CN115947606A - 一种硅基陶瓷型芯水溶性强化剂及强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅基陶瓷型芯水溶性强化剂及强化方法，强化方法，包括如下步骤：将陶瓷型芯表面清理干净后依次放入高温强化剂真空浸渍，浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液；将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间10～15h，保证型芯内外表面强化液完全干透；将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为120～180℃，固化时间为1～3h，之后将其放入室温强化剂中重复上述步骤。本发明所述强化工艺操作方便，简单易行，强化后产品外观光滑细腻，提升型芯表面光洁度，有效提升型芯室温、高温强度。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷型芯强化领域，尤其是涉及一种硅基陶瓷型芯水溶性强化剂及强化方法。
背景技术
陶瓷型芯用于形成熔模铸造空心叶片的复杂内腔结构，硅基型芯凭借其热膨胀系数小、热稳定性好、易脱芯等特点成为应用最为广泛的型芯体系。但未经强化的硅基型芯强度较低。
陶瓷型芯在叶片制备的每个工序都会受到各种应力作用，如高温蜡液冲击、蜡模组装、制壳及转运过程中的外部冲击，高温合金液侵蚀等，因此每个工序对陶瓷型芯的强度要求极为苛刻；此外，型芯的表面强化液残留导致型面超差影响空心叶片的内腔尺寸精度，因此，强化对制备合格的空心叶片极为重要。
目前国内主要通过以环氧树脂和聚酰胺、丙酮作为强化剂来增强陶瓷型芯的室温抗弯强度强度，正硅酸乙酯、硅溶胶、乙醇等有机体系作为高温强化剂增强高温强度值，以满足压蜡、转运、浇注过程中对型芯室温、高温强度的要求。室温强化时环氧树脂和聚酰胺的混合物在室温环境下便会发生固化，无法重复利用，增加经济成本。目前型芯领域高低温强化液都是有机体系，安全系数低、废液后处理复杂，部分溶剂具有毒性、刺激性大等缺陷，有机溶剂易挥发，强化过程稳定性差，影响型芯高低温强度值。此外，有机体系强化液粘度高，强化过程中经常存在粘连、强化液残留等问题，影响陶瓷型芯表面质量，降低产品生产效率。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出了一种硅基陶瓷型芯水溶性强化剂及强化方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
作为本发明的第一方面，提出了一种硅基陶瓷型芯强化方法，包括如下步骤：
S1：将陶瓷型芯表面清理干净后的放入高温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间0.5h～2h，真空度为-0.5bar～-1.0bar；
S2：浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液，此步骤无强化液残留，无需进行清洗过程；
S3：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间10～15h，保证型芯内外表面强化液完全干透；
S4：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为120～180℃，固化时间为1～3h。
S5：将自干后的陶瓷型芯放入室温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间0.5h～2h，真空度为-0.5bar～-1.0bar；
S6：重复步骤S2-S4，依次进行室温强化过程。
优选地，所述高温强化剂由第一水溶性树脂、去离子水、活性稀释剂、二氧化硅配制而成，所述第一水溶性树脂、去离子水、活性稀释剂、二氧化硅的质量比为(1～2)：(3～5)：(1～2)：(1～2)。
优选地，所述室温强化剂由第二水溶性树脂、环氧树脂、去离子水、分散剂、增塑剂配制而成，所述第二水溶性树脂、环氧树脂、去离子水、分散剂、增塑剂的质量比为(1～2)：(0.5～1)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1)。
优选地，所述高温强化剂的室温粘度值达到6～10mPa.S。
优选地，所述室温强化剂的室温粘度值＜1mPa.S。
优选地，所述第一水溶性树脂、第二水溶性树脂独立地选自水性固化性树脂、水溶性丙烯酸树脂、水性有机硅树脂中的一种或几种。
优选地，所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、正辛醇缩水甘油醚中的一种或几种。
优选地，所述分散剂为聚乙烯醇、聚丙烯醇、硬脂酸单甘油酯中的一种或几种。
优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明中的室温强化剂和高温强化剂均为水溶性强化剂，原料安全、环保、无味、无毒，室温强化剂和高温强化剂以水为基体，挥发性小，可重复使用，稳定性强。室温强化剂和高温强化剂粘度小，有效改善传统强化液在产品表面残留问题。
(2)本发明所述强化工艺操作方便，简单易行，强化后产品外观光滑细腻，提升型芯表面光洁度，有效提升型芯室温、高温强度，采用本发明所述强化工艺强化后的陶瓷型芯，其室温强度提升2～3倍，高温强度提升2倍左右，采用该工艺制备的型芯压蜡过程基本无断芯问题、浇注断芯率基本控制在5％以内。
(3)本发明适用于强化各种形状复杂、尺寸精度要求较高的陶瓷型芯，能够满足客户对等轴晶、定向凝固柱晶和单晶高温合金涡轮叶片不同的铸造要求，能够有效提升叶片浇注合格率。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
高温强化剂由水溶性丙烯酸树脂、去离子水、正辛醇缩水甘油醚、二氧化硅按照质量比1:5:2:1混合配制而成，按照上述比例进行混合，室温粘度值为6.75mPa.S。
室温强化剂由水溶性丙烯酸树脂、环氧树脂、去离子水、硬脂酸单甘油酯、邻苯二甲酸二丁酯按照质量比1:1:4:2:0.5混合配制而成，室温粘度值为0.52mPa.S。
应用上述高温强化剂和室温强化剂进行陶瓷型芯强化工艺，包括以下步骤：
