CN1876272A - 用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法。属耐高温陶瓷模壳材料成型工艺技术领域。本发明的工艺过程和步骤如下：先在磨细的、过325目筛的氮化硼粉料与粘结剂二醋酸锆或硅溶胶按3∶1重量配比制成涂料浆，然后将蜡槽浸入于上述涂料浆中，让涂料均匀地涂挂在蜡模上后进行撒砂，即将氮化硼干粉撒在涂挂了涂料的蜡模上，待干燥和硬化后再重复上述浸涂撤砂过程1～2次；然后再进行背层涂料，用粘结剂和莫来石粉料配成的浆料再进行背层涂料3～5次；最后将具有多层涂层的蜡模进行干燥、脱模、900～1100℃含氮气氛下烧结，最后制得氮化硼陶瓷型壳。

Description

用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法。属耐高温陶瓷模壳材料成型工艺技术的领域。
背景技术
钛和钛合金由于具有密度小，比强度高，耐腐蚀等一系列优异的特性，被广泛地应用于航空航天工业、能源工业、海上运输工业、化学工业等方面。但是钛和钛合金在高温下具有很高的化学活性，要与常用的各种耐火材料发生化学反应。这就需要钛合金铸造使用的耐火材料及粘结剂具有非常高的化学稳定性。目前使用较多的钛合金精密铸造用型壳，大致可分为：石墨型壳、钨面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳等。其中，石墨型壳所浇注出来的铸件，在表面上有一层渗碳的α脆性层，厚度大约为0.2～0.3mm，它有可能在应力作用下引发裂纹的产生和扩展。石墨型壳的热稳定性有一定的限度，当石墨与钛液接触，在达到反应激活能的条件下，有可能发生急剧的放热连锁反应，因此石墨型壳不宜浇注大型复杂钛合金铸件。另外，石墨型壳的收缩率高，是普通熔模陶瓷型壳的两倍，这影响了熔模石墨型壳钛合金精密铸件的精度。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影响，钨粉要求有极高的强度，否则会影响钛合金铸件的质量。钨面层熔模型壳α必须采用溶剂脱蜡，因而对人体健康有伤害，同时也污染环境；另外钨面层型壳在还原性气氛下焙烧，脱蜡石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。氧化物陶瓷型壳的面层和邻层涂料中使用的氧化锆、氧化钇等与钛液反应较小的氧化物，其性能较高；其中的氧化钇作为填料的面层涂料铸造性能较好，但氧化钇容易发生水化作用，其浆料对pH值变化十分敏感，易胶凝。另外，氧化物陶瓷型壳无法避免在铸件表面形成α粘污层，其厚度在0.02～0.2mm范围内不等。氧化硼是一种化学性质非常稳定的耐火物质，氮化硼陶瓷型壳与钛及钛合金反应程度小，形成α粘污层厚度小。有研究表面热解氧化硼坩埚已经可以用于钛合金熔炼。此外由于氮化硼稳定的化学性质，其在水、酸、碱中都不发生化学反应，所以含有氮化硼的涂料稳定且不得凝胶。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法。
本发明一种用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.涂料的制备：在磨细的、过325目筛的耐高温化合物粉料中加入粘结剂，并用搅拌器不断搅拌；加入水或有机溶剂作为稀释剂，控制涂料浆的粘度为10～40S；耐高温化合物为氧化硼或氮化硼与氧化钇、氧化锆、氧化钛、氮化钛、氧化铝中的任一种组成的混合物；粘结剂为二醋酸锆、碳酸锆按、硅溶胶、钇溶胶中的任一种；耐高温化合物材料与粘结剂的重量配比为1∶1～3∶1；
b.型壳的制备：将蜡模浸入上述配制好的涂料浆中，稍待片刻，让涂料均匀地涂挂在蜡模上后，进行撤砂，即将氮化硼干粉均匀地撤在涂挂了涂料的蜡模上、撤砂过程1～2次：然后再进行背层涂料；背层涂料所用的粘结剂为硅酸乙脂或硅溶胶，所用的填料为莫来石细粉，将该背层涂料浆料覆于上述涂层蜡模的外层，随后再用较粗的莫来石粉粒进行撒砂；背层涂料按此操作重复3～5次；最终形成涂层的总厚度为3～10mm；
c.将上述具有多层涂层的蜡模进行干燥，待干燥硬化后，脱除蜡模，形成型壳；
d.将脱除蜡模的型壳放入烧结炉中在含氮气氛下焙烧，焙烧温度为900～1100℃，烧结1～2小时后，保温于300℃1～2小时，随后随炉冷却至室温，最终制成用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳。
本发明方法制得的氮化硼陶瓷型壳的优点：(1)氮化硼陶瓷型壳与钛及钛合金反应程度小，铸件表面形成α粘污层厚度小。(2)氮化硼陶瓷型壳的强度高，铸件表面的光洁度高。(3)含有氮化硼的涂料性能稳定，不易胶凝，有利于陶瓷型壳的成型。
具体实施方式
现将本发明的实施例叙述于后。
实施例1
本实施例中的工艺过程和步骤如下：
(1)涂料的制备：在磨细的、过325目筛的氮化硼粉料(其粒径相当于40μ)中加入粘结剂二醋酸锆，用搅拌器不断搅拌，控制涂料浆的粘度为30S；氮化硼粉料与粘结剂的重量配比为3∶1；
(2)型壳的制备：将蜡模浸入上述配制好的涂料浆中，稍待片刻，让涂料均匀地涂挂在蜡模上后，进行撤砂，即将氮化硼干粉均匀地撤在涂挂了涂料的蜡模上，待涂料充分干燥和硬化后，再重复上述浸涂、撤砂过程一次；然后再进行背层涂料；背层涂料用粘结剂为硅溶胶，所用的填料为莫来石细粉，将该背层涂料浆料覆于上述涂层蜡模的外层，随后再用较粗的莫来石粉粒进行撒砂；背层涂料按此操作重复3次；最终形成涂层的总厚度为5mm；
(3)将上述具有多层涂层的蜡模进行干燥，待干燥硬化后，脱除蜡模，形成型壳；
(4)将脱除蜡模的型壳放入烧结炉中，在含氮气氛下焙烧，焙烧温度为1000℃，烧结1小时后，于300℃温度2小时，随后随炉冷却至室温，最终制成用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳。

