撒砂-干燥，具体操作与制备第一层加固层时一致，在此不再赘述。其中，撒砂为撒36#刚玉砂。
制备第3层～第7层加固层：在制备每一层加固层前，都预先用喷枪轻轻吹掉上一层加固层的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂；之后，再依次进行涂挂-撒砂-干燥。其中，涂挂-撒砂-干燥的具体操作与制备第一层加固层时一致，在此不再赘述。其中，撒砂时，所撒的EC95砂为24#EC95砂。
制备第8层加固层：同样的，预先用喷枪轻轻吹掉上一层加固层的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂；然后，进行涂挂。所述涂挂的操作与制备第一层加固层时一致，具体的：握住蜡模的手柄或浇口杯，将蜡模缓缓浸入加固层浆料内，浸渍一定时间后取出蜡模，使多余料浆滴入加固层浆料桶内，再用喷枪轻轻吹去盲孔、窄槽的气泡，使蜡模各部位均匀地覆盖一层加固层浆料。本发明中，在涂挂完上述第8层加固层浆料后，不再进行撒砂，直接进行干燥。所述干燥的具体操作与制备第一层加固层时一致，在此不再赘述。经以上处理，形成加固层。
本发明中，涂挂第1～8层加固层的处理中，控制撒砂的要求及细度不同，第1层为撒60#EC95砂，第2层为撒36#刚玉砂，第3～7层为撒24#EC95砂，通过以上设置，能够保证产品强度，防止产生隔层漏钢。
经过上述步骤c)的涂挂处理，在蜡模上初步形成型壳，得到初生型壳-蜡模的复合体。
关于步骤d)：脱蜡、焙烧
脱蜡、焙烧：对步骤c)得到的型壳脱蜡后，进行焙烧，得到陶瓷型壳。
本发明中，所述脱蜡优选用高压脱蜡釜进行脱蜡。本发明中，所述脱蜡的压力优选为0.6～0.7MPa，具体可为0.60MPa、0.61MPa、0.62MPa、0.63MPa、0.64MPa、0.65MPa、0.66MPa、0.67MPa、0.68MPa、0.69MPa、0.70MPa。所述脱蜡的温度优选为165～170℃，具体可为165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃。所述脱蜡的时间优选为15～20min，具体可为15min、16min、17min、18min、19min、20min。本发明中，经上述脱蜡处理后，将蜡模从复合体中脱除，仅剩初生型壳。
本发明中，所述焙烧的温度优选为1200℃；焙烧的时间优选为≥2h。本发明中，所述焙烧可放在电炉底板上进行焙烧，允许低于300℃入炉，到保温时间后开炉门降温，得到陶瓷型壳。
本发明提供的制备方法具有以下有益效果：
本发明在配制面层浆料时，采用特定粗细的Al2O3粉以一定比例搭配形成混合粉，并引入一定量的按特定比例配置的金属氧化物混合粉，再与硅溶胶、润湿剂及消泡剂以一定比例搭配，可有效降低型壳表面层孔隙率，减轻物理粘砂倾向，而且可以防止陶瓷型壳中的低价氧化物与熔融合金中的活性元素反应，从而减少和防止熔融合金中的活性元素转入陶瓷型壳内，消除了化学粘砂倾向，提高了叶片表面质量。在制备加固层浆料时，将特定的EC95粉与硅溶胶、润湿剂、消泡剂以一定比例结合，与面层能够较好的配合，提高结合力。在涂挂时，采用底柱组合方式的蜡模，使所得型壳可以有效降低金属液对叶片型壳表面的冲刷，提高叶片表面质量；而且，在涂挂时，控制面层和加固层的涂挂工艺，配合面层和加固层原料，从而使所得陶瓷型壳化学稳定性好，表面致密度高，以该陶瓷型壳作为容器进行定向凝固铸造燃气轮机叶片时，可以解决粘砂问题，并保证叶片毛坯的表面质量及尺寸精度，能够满足大尺寸定向/单晶叶片生产的需要。
试验结果表明，采用本发明制备的陶瓷型壳，能够明显改善铸件的粘砂现象，优化和消除了叶片表面粘砂倾向，提高了叶片表面质量；而且其表面致密度较高。因此，可以保证叶片毛坯的表面质量及尺寸精度，能够满足大尺寸定向/单晶叶片生产的需要。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
S1、配制面层浆料
原料：
Al2O3粗细混合粉：320目Al2O3粉∶1000目Al2O3粉的质量比＝3∶1；
JN30(830#)硅溶胶，与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为1∶5；
JFC润湿剂，与所述硅溶胶的体积比为0.15∶100；
正辛醇消泡剂，与所述硅溶胶的体积比为0.15∶100；
氧化物粉，HfO2粉+Y2O3粉+Cr2O3粉(三者质量比＝1∶1∶1)，与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为5∶100，细度2000目。
制备：
将硅溶胶倒入涂料桶内，再加入润湿剂和消泡剂，同时开启搅拌机边搅拌(速率为95rpm)边缓慢加入Al2O3粗细混合粉，搅拌2.5h后，加入氧化物粉继续搅拌3h，搅拌中测量粘度2次(粘度略大于规定粘度35～45s)，再倒入L型搅拌机内继续搅拌48h，得到面层浆料，备用；其粘度为40s。
S2、配制加固层浆料
原料：
EC95粉：细度320目；
JN30(1430#)硅溶胶，与所述EC95粉的质量比为1∶2；
JFC润湿剂，与所述硅溶胶的体积比为0.15∶100；
正辛醇消泡剂，与所述硅溶胶的体积比为0.15∶100。
制备：
将硅溶胶倒入涂料桶内，再加入润湿剂和消泡剂，同时开启搅拌机边搅拌(速率为100rpm)边缓慢加入EC95粉，搅拌中测量粘度2次(粘度略大于规定粘度7～12s)，搅拌24h后，得到加固层浆料，备用；其粘度为10s。
S3、型壳涂挂
(1)涂挂面层：
握住蜡模的浇口杯，缓缓浸入面层浆料内，25s后取出蜡模，使多余料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔、窄槽的气泡，使蜡模各部位均匀地覆盖一层料浆；然后，重复以上操作，再覆盖上一层料浆。之后，送入淋砂机内挂砂(100#刚玉砂)，挂砂时间为15s；然后，将蜡模挂在模组架上自然干燥10h，形成面层。
(2)涂挂加固层：
