一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝的制作方法
【專利摘要】一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝，陶瓷型芯芯料由70％—85％的石英玻璃粉和15％—30％M75型莫來石粉組成，增塑劑由97％的白石蠟和3％的聚乙烯組成；型芯壓制工藝參數(shù)為：模具預(yù)熱溫度30—45℃，料漿溫度95—110℃，壓注壓力2.0—3.0MPa，保壓時間15—20s；型芯燒結(jié)工藝參數(shù)為：200℃保溫4h，400℃保溫4h，600℃保溫1h，900℃保溫1h，終燒溫度1150—1160℃保溫4h；燒結(jié)后，采用硅酸乙酯強化劑進行高溫強化，用環(huán)氧樹脂、聚酰胺樹脂、丙酮按一定比例配制的低溫強化劑進行低溫強化；最后進行烘烤。采用該工藝制備的薄壁硅基陶瓷型芯，成品率可達到85％以上，澆注過程中斷芯率低于8％，收縮率小，室溫、高溫強度好，尺寸精度高，在鑄造過程中不變形，易脫芯，能夠滿足腔道復(fù)雜的薄壁鑄件的鑄造需求。
【專利說明】一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熔模精密鑄造，特別是一種用于熔模鑄造航空發(fā)動機空心鑄件的薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來世界各國在不斷改善航空發(fā)動機的綜合性能，特別是提高葉片的承溫能力。因此，不斷改善葉片冷卻結(jié)構(gòu)，提高冷卻性能成為目前渦輪葉片設(shè)計與制造追求的目標。
[0003]航空發(fā)動機鑄件熔模鑄造目前廣泛采用陶瓷型芯形成鑄件錯綜復(fù)雜的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)。隨著發(fā)動機技術(shù)的不斷提升，氣冷葉片(目前主要為定向、單晶高溫合金葉片)的冷卻結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，壁更薄(如有的葉片排氣縫厚度甚至只有0.2mm)，與傳統(tǒng)的空心葉片有很大的不同，其制備工藝是技術(shù)難點。這類氣冷葉片的關(guān)鍵制造技術(shù)是陶瓷型芯的制造，要求陶瓷型芯必須具有良好的耐火度、室溫強度、高溫強度、高溫?zé)岱€(wěn)定性、孔隙率及脫芯性能。采用常規(guī)陶瓷型芯制備工藝制造這類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁陶瓷型芯，存在型芯壓不足、易出現(xiàn)壓制裂紋和燒結(jié)裂紋等技術(shù)問題，導(dǎo)致陶瓷型芯的合格率很低，一般不超過40% ;而且這種型芯在澆注過程中容易發(fā)生斷芯，由斷芯造成的鑄件廢品占到總廢品的60%以上。顯然，常規(guī)陶瓷型芯制備工藝已不能滿足制備這類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁陶瓷型芯的工藝要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對常規(guī)陶瓷型芯制備工藝存在的上述技術(shù)問題加以改進，提供一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝。
[0005]為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供的薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝，包括以下步驟:
[0006]步驟1:配料
[0007]芯料配比按重量百分比計，由石英玻璃粉(基體材料)70% — 85%和M75型莫來石粉(礦化劑)15%—30%組成；增塑劑按重量百分比計，由97%的白石蠟和3%的聚乙烯組成；增塑劑按占石英玻璃粉和M75型莫來石粉總重量的15%—20%添加；
[0008]步驟2:制備料漿
[0009]先將增塑劑加入攪料筒中加熱熔化，全部熔化后，將烘干稱完重量的芯料逐漸加入攪料筒內(nèi)，芯料全部加入后，攪拌24h以上，料漿溫度控制在120— 130°C范圍內(nèi)，攪拌均勻后，靜止10 — 20min排除氣泡；
[0010]步驟3:型芯壓制
[0011]然后利用型芯模具和50t高壓壓芯機壓制成形，壓制工藝參數(shù)為:
[0012]模具預(yù)熱溫度:30—45°C，
[0013]料漿溫度:95— 110°C，
[0014]壓注壓力'2.0—3.0MPa,
[0015]保壓時間:15—20s;
[0016]步驟4:型芯燒結(jié)
