CN118007070A - 一种陶瓷型芯涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种陶瓷型芯涂层制备方法，其采用电子束物理气相沉积方法(EB‑PVD)在硅基陶瓷型芯表面制备氧化钇柱状涂层。氧化钇柱状涂层可作为支撑结构，显著提升陶瓷型芯基体的高温强度及高温抗变形能力；高温下具有较强的稳定性，不与铸件发生界面反应；涂层比表面积增大，可加快碱液进入基体材料，保证型芯基体顺利脱除；采用EB‑PVD方法制备的涂层均匀度高，涂层厚度50um左右，不会对铸件壁厚产品影响。
Description
技术领域
本发明属于表面改性技术领域，尤其是涉及一种硅基陶瓷型芯的柱状涂层的制备方法。
背景技术
陶瓷型芯用于形成空心叶片的内腔，与外形模及型壳共同保证空心叶片的尺寸精度。浇铸完成后，通过化学溶蚀将陶瓷型芯脱除干净，陶瓷型芯决定了铸件的表面质量和尺寸精度，因此要求陶瓷型芯在浇铸过程中不能与金属液发生任何反应，浇铸完成后又易于从铸件内腔中清除。
目前市场主要采用硅基陶瓷型芯。硅基陶瓷型芯特点为烧结温度低、脱芯容易，主要问题点为高温强度偏低、高温下易与金属液发生反应。目前行业内主要采用浸渍、涂覆、刷涂等方式在硅基陶瓷型芯基体表面制备涂层以解决上述问题，但涂层厚度及均匀度皆有待改善，不仅会影响铸件壁厚精度，而且，二次焙烧后涂层进一步收缩，涂层与基体间结合性差。
发明内容
有鉴于此，为克服现有硅基型芯的不足，本发明提供了一种硅基陶瓷型芯涂层制备方法，在保证涂层效果时，改善硅基陶瓷型芯高温性能，同时避免硅基型芯与高温合金的界面反应。具体为：
一种陶瓷型芯涂层制备方法，包括：
步骤一：制备硅基陶瓷型芯；
步骤二：采用酒精对硅基陶瓷型芯表面进行清洁，保证表面无污染；
步骤三：采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)在硅基陶瓷型芯表面制备氧化钇柱状涂层；
步骤四：热处理。
高温合金浇铸时，高温合金侵蚀型芯表面，一方面，硅基型芯高温强度不够，浇铸时经常出现断芯、漏芯等问题，导致铸件报废，其次随着浇铸温度的升高，SiO2与高温合金更容易发生界面反应，影响铸件内腔质量，同时铸件壁厚不能满足要求。氧化钇材料具有优良的耐热、耐腐蚀和高温稳定性，目前多应用于钛合金铸造中，但由于其脱芯困难，限制其广泛使用。本发明基于以上目的，并结合当前陶瓷型芯涂层问题，设计柱状氧化钇涂层，以柱状涂层作为表面结构，提升了硅基型芯的高温抗压及抗热变形能力，柱状涂层通过增大润湿角，将氧化硅与高温金属液隔绝，消除合金与型芯间的界面反应，提升铸件空腔表面质量。
进一步，氧化钇柱状涂层厚度为50um。涂层为柱状结构，比表面积显著增加，脱芯时碱液进入型芯内部，保证型芯脱芯效果。因此，该涂层能够有效改善硅基型芯的界面反应问题，并弥补氧化钇型芯的脱芯问题，拓宽硅基型芯铸件使用范围。
进一步，采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)制备氧化钇柱状涂层的涂层材料为氧化钇靶材。
进一步，采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)制备氧化钇柱状涂层的工艺参数为：沉积速率2～3μm/min，基板温度与靶材熔点之比为0.3～0.5，真空度为6～8Pa，电子束流强度为1～2A。
进一步，步骤四热处理工序的温度为1000℃，保温3h。
本发明的有益效果为：
1)氧化钇柱状涂层可作为支撑结构，显著提升陶瓷型芯基体的高温强度及高温抗变形能力；
2)氧化钇柱状涂层高温下具有较强的稳定性，不与铸件发生界面反应；
3)采用柱装结构涂层，涂层比表面积增大，可加快碱液进入基体材料，保证型芯基体顺利脱除；
4)采用EB-PVD方法制备的涂层均匀度高，涂层厚度50um左右，不会对铸件壁厚产品影响。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明氧化钇柱状涂层的示意图。
具体实施方式
为改善硅基型芯高温性能，本发明利用氧化钇涂层技术，通过材料和结构设计优化，在硅基陶瓷型芯表面制备氧化钇涂层，提升硅基陶瓷型芯高温性能，同时避免硅基型芯与高温合金的界面反应，扩大硅基型芯铸件使用领域。
实施例1
(1)制备硅基陶瓷型芯浆料，按照石英玻璃粉为70％～85％，方石英粉为2％～8％，莫来石粉为10％～25％进行混粉，并配置陶瓷浆料，增塑剂占比为18～25％。
(2)制备硅基陶瓷型芯，将配置好的陶瓷浆料注射到型芯模具中，用填粉对湿芯进行埋烧，烧结温度为1100℃～1150℃，保温3～8h。
(3)将焙烧后的型芯表面处理干净，无填粉、杂质等问题。
(4)在硅基陶瓷型芯上制备Y2O3柱状涂层，涂层厚度为50μm；所述的Y2O3柱状涂层采用EB-PVD方法制备，靶材采用纯度为99％的Y2O3片。工艺擦按时为：真空度6bar，沉积速率为2μm/min，基板温度与靶材熔点之比为0.4，电子束流强度为2A。
(5)柱状涂层制备完成后，进行热处理工序，温度为1000℃，保温3h。
下表给出了本实施例特添加柱状涂层陶瓷型芯与陶瓷型芯性能结果对照，可以看出相应性能有较大提升。
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 (5)
1.一种陶瓷型芯涂层制备方法，其特征在于，
步骤一：制备硅基陶瓷型芯；
步骤二：采用酒精对硅基陶瓷型芯表面进行清洁，保证表面无污染；
步骤三：采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)在硅基陶瓷型芯表面制备氧化钇柱状涂层；
步骤四：热处理。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷型芯涂层制备方法，其特征在于，氧化钇柱状涂层厚度为50um。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷型芯涂层制备方法，其特征在于，采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)制备氧化钇柱状涂层的涂层材料为氧化钇靶材。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷型芯涂层制备方法，其特征在于，采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)制备氧化钇柱状涂层的工艺参数为：沉积速率2～3μm/min，基板温度与靶材熔点之比为0.3～0.5，真空度为6～8Pa，电子束流强度为1～2A。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷型芯涂层制备方法，其特征在于，步骤四热处理工序的温度为1000℃，保温3h。
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