第1层加固层：先用喷枪轻轻吹掉面层的浮砂、重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂，之后，浸入硅溶胶中5s后迅速取出、控掉多余硅溶胶。然后，浸入加固层浆料中进行涂挂，操作与涂挂面层时相同。之后进行挂砂(60#EC95砂)，挂砂时间为12s。最后，将蜡模挂在封闭轨悬挂输送机上干燥，温度22±2℃、时间6h，形成第1层加固层。
第2层加固层：先用喷枪轻轻吹掉第1层加固层的浮砂、重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂。之后，依次进行涂挂-撒砂(36#刚玉砂)-干燥，具体操作同第1层加固层的操作。
第3～7层加固层：在制备每一层加固层前，都预先用喷枪轻轻吹掉上一层加固层的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂。之后，再依次进行涂挂-撒砂(24#EC95砂)-干燥，具体操作同第2层加固层的操作。
第8层加固层：先用喷枪轻轻吹掉上一层加固层的浮砂、重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂。之后缓缓浸入加固层浆料内，25s后取出蜡模，使多余的料浆滴入料浆桶内，再用喷枪轻轻吹去盲孔、窄槽的气泡，使蜡模各部位均匀地覆盖一层料浆，然后挂在封闭轨悬挂输送机上干燥，温度22±2℃、时间6h，形成第8层加固层。
S4、脱蜡：
将步骤S3所得型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，条件为：压力0.6MPa、温度170℃、时间20min。
S5、焙烧：
将步骤S4所得型壳平放在电炉底板上，允许低于300℃入炉，焙烧温度1200℃、时间3h，到保温时间后开炉门降温，得到陶瓷型壳。
对比例1
按照实施例1实施，不同的是：配制面层浆料时，将Al2O3粗细混合粉替换为320目的Al2O3粉，且不添加氧化物粉。而且，硅溶胶与Al2O3陶瓷粉重量比由1∶5改为1∶2。在型壳涂挂时，面层涂料挂砂时间由15s改为20s，涂挂第一层加固层涂料时，浸硅溶胶时间由5s改为2s，涂挂第二层加固层涂料时，撒砂要求由36#刚玉砂改为36#EC95砂。
对比例2
按照实施例1实施，不同的是：配制面层浆料时，不添加氧化物粉；涂挂第二层加固层涂料时，撒砂要求由36#刚玉砂改为36#EC95砂。
对比例3
按照实施例1实施，不同的是：配制面层浆料时，将氧化物粉改为单一的三氧化二铬粉；涂挂第二层加固层涂料时，撒砂要求由36#刚玉砂改为36#EC95砂。
性能测试：
定向凝固铸造燃气轮机叶片的具体过程如下：1)按照上文所述工艺制造专用陶瓷型壳，备用；2)将叶片用合金材料加热至1500℃以上冶炼充分熔融，保证合金液体成分均匀没有温度差；3)将合金液体沿直浇道、内浇道注入陶瓷型壳内，根据叶片尺寸及合金液温度，合金熔体在型壳内浸泡型壳内30～90分钟，合金液体存在温度梯度，叶片沿整个长度、由外表面向芯部定向凝固，冷却成型；4)叶片与型壳分离；5)切除浇冒口；6)对叶片进行各项检查检验及处理，包括晶粒度检查、吹砂、抛修、无损检测、热处理及最终检验等。可以看出，上述过程中，合金熔体定向凝固温度及浇注温度较高，要求陶瓷型壳在承受1500℃以上高温合金熔体浸泡30～90分钟的条件下不开裂漏钢和鼓胀变形。此外，叶片合金成分日趋复杂，合金液体与型壳面层孔隙易发生热机械渗透，导致叶片表面产生粘砂。该粘砂严重降低叶片力学性能，产生缩孔裂纹等危险缺陷。为此，良好的型壳应满足高温，避免或减少叶片表面粘砂等苛刻条件。因此该陶瓷型壳的制备，属于高难度工况。
分别利用实施例1及对比例1～3所得陶瓷型壳作为容器，进行上述定向凝固铸造燃气轮机叶片，然后分别观测陶瓷型壳铸件直浇道的粘砂情况。
测试结果分别参见图2～图5，其中，图2为对比例1中叶片粘砂情况观测图，图3为对比例2中叶片粘砂情况观测图，图4为对比例3中叶片粘砂情况观测图，图5为实施例1中叶片粘砂情况观测图。
可以看出，图2中铸件粘砂情况较为严重，图3、图4中铸件粘砂情况略有改善，但仍存在较大改善空间，图5为采用本发明工艺处理下的叶片表面情况，可以看出，铸件粘砂情况有了较大改善，优化和消除了叶片表面粘砂倾向，提高了叶片表面质量；且叶片表面致密度较高，可以保证叶片毛坯的表面质量及尺寸精度，能够满足大尺寸定向/单晶叶片生产的需要。可见，本发明制备的陶瓷型壳，在高难度工况下，能够有效克服粘砂问题，表现出高稳定性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种改善燃气轮机叶片表面粘砂的陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)配制面层浆料：将面层原料混合，得到面层浆料；
所述面层原料包括以下组分：
Al2O3粗细混合粉；
硅溶胶，所述硅溶胶与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为1∶(4.5～6)；
润湿剂，所述润湿剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
消泡剂，所述消泡剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
氧化物粉，所述氧化物粉与所述Al2O3粗细混合粉的质量比为(3～8)∶100；
其中：
所述Al2O3粗细混合粉为320目Al2O3粉和1000目Al2O3粉的混合粉；
所述硅溶胶为JN30硅溶胶；
所述润湿剂为JFC润湿剂；
所述消泡剂为正辛醇；
所述氧化物粉为HfO2粉、Y2O3粉和Cr2O3粉；
b)配制加固层浆料：将加固层原料混合，得到加固层浆料；
所述加固层原料包括以下组分：
EC95粉；
硅溶胶，所述硅溶胶与所述EC95粉的质量比为1∶(1.5～2.5)；
润湿剂，所述润湿剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
