CN117415282A - 一种改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，属于陶瓷型壳制备技术领域。该制备工艺包括蜡模组合、型壳制备、型壳的脱蜡和型壳的焙烧四个过程；其中：在蜡模组合过程中，在蜡板表面均匀对称固定适当高纯氧化铝φ5mm陶瓷棍，陶瓷棍长度与蜡板长度一致，结合处稍微刷薄蜡固定，防止脱落，因陶瓷管加入，后期制壳烧壳过程高纯氧化铝φ5mm陶瓷棍与涂料烧结为一体，极大提高定向板在制备过程中抗胀壳变形能力。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷型壳制备技术领域，具体涉及一种改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法。
背景技术
定向凝固铸造过程中，高的温度梯度和凝固速度可使铸件组织细密、缺陷减少。但是随铸件尺寸和长度的增加传统定向凝固中的温度梯度会显著降低，导致铸件中极易出现缩孔、斑点、等轴晶等缺陷；同时在制壳过程中，随铸件尺寸长度加大，厚度变厚，铸件胀壳变形问题突出，尺寸精度下降明显，尤为体现在冶炼后高温合金大尺寸定向板变形严重，胀壳问题突出。
高温合金空心叶片铸造用陶瓷型壳的工作条件非常苛刻，型壳一般需要在1500～1600℃的高温下长时间工作。因此，优质的型壳应满足以下要求：(1)具有足够的高温强度和高温抗蠕变性能，能够承受熔融金属的热冲击与金属液压力冲击；(2)型壳与高温合金熔体有良好的润湿性和热化学稳定性，与熔融金属不发生明显的化学反应；(3)型壳壁厚不宜太厚，且热物理性能稳定，热膨胀系数低，满足导热性的要求；(4)浇注完毕后，型壳要具有良好的溃散性，易清除。
大尺寸定向板的型壳的制备不仅有上述条件制约，还容易出现开裂、胀壳等问题。因此，探索一种改善大尺寸定向板抗胀壳变形的型壳制备方法，成为了科研和生产中急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，该工艺能够改善大尺寸定向板蜡件在制备过程中的胀壳变形问题，保证冶炼过程型壳不开裂软化，保证大尺寸定向板的尺寸和质量。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种改善大尺寸定向板抗胀壳变形的型壳制备方法，该制备方法包括依次进行的蜡模组合、型壳制备、型壳的脱蜡和型壳的焙烧四个过程；其中：在蜡模组合过程中，在蜡板表面均匀对称固定若干陶瓷棍，因陶瓷棍加入，后期制壳、烧壳过程陶瓷棍与涂料烧结为一体，极大提高定向板在制备过程中抗胀壳变形能力。
所述陶瓷棍为高纯氧化铝φ5mm空心双孔陶瓷棍。该制备方法具体包括如下步骤：
(A)蜡模组合，组合过程中在蜡板表面均匀对称固定陶瓷棍，结合处稍微刷薄蜡固定。
(B)型壳制备，包括如下步骤(B1)-(B4)：
(B1)面层料浆配置：
面层料浆的原料为：高纯刚玉粉(325目)、硅溶胶1430、润湿剂JFC和消泡剂正辛醇；其中：硅溶胶与高纯刚玉粉(325目)的重量比例为1：(3.25～4.0)，润湿剂的体积占硅溶胶体积的0.1～0.15％，消泡剂的体积占硅溶胶体积的0.1～0.15％；
(B2)加固层料浆配制：
加固层料浆的原料为：硅溶胶1430、润湿剂JFC、消泡剂正辛醇和高纯刚玉粉(325目)；其中：硅溶胶与高纯刚玉粉(325目)的重量比例为1：(1.5～2.0)，润湿剂的体积占硅溶胶体积的0.1～0.15％，消泡剂的体积占硅溶胶体积的0.1～0.15％；
(B3)撒砂材料的配置：撒砂材料为EC95砂，粒度分别为80#、60#、46#和24#；
(B4)型壳的涂挂操作：
蜡型首先涂挂1～2层面层，粘度控制在35～40s，撒砂为EC95砂；然后涂挂加固层3-4层，粘度控制在10～15s，撒砂为EC95砂；
(C)型壳的脱蜡：
将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，脱蜡时型壳冒口朝上，以便型壳稳定蜡液顺利排出，压力控制在0.6～0.7MPa，温度165～170℃，脱蜡时间为15～20分钟；
(D)型壳的焙烧，包括依次进行的一次焙烧和二次焙烧，其中：
一次焙烧：型壳平放在电炉底板上，焙烧温度950℃±20℃，保温时间≥2小时；低于300℃入炉，到保温时间后开炉门降温；
二次焙烧：型壳进入定向炉的保温加入过程中，1600℃保温30min。
上述步骤(A)中蜡模组合：在蜡板表面固定的陶瓷棍长度为蜡板长度的0.75～1倍，结合处稍微刷薄蜡固定，防止脱落。在蜡板表面固定的陶瓷棍数量大于等于2。
上述步骤(B1)中，面层料浆制备过程为：按比例将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例依次加入润湿剂和消泡剂；同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌时间大于2小时，搅拌中测量粘度1-2次(粘度应略大于规定粘度)再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时备用，粘度控制在35～40s。
上述步骤(B2)中，加固层料浆制备过程：将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再依次加入润湿剂和消泡剂；同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌中测量粘度1-2次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于2小时后备用；粘度控制在10～15s。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明在蜡模组合过程中，在蜡板表面均匀对称固定适当陶瓷棍，陶瓷棍长度与蜡板长度一致，结合处稍微刷薄蜡固定，防止脱落，因陶瓷管加入，后期制壳、烧壳过程陶瓷棍与涂料烧结为一体，极大提高定向板在制备过程中抗胀壳变形能力。
