一種抗界面反應(yīng)的復(fù)合陶瓷型殼制造技術(shù)

一種抗界面反應(yīng)的復(fù)合陶瓷型殼，該型殼包括由氧化釔粉為耐火粉料，氧化釔砂為耐火骨料，硅溶膠為粘結(jié)劑，采用多次涂覆方法制成的面層和由電熔莫來(lái)石粉為耐火粉料，電熔剛玉砂為耐火骨料，硅溶膠為粘結(jié)劑，采用多次涂覆方法制成的加固層，加固層固定在面層的上端面上，且為一整體結(jié)構(gòu)；型殼總厚度為5-13mm，其中面層厚度為0.15-1.4mm。用本方法制成的型殼焙燒后型殼的型腔表面光潔、無(wú)裂紋，表面無(wú)浮砂、浮粉，完全清晰地復(fù)制了葉片蠟?zāi)５男螤睢?br />

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種抗型殼界面反應(yīng)復(fù)合陶瓷型殼。具體地講是一種增加陶瓷型殼面層惰性，消除型殼與高溫合金的界面物理化學(xué)反應(yīng)，保證鑄件優(yōu)良的表面質(zhì)量和尺寸精度的抗界面反應(yīng)的復(fù)合陶瓷型殼。
技術(shù)介紹
隨著航空、航天、船舶和地面燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電工業(yè)的發(fā)展，這些領(lǐng)域所使用的動(dòng)力裝置燃?xì)廨啓C(jī)也隨著不斷發(fā)展和改進(jìn)，以 提高其推力或效率，這就對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)的核心熱端部件——定向或單晶葉片等提出了更高的要求。為了保證尺寸精度，減少鑄件后處理工序，節(jié)省成本，這些部件大都采用精密鑄造成型，葉片鑄造成型后不進(jìn)行機(jī)械加工直接安裝在渦輪盤(pán)上，這就對(duì)鎳基高溫合金葉片定向凝固無(wú)余量熔模精密鑄造技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。熔模精密鑄造定向凝固過(guò)程中，型殼是在高溫狀態(tài)下澆注金屬液，型殼作為一個(gè)“容器”充滿了熔融金屬，合金保持液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾十分鐘到幾小時(shí)，在這種高溫條件下，型殼面層和液態(tài)合金的接觸界面極易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。陶瓷型殼所用的粘結(jié)劑硅溶膠中的無(wú)定形SiO2是和高溫合金中合金元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)，例如高溫合金中的C、Mg、Y、Ti、Al、Hf等元素易與型殼發(fā)生劇烈的反應(yīng)，在葉片上形成粘砂缺陷。SiO2+C (Mg、7、Ti、Hf) — SiO / + (MgO、Yfi3, TiO2, HfO) +CO f (I) 這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的定向凝固型殼制造技術(shù)采用鋁礬土粉或剛玉粉制造陶瓷漿料，按精密鑄造工藝制備型殼，型殼中含有大量的SiO2，導(dǎo)致鑄型反應(yīng)嚴(yán)重。用這種傳統(tǒng)的定向凝固型殼制造技術(shù)涂制的定向凝固陶瓷型殼葉片表面質(zhì)量差、粘砂嚴(yán)重。造成鑄件表面和鑄件內(nèi)部化學(xué)成分偏差大，降低鑄件的力學(xué)性能，增大鑄件表面粗糙度，提高后處理成本。為此，這一領(lǐng)域的技術(shù)人員為減少鑄型反應(yīng)，提高鑄件表面質(zhì)量進(jìn)行了大量的研究工作。美國(guó)專利(專利號(hào)US 3972367，US 4247333)介紹了一種采用化學(xué)反應(yīng)法除掉型殼面層中的SiO2的方法，型殼焙燒過(guò)程中向爐內(nèi)引入還原性氣體CO (1700°C ±50°C保溫I小時(shí))和H2 (1700°C焙燒4小時(shí))等，還原型殼中的氧化硅，使其成為SiO氣體逸出型殼，在型殼內(nèi)表面形成10 30um厚的氧化鋁阻擋層。