消泡剂，所述消泡剂与所述硅溶胶的体积比为(0.10～0.15)∶100；
其中：
所述硅溶胶为JN30硅溶胶；
c)型壳涂挂：
①在蜡模上涂挂面层浆料、撒砂、干燥，形成面层；
②在所述面层上涂挂加固层浆料、撒砂、干燥，形成加固层；
d)脱蜡、焙烧：
对步骤c)得到的型壳脱蜡后，进行焙烧，得到陶瓷型壳；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Al2O3粗细混合粉中，320目Al2O3粉∶1000目Al2O3粉的质量比为3∶1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述面层原料中，HfO2粉、Y2O3粉和Cr2O3粉的质量比为1∶1∶1；
所述氧化物粉的细度为2000目；
所述氧化物粉占所述面层浆料总质量的5wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加固层原料中，所述EC95粉的细度为320目；
所述蜡模均采用底注组合方式。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤①中，所述涂挂面层浆料的层数为1～2层；最后1层面层浆料涂挂完成后再进行撒砂处理；
所述步骤②中，所述涂挂加固层浆料的层数为8层；在第8层之前的所有层，涂挂每一层加固层浆料后均进行撒砂处理。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤①中，所述撒砂为撒100#刚玉砂；
所述步骤②中：涂挂第一层加固层浆料时，撒60#EC95砂；涂挂第二层加固层浆料时，撒36#刚玉砂；涂挂第三～七层加固层浆料时，均撒24#EC95砂。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d)中，所述脱蜡在高压脱蜡釜中进行；
所述脱蜡的条件为：压力0.6～0.7MPa，温度165～170℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d)中，所述焙烧的条件为：温度1200℃，时间≥2h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述混合具体包括：先将硅溶胶、润湿剂和消泡剂混合，再加入Al2O3粗细混合粉搅拌2～3h，然后再加入氧化物粉继续搅拌2～3h，最后再倒入L型涂料搅拌机中搅拌48～50h，得到面层浆料；
所述搅拌的速率为90～100rpm。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述混合具体包括：将硅溶胶、润湿剂和消泡剂混合，再在搅拌条件下加入EC95粉，加料完毕后，继续搅拌24～26h，得到加固层浆料；所述搅拌的速率为90～120rpm。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0211045D0 (en) * | 2001-05-14 | 2002-06-26 | Howmet Res Corp | Impregnated alumina-based core and method |
| CN1607051A (zh) * | 2003-10-15 | 2005-04-20 | 联合工艺公司 | 难熔金属型芯涂层 |
| US20100018666A1 (en) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | General Electric Company | High emittance shell molds for directional casting |
| US20100304161A1 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | General Electric Company | Casting processes, casting apparatuses therefor, and castings produced thereby |
| CN102847875A (zh) * | 2012-07-09 | 2013-01-02 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | 一种用于叶片定向凝固、防止合金粘砂的制壳工艺方法 |
| US20150144287A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-05-28 | General Electric Company | High thermal conductivity shell molds |
| CN106311980A (zh) * | 2015-07-07 | 2017-01-11 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法 |
| CN106391997A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-02-15 | 上海航天精密机械研究所 | 一种钛合金熔模铸造用氧化钇复合涂料的制备方法 |
| CN106734853A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-31 | 中国科学院金属研究所 | 一种镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳的制备方法 |
| CN109734464A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-05-10 | 武汉理工大学 | 一种核壳结构铸造用陶粒砂及其制备方法 |