Claims (1)

1.一种用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.涂料的制备：在磨细的、过325目筛的耐高温化合物粉料中加入粘结剂，并用搅拌器不断搅拌；加入水或有机溶剂作为稀释剂，控制涂料浆的粘度为10～40S；耐高温化合物为氧化硼或氮化硼与氧化钇、氧化锆、氧化钛、氮化钛、氧化铝中的任一种组成的混合物；粘结剂为二醋酸锆、碳酸锆按、硅溶胶、钇溶胶中的任一种；耐高温化合物材料与粘结剂的重量配比为1∶1～3∶1；
b.型壳的制备：将蜡模浸入上述配制好的涂料浆中，稍待片刻，让涂料均匀地涂挂在蜡模上后，进行撤砂，即将氮化硼干粉均匀地撤在涂挂了涂料的蜡模上、撤砂过程1～2次：然后再进行背层涂料；背层涂料所用的粘结剂为硅酸乙脂或硅溶胶，所用的填料为莫来石细粉，将该背层涂料浆料覆于上述涂层蜡模的外层，随后再用较粗的莫来石粉粒进行撒砂；背层涂料按此操作重复3～5次；最终形成涂层的总厚度为3～10mm；
c.将上述具有多层涂层的蜡模进行干燥，待干燥硬化后，脱除蜡模，形成型壳；
d.将脱除蜡模的型壳放入烧结炉中在含氮气氛下焙烧，焙烧温度为900～1100℃，烧结1～2小时后，保温于300℃ 1～2小时，随后随炉冷却至室温，最终制成用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳。
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