2、高纯陶瓷棍的加入，不但可以有效防止定向板蜡件组合过程中弯曲变形，在后期制壳烧壳后高纯陶瓷棍与制壳材料有机结合为一体，可以改善型壳湿强度，脱蜡过程型壳不易开裂，冶炼过程提高型壳高温抗裂抗胀壳能力，改善了大尺寸定向板的易胀壳变形情况。
3、根据定向板尺寸大小，可以根据实际情况调整陶瓷棍的加入数量和长度，该方法经济投入小，效果改善显著。
附图说明
图1为采用对比例1制备的陶瓷型壳生产的定向板。
图2为采用对比例2制备的陶瓷型壳生产的定向板。
图3为本发明中高纯刚玉双孔陶瓷管。
图4为实施例1制备的陶瓷型壳生产的定向板。
图5为实施例2中制备的陶瓷型壳生产的定向板。
具体实施方式
以下结合附图详述本发明，以下实施例和对比例中所用陶瓷棍为外径φ5mm的高纯氧化铝空心双孔陶瓷棍，孔径为1mm。如图3所示。
对比例1：
本例制备定向试板陶瓷型壳的过程如下：
1、蜡模组合：蜡模按常规方式组合，蜡板表面无陶瓷棍固定，蜡板长度300mm。
2、型壳制备，包括如下步骤(2.1)-(2.4)：
2.1配制面层涂料，准备好高纯刚玉粉(325目)，硅溶胶(1430)，润湿剂(JFC)，消泡剂(正辛醇)，氧化物；配制比例为硅溶胶与高纯刚玉粉(325目)重量比为1：3.5～4.0，润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积0.1～0.15％；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌时间大于2小时，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时后方可使用。粘度要求35～40s。
2.2配制加固层涂料，加固层配制比例为硅溶胶(1430)与高纯刚玉粉(325目)比例约为1：(1.5～2.0)，润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积的0.1％～0.15％；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于2小时后方可使用，粘度控制在10～15s。
2.3对组好的蜡型进行涂挂操作，第一层涂挂面层涂料，粘度要求35～40s，撒砂要求80#EC95型砂，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入面层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，重复以上操作后，把模组送入淋砂机(手工挂砂)内挂砂，挂砂时间约为10秒，然后将模组挂在模组架上自然干燥13～16小时。第二层涂挂加固层涂料，粘度要求10～15s，撒砂要求80#EC95型砂，首先用喷枪轻轻吹掉面层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后再浸入硅溶胶中，浸硅溶胶约2秒钟即可迅速取出、控掉多余硅溶胶后浸入二层料浆，操作同面层操作，挂砂后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。第三层涂挂加固层涂料，粘度要求10～15s，撒砂要求60#EC95型砂，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，其余同第一层操作。第四层涂挂加固层涂料，操作同第三层，撒砂要求46#EC95型砂。涂制第五层至第八层涂料涂加固层涂料，操作同第三层，撒砂要求24#EC95型砂。第九层封浆，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入加固层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，然后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。干燥时间大于24小时。
3、型壳的脱蜡
将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，压力控制在0.6～0.7MPa，温度165～170℃，脱蜡时间为15～20分钟；
4、型壳的焙烧，先进行一次焙烧再进行二次焙烧：
一次焙烧：型壳平放在电炉底板上，焙烧温度950℃±20℃，保温时间≥2小时；低于300℃入炉，到保温时间后开炉门降温。
二次焙烧：型壳进入定向炉的保温加入过程中，1600℃保温30min。
5、图1为此工艺下铸件，从图1中可以看出，定向板弯曲胀壳变形情况较严重，严重影响铸件质量。
对比例2
本例制备大尺寸定向板陶瓷型壳的过程如下：
1、在蜡板表面均匀固定1根高纯氧化铝φ5mm陶瓷棍，陶瓷棍长度与蜡板长度一致均为300mm，结合处稍微刷薄蜡固定。
2.1配制面层涂料，准备好高纯刚玉粉(325目)，硅溶胶(1430)，润湿剂(JFC)，消泡剂(正辛醇)，氧化物；配制比例为硅溶胶与高纯刚玉粉(325目)重量比为1：3.5～4.0，润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积0.1～0.15％；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌时间大于2小时，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时后方可使用。粘度要求35～40s。