S1：将陶瓷型芯表面清理干净后的放入高温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间0.5h，真空度为-0.5bar；
S2：浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液3min，此步骤无强化剂残留，无需进行清洗过程；
S3：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间10h，保证型芯内外表面强化剂完全干透；
S4：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为120℃，固化时间为1h；
S5：将经过自干的陶瓷型芯放入室温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间0.5h，真空度为-0.5bar；
S6：按照高温强化剂强化步骤重复步骤S2-S4，依次进行室温强化过程。
按照上述工艺强化后室温抗弯强度达到38.47MPa，高温抗弯强度达到35.19MPa，产品强化后表面无残留强化剂。
实施例2
高温强化剂由水溶性丙烯酸树脂、去离子水、乙二醇缩水甘油醚、二氧化硅按照质量比1.5:4.5:1:2混合配制而成，按照上述比例进行混合，室温粘度值达到7.23mPa.S。
室温强化剂由水性有机硅树脂、环氧树脂、去离子水、聚丙烯醇、邻苯二甲酸二丁酯按照质量比2:0.5:3:1:1混合配制而成，室温粘度值0.84mPa.S。
应用上述高温强化剂和室温强化剂进行陶瓷型芯强化工艺，包括以下步骤：
S1：将陶瓷型芯表面清理干净后的放入高温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间1h，真空度为-0.8bar；
S2：浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液3min，此步骤无强化剂残留，无需进行清洗过程；
S3：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间12h，保证型芯内外表面强化剂完全干透；
S4：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为150℃，固化时间为2h；
S5：将自干的陶瓷型芯放入室温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间1h，真空度为-0.8bar；
S6：按照高温强化剂强化步骤重复步骤S2-S4，依次进行室温强化过程。
按照上述工艺强化后室温抗弯强度达到42.89MPa，高温抗弯强度达到38.45MPa，产品强化后表面无残留强化剂。
实施例3
高温强化剂由水性有机硅树脂、去离子水、丁基缩水甘油醚、二氧化硅按照质量比2:3:1.5:1.5混合配制而成，按照上述比例进行混合，室温粘度值达到9.23mPa.S。
室温强化剂由水性有机硅树脂、环氧树脂、去离子水、聚乙烯醇、DOP按照质量比1.5:1:5:2:1混合配制而成，室温粘度值0.45mPa.S。
应用上述高温强化剂和室温强化剂进行陶瓷型芯强化工艺，包括以下步骤：
S1：将陶瓷型芯表面清理干净后的放入高温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间2h，真空度为-1bar；
S2：浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液3min，此步骤无强化剂残留，无需进行清洗过程；
S3：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间15h，保证型芯内外表面强化剂完全干透；
S4：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为180℃，固化时间为3h；
S5：将经过自干的陶瓷型芯放入室温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间2h，真空度为-1bar；
S6：按照高温强化剂强化步骤重复步骤S2-S4，依次进行室温强化过程。
按照上述工艺强化后室温抗弯强度达到34.79MPa，高温抗弯强度达到32.15MPa，产品强化后表面无残留强化剂。
本发明所述高、低温水溶性强化剂的原料简单，安全、环保，无毒、无味，稳定性好，可重复多次使用，强化效果好，型芯表面光滑，无强化液残留，对型面尺寸无影响，可有效提高陶瓷型芯的合格率和生产效率。
对比例1
高温强化剂由水性有机硅树脂、去离子水、丁基缩水甘油醚、二氧化硅按照质量比2:3:1.5:1.5混合配制而成，按照上述比例进行混合，室温粘度值达到9.23mPa.S。
应用上述高温强化剂进行陶瓷型芯强化工艺，包括以下步骤：
S1：将陶瓷型芯表面清理干净后的放入高温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间2h，真空度为-1bar；
S2：浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液3min，此步骤无强化剂残留，无需进行清洗过程；
S3：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间15h，保证型芯内外表面强化剂完全干透；
S4：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为180℃，固化时间为3h。
按照上述工艺强化后室温抗弯强度达到14.23MPa，高温抗弯强度达到34.51MPa，产品强化后表面无残留强化剂。
对比例2
室温强化剂由水性有机硅树脂、环氧树脂、去离子水、聚乙烯醇、DOP按照质量比1.5:1:5:2:1混合配制而成，室温粘度值0.45mPa.S。
应用上述室温强化剂进行陶瓷型芯强化工艺，包括以下步骤：
S1：将陶瓷型芯放入室温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间2h，真空度为-1bar；
S2：浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液3min，此步骤无强化剂残留，无需进行清洗过程；