| CN109909445A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-06-21 | 上海交通大学 | 抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳及制备方法 |
| CN110465625A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-11-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种改善高温合金定向凝固铸件物理粘砂的陶瓷型壳制备方法 |
| CN111545711A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-08-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温合金lmc定向凝固用抗热冲击陶瓷型壳的制备方法 |
-
2022
- 2022-04-15 CN CN202210413629.3A patent/CN114951549B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0211045D0 (en) * | 2001-05-14 | 2002-06-26 | Howmet Res Corp | Impregnated alumina-based core and method |
| CN1607051A (zh) * | 2003-10-15 | 2005-04-20 | 联合工艺公司 | 难熔金属型芯涂层 |
| US20100018666A1 (en) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | General Electric Company | High emittance shell molds for directional casting |
| US20100304161A1 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | General Electric Company | Casting processes, casting apparatuses therefor, and castings produced thereby |
| CN102847875A (zh) * | 2012-07-09 | 2013-01-02 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | 一种用于叶片定向凝固、防止合金粘砂的制壳工艺方法 |
| US20150144287A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-05-28 | General Electric Company | High thermal conductivity shell molds |
| CN106311980A (zh) * | 2015-07-07 | 2017-01-11 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法 |
| CN106391997A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-02-15 | 上海航天精密机械研究所 | 一种钛合金熔模铸造用氧化钇复合涂料的制备方法 |
| CN106734853A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-31 | 中国科学院金属研究所 | 一种镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳的制备方法 |
| CN109909445A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-06-21 | 上海交通大学 | 抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳及制备方法 |
| CN109734464A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-05-10 | 武汉理工大学 | 一种核壳结构铸造用陶粒砂及其制备方法 |
| CN110465625A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-11-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种改善高温合金定向凝固铸件物理粘砂的陶瓷型壳制备方法 |
| CN111545711A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-08-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温合金lmc定向凝固用抗热冲击陶瓷型壳的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 冯小欢;: "镍合金铸件型壳制备与生产工艺研究", 世界有色金属, no. 22 * |
| 籍君豪;徐广民;许宏伟;: "精铸硅溶胶型壳质量的控制", 特种铸造及有色合金, no. 09 * |
| 龙宪翼;刘亮;余欢;杨伟;: "DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应", 特种铸造及有色合金, no. 05 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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