2.2配制加固层涂料，加固层配制比例为硅溶胶(1430)与高纯刚玉粉(325目)比例约为1：(1.5～2.0)，润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积的0.1％～0.15％；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于2小时后方可使用,粘度控制在10～15s。
2.3对组好的蜡型进行涂挂操作，第一层涂挂面层涂料，粘度要求35～40s，撒砂要求80#EC95型砂，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入面层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，重复以上操作后，把模组送入淋砂机(手工挂砂)内挂砂，挂砂时间约为10秒，然后将模组挂在模组架上自然干燥13～16小时。第二层涂挂加固层涂料，粘度要求10～15s，撒砂要求80#EC95型砂，首先用喷枪轻轻吹掉面层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后再浸入硅溶胶中，浸硅溶胶约2秒钟即可迅速取出、控掉多余硅溶胶后浸入二层料浆，操作同面层操作，挂砂后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。第三层涂挂加固层涂料，粘度要求10～15s，撒砂要求60#EC95型砂，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，其余同第一层操作。第四层涂挂加固层涂料，操作同第三层，撒砂要求46#EC95型砂。涂制第五层至第八层涂料涂加固层涂料，操作同第三层，撒砂要求24#EC95型砂。第九层封浆，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入加固层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，然后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。干燥时间大于24小时。
3、型壳的脱蜡
将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，压力控制在0.6～0.7MPa，温度165～170℃，脱蜡时间为15～20分钟；
4、型壳的焙烧
一次焙烧：型壳平放在电炉底板上，焙烧温度950℃±20℃，保温时间≥2小时；低于300℃入炉，到保温时间后开炉门降温。
二次焙烧：型壳进入定向炉的保温加入过程中，1600℃保温30min。
5、图2为此工艺下铸件，从图2中可以看出，增加1根陶瓷棍后，定向板仍然存在胀壳变形。
实施例1：
本实施例制备大尺寸定向板陶瓷型壳的过程如下：
1、在蜡板表面两侧均匀对称固定各2根高纯氧化铝φ5mm陶瓷棍，蜡板长度300mm，陶瓷棍长度比蜡板长度短1/5，结合处稍微刷薄蜡固定。
2.1配制面层涂料，准备好高纯刚玉粉(325目)，硅溶胶(1430)，润湿剂(JFC)，消泡剂(正辛醇)，氧化物；配制比例为硅溶胶与高纯刚玉粉(325目)重量比为1：3.5～4.0，润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积0.1～0.15％；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌时间大于2小时，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时后方可使用。粘度要求35～40s。
2.2配制加固层涂料，加固层配制比例为硅溶胶(1430)与高纯刚玉粉(325目)比例约为：1：1.5～2.0，润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积的0.1％～0.15％；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于2小时后方可使用,粘度控制在10～15s。
2.3对组好的蜡型进行涂挂操作，第一层涂挂面层涂料，粘度要求35～40s，撒砂要求80#EC95型砂，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入面层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，重复以上操作后，把模组送入淋砂机(手工挂砂)内挂砂，挂砂时间约为10秒，然后将模组挂在模组架上自然干燥13～16小时。第二层涂挂加固层涂料，粘度要求10～15s，撒砂要求80#EC95型砂，首先用喷枪轻轻吹掉面层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后再浸入硅溶胶中，浸硅溶胶约2秒钟即可迅速取出、控掉多余硅溶胶后浸入二层料浆，操作同面层操作，挂砂后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。第三层涂挂加固层涂料，粘度要求10～15s，撒砂要求60#EC95型砂，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，其余同第一层操作。第四层涂挂加固层涂料，操作同第三层，撒砂要求46#EC95型砂。涂制第五层至第八层涂料涂加固层涂料，操作同第三层，撒砂要求24#EC95型砂。第九层封浆，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入加固层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，然后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。干燥时间大于24小时。