S3：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间15h，保证型芯内外表面强化剂完全干透；
S4：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为180℃，固化时间为3h。
按照上述工艺强化后室温抗弯强度达到34.72MPa，高温抗弯强度达到18.05MPa，产品强化后表面无残留强化剂。
对比例3
高温强化剂由水性有机硅树脂、去离子水、二氧化硅按照质量比2:3:1.5混合配制而成，按照上述比例进行混合，室温粘度值达到11.25mPa.S。
室温强化剂由水性有机硅树脂、环氧树脂、去离子水、聚乙烯醇、DOP按照质量比1.5:1:5:2:1混合配制而成，室温粘度值0.45mPa.S。
应用上述高温强化剂和室温强化剂进行陶瓷型芯强化工艺，包括以下步骤：
S1：将陶瓷型芯表面清理干净后的放入高温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间2h，真空度为-1bar；
S2：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间15h，保证型芯内外表面强化剂完全干透；
S3：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为180℃，固化时间为3h；
S4：将自干的陶瓷型芯放入室温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间2h，真空度为-1bar；
S5：按照高温强化剂强化步骤重复步骤S2-S4，依次进行室温强化过程。
按照上述工艺强化后室温抗弯强度达到35.16MPa，高温抗弯强度达到21.48MPa，产品强化后表面有残留强化剂。
对比例4
高温强化剂由水性有机硅树脂、去离子水、丁基缩水甘油醚、二氧化硅按照质量比2:3:1.5:1.5混合配制而成，按照上述比例进行混合，室温粘度值达到9.23mPa.S。
室温强化剂由水性有机硅树脂、去离子水、聚乙烯醇、DOP按照质量比1.5:5:2:1混合配制而成，室温粘度值0.2mPa.S。
应用上述高温强化剂和室温强化剂进行陶瓷型芯强化工艺，包括以下步骤：
S1：将陶瓷型芯表面清理干净后的放入高温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间2h，真空度为-1bar；
S2：浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液3min，此步骤无强化剂残留，无需进行清洗过程；
S3：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间15h，保证型芯内外表面强化剂完全干透；
S4：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为180℃，固化时间为3h；
S5：将经过自干的陶瓷型芯放入室温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间2h，真空度为-1bar；
S6：按照高温强化剂强化步骤重复步骤S2-S4，依次进行室温强化过程。
按照上述工艺强化后室温抗弯强度达到16.32MPa，高温抗弯强度达到36.34MPa，产品强化后表面无残留强化剂。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种硅基陶瓷型芯强化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将陶瓷型芯表面清理干净后的放入高温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间0.5h～2h，真空度为-0.5bar～-1.0bar；
S2：浸渍结束后，将浸泡好的陶瓷型芯取出放入滤网中进行滴液，此步骤无强化液残留，无需进行清洗过程；
S3：将无滴液的陶瓷型芯放入托盘自干，自干时间10～15h，保证型芯内外表面强化液完全干透；
S4：将自干后的陶瓷型芯放入干燥箱中进行烘干固化处理，固化温度为120～180℃，固化时间为1～3h；
S5：将自干后的陶瓷型芯放入室温强化剂中，随后将其放入真空烘箱中进行真空浸渍，浸渍时间0.5h～2h，真空度为-0.5bar～-1.0bar；
S6：重复步骤S2-S4，依次进行室温强化过程。
2.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述高温强化剂由第一水溶性树脂、去离子水、活性稀释剂、二氧化硅配制而成，所述第一水溶性树脂、去离子水、活性稀释剂、二氧化硅的质量比为(1～2)：(3～5)：(1～2)：(1～2)。
3.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述室温强化剂由第二水溶性树脂、环氧树脂、去离子水、分散剂、增塑剂配制而成，所述第二水溶性树脂、环氧树脂、去离子水、分散剂、增塑剂的质量比为(1～2)：(0.5～1)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1)。
4.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述高温强化剂的室温粘度值为6～10mPa.S。
5.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述室温强化剂的室温粘度值＜1mPa.S。
6.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述第一水溶性树脂、第二水溶性树脂独立地选自水性固化性树脂、水溶性丙烯酸树脂、水性有机硅树脂中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、正辛醇缩水甘油醚中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯醇、聚丙烯醇、硬脂酸单甘油酯中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。
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