但是這種方法要求燒結(jié)設(shè)備能在還原性氣氛中工作，設(shè)備造價(jià)昂貴。美國(guó)專利(專利號(hào)US 3933190)介紹了一種采用聚氧氯化鋁作粘結(jié)劑制造全剛玉型殼，用于制造定向柱狀晶鎳基或鈷基合金，型殼由高純氧化鋁做成，并含有痕量的氧化硅，與合金接觸12h不發(fā)生反應(yīng)。但是型殼的濕強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度很差，導(dǎo)致脫蠟過(guò)程中型殼出現(xiàn)裂紋，破壞表面光潔度，而且粘結(jié)劑聚氧氯化鋁在水蒸汽中溶解，因此不允許使用蒸汽脫蠟。美國(guó)專利(專利號(hào)US 4196769，US 4216815)介紹了一種采用鋁溶膠制作定向凝固型殼，粘結(jié)劑為膠體氧化鋁的水溶液，氧化鋁含量10%，并且不含氧化硅，耐火粉料為片狀氧化鋁，撒砂骨料也為片狀氧化鋁。此方法制備的全剛玉型殼，脫蠟過(guò)程中沒(méi)有裂紋，在高溫1500 1700°C具有較高的高溫強(qiáng)度，鑄造過(guò)程中沒(méi)有鑄型反應(yīng)，適用于鑄造合金中含有活性元素鋯、鋁、鉭等的鎳基和鈷基合金。但是這種型殼濕強(qiáng)度只有常規(guī)型殼的50%，粘結(jié)劑遇水蒸汽膨脹，不能用蒸汽脫蠟，漿料壽命短，必須嚴(yán)格控制漿料的PH值，工藝控制難度大，經(jīng)常出現(xiàn)膠凝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的，是提供一種抗界面反應(yīng)的復(fù)合陶瓷型殼。該復(fù)合陶瓷型殼惰性強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，不與高溫合金熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，消除了型殼內(nèi)表面與高溫合金熔體的表面冶金反應(yīng)，可以保證鑄件優(yōu)良的表面質(zhì)量和尺寸精度的抗界面反應(yīng)的復(fù)合陶瓷型殼。本專利技術(shù)的另一目的，是提供一種制備抗界面反應(yīng)的復(fù)合陶瓷型殼的制作方法。采用的技術(shù)方案是 一種抗界面反應(yīng)的復(fù)合陶瓷型殼，其特征在于 該型殼包括由氧化釔粉為耐火粉料，氧化釔砂為耐火骨料，硅溶膠為粘結(jié)劑，采用多次涂覆方法制成的面層和由電熔莫來(lái)石粉為耐火粉料，電熔剛玉砂為耐火骨料，硅溶膠為粘結(jié)劑，采用多次涂覆方法制成的加固層，加固層固定在面層的上端面上，且為一整體結(jié)構(gòu)；型殼總厚度為5-13mm，其中面層厚度為O. 15-1. 4 mm ； 上述加固層的外端面上涂設(shè)有電熔莫來(lái)石層，為封漿層； 上述氧化釔粉粒度< 320目，電熔莫來(lái)石粉粒度< 320目，氧化釔砂粒度為80-120目，電熔剛玉砂粒度為24-46目，硅溶膠濃度為25-35%。，其特征在于包括下述工藝步驟 1、制備蠟?zāi)０丛O(shè)計(jì)形狀和尺寸制成蠟?zāi)＃? 2、制備面層 (1)制備面層衆(zhòng)料 取粒度< 320目的氧化釔粉、濃度為25-35%的硅溶膠、表面活性劑JFC或EA和消泡劑正辛醇或機(jī)硅樹(shù)脂備用； 按3. 0-4. 8 1的重量比取氧化釔粉和硅溶膠，并混均，再加入以重量比計(jì)O. 05-1. 0%的表面活性劑JFC或ΕΑ，0. 05-1. 0%的消泡劑正辛醇或機(jī)硅樹(shù)脂，充分混合均勻，即為面層漿料； 取設(shè)定劑量的面層漿料均勻涂在蠟?zāi)１砻妫?0-120目氧化釔砂，干燥后即為面層。3、在面層上端面上以涂覆辦法制成加固層，加固層由2-7個(gè)分加固層構(gòu)成。(I)配制加固層漿料 取粒度< 320目的電熔莫來(lái)石粉和硅溶膠，按I. 8-2. 8 :1的重量配比混合均勻，再加入以重量百分比計(jì)O. 05-1. 