[0017]將壓制成形的濕態(tài)陶瓷型芯放入裝有工業(yè)氧化鋁粉填料的專用陶瓷罐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝參數(shù)為:
[0018]2000C，升溫時間lh，保溫4h，
[0019]400°C,升溫時間lh，保溫4h，
[0020]600°C，升溫時間lh，保溫Ih,
[0021]900°C，升溫時間lh，保溫Ih,
[0022]終燒溫度1150— 1160 °C,升溫時間2h，保溫4h ；
[0023]然后隨爐冷卻，至300°C以下開爐門，200°C以下出爐，100°C以下出芯；
[0024]步驟5:型芯高溫強化
[0025]將燒結(jié)好的陶瓷型芯浸入粘度為(3.0-4.5) X 10_6m2/s的硅酸乙酯強化劑中，待氣泡完全消失(約40— 50min)后取出，置于自干架上自干24h以上；
[0026]步驟6:型芯低溫強化
[0027]將經(jīng)高溫強化的陶瓷型芯浸入按重量比環(huán)氧樹脂:聚酰胺樹脂:丙酮=1:1:6配制的低溫強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上；
[0028]步驟7:型芯烘烤
[0029]將經(jīng)低溫強化的陶瓷型芯整齊放置于DHl型電熱鼓風(fēng)恒熱干燥箱中進行烘烤，烘烤工藝參數(shù)為:
[0030]溫度50± 10°C，保溫 30min，
[0031]100±10°C，保溫 30min，
[0032]150±10°C，保溫 Ih ;
[0033]然后隨爐冷卻至室溫后取出。
[0034]與原有傳統(tǒng)陶瓷型芯制備工藝相比較，本發(fā)明陶瓷型芯制備工藝具有以下有益效果:
[0035]1、配料時，增加礦化劑的用量，有利于型芯的燒結(jié)和型芯的高溫抗變形能力；適當提高增塑劑，可保證型芯薄壁部分壓制成形。
[0036]2、料漿溫度控制在120— 130°C，有利于漿料在模具中的流動；型芯壓制工藝參數(shù)選擇模具預(yù)熱溫度30—45°C，料漿溫度:95 — 110°C，壓注壓力2.0—3.0MPa，有利于型芯薄壁部分壓制成形和強度，可使陶瓷型芯的壓制成形率達到95%以上。
[0037]3、型芯的燒結(jié)分成排蠟和終燒兩大階段，其中排蠟階段采取在不同溫度下保溫一定時間，可以使型芯內(nèi)的增塑劑被熔化后通過型芯表面向氧化鋁粉填料擴散，被填料吸收后進一步向外揮發(fā)，直到去除干凈，從而避免型芯中因增塑劑殘留產(chǎn)生的起皮、鼓泡和層裂等缺陷；終燒采取1150— 1160°C高溫保溫4小時，既可滿足型芯的強度要求，同時又不易產(chǎn)生燒結(jié)裂紋和變形，型芯燒結(jié)完好率可提升到85%—90%。
[0038]4、型芯燒結(jié)后采用由硅酸乙酯配制的高溫強化劑和環(huán)氧樹脂、聚酰胺樹脂、丙酮按一定比例配制的低溫強化劑，按專用工藝參數(shù)分別進行高溫和低溫強化，可使型芯的尺寸穩(wěn)定性、高溫和室溫強度達到精密鑄造高溫合金鑄件要求。
[0039]5、型芯的烘烤采取不同溫度下保溫一定時間，有利于高溫、低溫強化劑的滲入，進一步提升型芯的強度，并減少型芯的形變。
[0040]基于以上有益效果，采用本發(fā)明工藝生產(chǎn)形狀不規(guī)則薄壁硅基陶瓷型芯，其成品率可達到85%以上；同時可大幅度減少澆注過程中因斷芯造成的廢品，對降低航空發(fā)動機生產(chǎn)成本和提升航空發(fā)動機熔模鑄造技術(shù)具有重大作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明陶瓷型芯燒結(jié)工藝曲線；
[0042]圖2為本發(fā)明陶瓷型芯烘烤工藝曲線。

【具體實施方式】
[0043]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0044]本實施例為熔模鑄造某航空發(fā)動機空心葉片時采用本發(fā)明工藝制作薄壁硅基陶瓷型芯。該陶瓷型芯形狀為不規(guī)則曲面結(jié)構(gòu)，排氣邊布滿0.3_小孔，型芯長度120_，進氣邊厚度3mm，排氣邊厚度0.2mm。按以下步驟進行制作:
[0045]1.配料
[0046]按重量百分比:石英玻璃粉80%，M75型莫來石粉20%配制陶瓷型芯芯料；增塑劑按重量由97%的白石蠟和3%的的聚乙烯組成，增塑劑按占陶瓷型芯芯料總重的18%添加；
[0047]2.制備漿料
[0048]先將占芯料重量18%的增塑劑加入攪料筒中加熱熔化，待全部熔化后，將烘干稱重后的芯料逐漸加入攪料筒內(nèi)，待芯料全部加入后，攪拌30h，料漿溫度控制在130°C，攪拌均勻后，靜止20min排除氣泡。
[0049]3.型芯壓制
[0050]利用型芯模具和50t高壓壓芯機壓制成形，壓制工藝參數(shù)為:
[0051]模具預(yù)熱溫度:40°C，
[0052]料漿溫度:105°C，
[0053]壓注壓力:2.5MPa,
[0054]保壓時間:20s ;
[0055]4.型芯燒結(jié)
[0056]將壓制成形的濕態(tài)陶瓷型芯放入裝有工業(yè)氧化鋁粉填料的專用陶瓷罐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝曲線如圖1所示:200°C，升溫時間lh，保溫4h ;400°C，升溫時間lh，保溫4h ；600°C,升溫時間lh，保溫Ih ；9000C，升溫時間lh，保溫Ih ;終燒溫度1155°C，升溫時間2h，保溫4h ；然后隨爐冷卻，至200 V時開爐門，100°C時出爐，室溫時出芯；
[0057]5.型芯高溫強化
[0058]將燒結(jié)好的陶瓷型芯浸入粘度為(3.0-4.5) X 10_6m2/s的硅酸乙酯強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干25h ；
[0059]6.型芯低溫強化
[0060]將經(jīng)步驟5高溫強化的陶瓷型芯浸入按重量比環(huán)氧樹脂:聚酰胺樹脂:丙酮=I:
1:6配制的低溫強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干30h ;
[0061]7.型芯烘烤
[0062]將經(jīng)步驟6低溫強化的陶瓷型芯整齊放置于DHl型電熱鼓風(fēng)恒熱干燥箱中進行烘烤，烘烤工藝曲線如圖2所示:50±101:，保溫301^11 ;100±10°C，保溫30min ;150±10°C，保溫Ih ;然后隨爐冷卻到室溫后取出。
[0063]采用上述方法制備的陶瓷型芯，型芯表面光潔、平整，收縮率小，室溫、高溫強度很好，尺寸精度高，在鑄造過程中不變形，易脫芯，能夠滿足氣冷葉片的鑄造需求。經(jīng)批量生產(chǎn)和使用證明，該型芯燒結(jié)完好率達到90%以上，斷芯率低于8%。
【權(quán)利要求】
1.一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:配料 芯料配比按重量百分比計，由石英玻璃粉70 %—85 %和M75型莫來石粉15 %—30 %組成；增塑劑按重量百分比計，由97%的白石蠟和3%的聚乙烯組成；增塑劑按占石英玻璃粉和M75型莫來石粉總重量的15%—20%添加； 步驟2:制備料漿 先將增塑劑加入攪料筒中加熱熔化，全部熔化后，將烘干稱完重量的芯料逐漸加入攪料筒內(nèi)，芯料全部加入后，攪拌24h以上，料漿溫度控制在120— 130°C范圍內(nèi)，攪拌均勻后，靜止10 — 20min排除氣泡； 步驟3:型芯壓制 然后利用型芯模具和50t高壓壓芯機壓制成形，壓制工藝參數(shù)為: 模具預(yù)熱溫度:30—45°C， 料漿溫度:95 — 110°C， 壓注壓力:2.0—3.0MPa, 保壓時間:15—20s ； 步驟4:型芯燒結(jié) 將壓制成形的濕態(tài)陶瓷型芯放入裝有工業(yè)氧化鋁粉填料的專用陶瓷罐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝參數(shù)為: 200°C，升溫時間lh，保溫4h， 400°C，升溫時間lh，保溫4h， 600°C，升溫時間lh，保溫Ih, 900°C，升溫時間lh，保溫Ih, 終燒溫度1150—11601:，升溫時間2h，保溫4h ； 然后隨爐冷卻，至300°C以下開爐門，200°C以下出爐，100°C以下出芯； 步驟5:型芯高溫強化 將燒結(jié)好的陶瓷型芯浸入粘度為(3.0-4.5) X 10_6m2/s的硅酸乙酯強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上； 步驟6:型芯低溫強化 將經(jīng)高溫強化的陶瓷型芯浸入按重量比環(huán)氧樹脂:聚酰胺樹脂:丙酮=I:1:6配制的低溫強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上； 步驟7:型芯烘烤 將經(jīng)低溫強化的陶瓷型芯整齊放置于DHl型電熱鼓風(fēng)恒熱干燥箱中進行烘烤，烘烤工藝參數(shù)為: 溫度 50±10°C，保溫 30min， 100±10°C，保溫 30min， 150±10°C，保溫 Ih ； 然后隨爐冷卻至室溫后取出。
【文檔編號】C04B35/622GK104384452SQ201410581635
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】韓大平, 黃靜, 倪偉, 王延輝, 顧欣 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司