3、型壳的脱蜡
将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，压力控制在0.6～0.7MPa，温度165～170℃，脱蜡时间为15～20分钟；
4、型壳的焙烧
一次焙烧：型壳平放在电炉底板上，焙烧温度950℃±20℃，保温时间≥2小时；低于300℃入炉，到保温时间后开炉门降温。
二次焙烧：型壳进入定向炉的保温加入过程中，1600℃保温30min。
5、图4为此工艺下铸件，从图4中可以看出，定向板基本无明显胀壳弯曲变形情况，较对比例1-2改善明显。
实施例2：
与实施例1不同之处在于：在蜡板表面两侧均匀对称固定各2根高纯氧化铝φ5mm陶瓷棍，陶瓷棍长度与蜡板长度一致。其他工艺均与实施例1相同。
本实施例制备的大尺寸定向板基本无胀壳弯曲变形情况，如图5。
Claims (7)
1.一种改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，其特征在于：该制备方法包括依次进行的蜡模组合、型壳制备、型壳的脱蜡和型壳的焙烧四个过程；其中：在蜡模组合过程中，在蜡板表面均匀对称固定若干陶瓷棍，因陶瓷棍加入，后期制壳过程陶瓷棍与涂料烧结为一体，极大提高定向板在制备过程中抗胀壳变形能力。
2.根据权利要求1所述的改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，其特征在于：该制备方法具体包括如下步骤(A)-(D)：
(A)蜡模组合，组合过程中在蜡板表面均匀对称固定陶瓷棍；
(B)型壳制备，包括如下步骤(B1)-(B4)：
(B1)面层料浆配置：
面层料浆的原料为：高纯刚玉粉(325目)、硅溶胶1430、润湿剂JFC和消泡剂正辛醇；其中：硅溶胶与高纯刚玉粉(325目)的重量比例为1：(3.25～4.0)，润湿剂的体积占硅溶胶体积的0.1～0.15％，消泡剂的体积占硅溶胶体积的0.1～0.15％；
(B2)加固层料浆配制：
加固层料浆的原料为：硅溶胶1430、润湿剂JFC、消泡剂正辛醇和高纯刚玉粉(325目)；其中：硅溶胶与高纯刚玉粉(325目)的重量比例为1：(1.5～2.0)，润湿剂的体积占硅溶胶体积的0.1～0.15％，消泡剂的体积占硅溶胶体积的0.1～0.15％；
(B3)撒砂材料的配置：撒砂材料为EC95砂，粒度分别为80#、60#、46#和24#；
(B4)型壳的涂挂操作：
蜡型首先涂挂1～2层面层料浆，粘度控制在35～40s，撒砂为EC95砂；然后涂挂加固层料浆3-4层，粘度控制在10～15s，撒砂为EC95砂；
(C)型壳的脱蜡：
将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，脱蜡时型壳冒口朝上，以便型壳稳定蜡液顺利排出，压力控制在0.6～0.7MPa，温度165～170℃，脱蜡时间为15～20分钟；
(D)型壳的焙烧，包括依次进行的一次焙烧和二次焙烧，其中：
一次焙烧：型壳平放在电炉底板上，焙烧温度950℃±20℃，保温时间≥2小时；低于300℃入炉，到保温时间后开炉门降温；
二次焙烧：型壳进入定向炉的保温加热过程中，1600℃保温30min。
3.根据权利要求2所述的改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，其特征在于：步骤(A)中，在蜡板表面固定的陶瓷棍的长度为蜡板长度的0.75～1倍，蜡板与陶瓷棍结合处稍微刷薄蜡固定，防止脱落。
4.根据权利要求1或2所述的改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，其特征在于：所述陶瓷棍为外径φ5mm的高纯氧化铝空心双孔陶瓷棍。
5.根据权利要求1或2所述的改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，其特征在于：在蜡板表面固定的陶瓷棍数量大于等于2。
6.根据权利要求2所述的改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，其特征在于：步骤(B1)中，面层料浆制备过程为：按比例将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例依次加入润湿剂和消泡剂；同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌时间大于2小时，搅拌中测量粘度1-2次(粘度应略大于规定粘度)再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时备用，粘度控制在35～40s。
7.根据权利要求2所述的改善大尺寸定向板抗胀壳变形的陶瓷型壳制备方法，其特征在于：步骤(B2)中，加固层料浆制备过程为：将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再依次加入润湿剂和消泡剂；同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入高纯刚玉粉(325目)，搅拌中测量粘度1-2次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于2小时后备用；粘度控制在10～15s。
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