0%的表面活性劑JFC或ΕΑ，0. 05-1. 0%的消泡劑正辛醇或機(jī)硅樹(shù)月旨，混均勻，制備出加固層漿料； (2)將加固層漿料涂在外面層上，均勻撒上粒度為24-46目電熔剛玉砂，風(fēng)干4-8小時(shí)制成第一分加固層，以此類推制出2-7層分加固層； 在配制上述加固層漿料時(shí)，可加入適量礦化劑； 4、將制備好的型殼放到高壓蒸汽脫蠟釜中脫蠟，壓力為O. 4 O. 6Mpa，溫度150 170°C，脫蠟時(shí)間為8 16分鐘； 型殼脫蠟后置于大氣中干燥8 12個(gè)小時(shí)，使型殼中的水分蒸發(fā)掉，再進(jìn)行焙燒；型殼可在大氣環(huán)境中焙燒，最好放在還原性氣氛中焙燒，以利于化學(xué)反應(yīng)提高型殼性能和質(zhì)量，燒結(jié)溫度為950 1550°C，在焙燒過(guò)程中的型殼發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，在型殼內(nèi)腔表面形成一種惰性阻擋層，阻止液態(tài)金屬和型殼中的自由SiO2接觸，高溫區(qū)的最主要的反應(yīng)為，粘結(jié)劑中的SiO2和過(guò)量的Y2O3反應(yīng)生成Y2SiO5 ； Y2O3 + SiO2 — Y2SiO5 硅酸釔熔點(diǎn)2070°C，在高溫時(shí)都具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，不與高溫合金中的活性元素C、Hf、Al、Ti等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)造成鑄件表面的化學(xué)粘砂。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于 用本方法制成的型殼焙燒后型殼的型腔表面光潔、無(wú)裂紋，表面無(wú)浮砂、浮粉，完全清晰地復(fù)制了葉片蠟?zāi)５男螤睢６ㄏ蚰踢^(guò)程中，型殼上區(qū)保溫溫度1500°C，下區(qū)保溫溫度 15500C，真空度6. I X W2Pa,錫液溫度240 290°C，拉拔速度6mm/min，抽拉時(shí)間35分鐘，所用鎳基高溫合金為DZ22合金和DZ125合金，澆注溫度1550°C。實(shí)際澆注結(jié)果表明面層為氧化釔的陶瓷型殼制備的葉片表面光潔，無(wú)粘砂現(xiàn)象，表面質(zhì)量比面層為電熔剛玉型殼明顯提高。由此可見(jiàn)，氧化釔面層陶瓷型殼具有比剛玉面層陶瓷型殼更優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，用這種型殼制造的葉片表面光潔度較好，完全能滿足葉身不打磨清理、不加工直接使用的要求。是本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種抗界面反應(yīng)的復(fù)合陶瓷型殼，其特征在于：該型殼包括由氧化釔粉為耐火粉料，氧化釔砂為耐火骨料，硅溶膠為粘結(jié)劑，采用多次涂覆方法制成的面層和由電熔莫來(lái)石粉為耐火粉料，電熔剛玉砂為耐火骨料，硅溶膠為粘結(jié)劑，采用多次涂覆方法制成的加固層，加固層固定在面層的上端面上，且為一整體結(jié)構(gòu)；型殼總厚度為5?13mm，其中面層厚度為0.15?1.4?mm；上述加固層的外端面上涂設(shè)有電熔莫來(lái)石層，為封漿層；上述氧化釔粉粒度≤320目，電熔莫來(lái)石粉粒度≤320目，氧化釔砂粒度為80?120目，電熔剛玉砂粒度為24?46目，硅溶膠濃度為25?35%。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：婁延春，于波，蘇貴橋，劉孝福，李長(zhǎng)春，郭新力，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：沈陽(yáng)鑄造研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：