專利名稱：一種精密鑄造鈦合金的模殼制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造成型領(lǐng)域，特別涉及精密鑄造鈦合金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦是在鋼、鐵、銅和鋁之后迅速崛起的新型工程金屬材料，具有強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕、無磁性、生物相容性好等特點(diǎn)，越來越受到人們青睞。初期，主要用于軍工領(lǐng)域，現(xiàn)在正逐步向民用領(lǐng)域擴(kuò)展，且增長迅速。目前使用較多的鈦合金精密鑄造用模殼，大致可分為石墨模殼、鎢面層陶瓷模殼、氧化物陶瓷模殼等。其中，石墨模殼所澆注出來的鑄件，在表面上有一層滲碳的α脆性層，厚度大約為0. 2 0. 3mm，它有可能在應(yīng)力作用下引發(fā)裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。石墨模殼的熱穩(wěn)定性有一的限度，當(dāng)石墨與鈦液接觸，在達(dá)到反應(yīng)激活能的條件下，有可能發(fā)生急劇的放熱連鎖反應(yīng)，因此石墨模殼不宜澆注大型復(fù)雜鈦合金鑄件。另外，石墨模殼的收縮率高， 是普通精密鑄造陶瓷模殼的兩倍，這影響了精密鑄造石墨模殼鈦合金精密鑄件的精度。鎢面層陶瓷模殼制備時(shí)，鎢粉作為涂料中的填料使用，鎢粉的性能對模殼的品質(zhì)有重大影響， 鎢粉要求有極高的強(qiáng)度，否則會(huì)影響鈦合金鑄件的質(zhì)量。鎢面層精密鑄造模殼α必須采用溶劑脫蠟，因而對人體健康有傷害，同時(shí)也污染環(huán)境；另外鎢面層模殼在還原性氣氛下焙燒，脫蠟石沉積在模殼表面上的模料灰分很難燒掉，在澆注時(shí)很容易與液鈦反應(yīng)，在鑄件表面形成氣孔。氧化物陶瓷模殼的面層和鄰層涂料中使用的氧化鋯、氧化釔等與鈦液反應(yīng)較小的氧化物，其性能較高；其中的氧化釔作為填料的面層涂料鑄造性能較好，但氧化釔容易發(fā)生水化作用，其漿料對PH值變化十分敏感，易膠凝。另外，氧化物陶瓷模殼無法避免在鑄件表面形成α粘污層，其厚度在0.02 0.2mm范圍內(nèi)不等。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種精密鑄造鈦合金用低成本、穩(wěn)定性強(qiáng)的模殼制備方法，采用該方法制備鈦合金部件滿足使用要求。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種精密鑄造鈦合金模殼制備方法，其特征在于步驟如下1)制備面層將粒度為200-400目的氮化硼粉與硅溶膠按重量比為2 1 3 1 配置成流杯粘度為10-25秒的料漿；將上述料漿涂掛在蠟?zāi)Ｉ希錾傲６葹?0-100目的電熔莫來石砂，干燥，制備面層；2)制備過渡層采用200-400目的^O3粉與硅溶膠按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度為10-30秒的料漿，涂掛第2層，撒40-80目粒度的電熔莫來石砂，干燥；再采用 200-400目的Al2O3粉與硅溶膠按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度為10-30秒的料漿，涂掛第3層；撒40-80目粒度的電熔莫來石砂，干燥；幻制備加固層再采用鋁礬土與硅溶膠按重量比為3 1 4 1配置鋁礬土料漿和撒砂粒度為16-24目的煤矸石砂依次涂掛和撒砂4-6層，最后涂掛一次上述制備的鋁礬土料漿，干燥；4)脫蠟，燒結(jié)。所述步驟1)，料漿制備過程中添加潤濕劑、消泡劑，其中潤濕劑占料漿的重量百分比為1-5%。，消泡劑占料漿的重量百分比1-5%。，在攪拌狀態(tài)下加入氮化硼粉，之后依次加入潤濕劑、消泡劑，攪拌10小時(shí)以上，方可涂料；所述潤濕劑為聚氧乙烯烷基苯酚醚、低泡潤濕分散劑RFCF-10或辛基酚聚氧乙烯醚；所述消泡劑為異丙醇、硅樹脂或正戌醇。所述步驟1)，蠟?zāi)＝M浸入粘度杯粘度為10-30秒的氮化硼料漿中3-8秒，保證料漿均勻掛在蠟?zāi)Ｉ?，撒砂粒度?0-100目的電熔莫來石砂砂，在溫度為30-35°C，濕度 30-70%的環(huán)境中干燥6小時(shí)，形成面層；所述步驟幻中，涂掛第2層和第3層后在溫度為30-35°C，濕度30-60%的環(huán)境中干燥8小時(shí)，形成過渡層；所述步驟幻中，第4-6層每層均在溫度為30-35°C，濕度30-60%的環(huán)境中干燥10 小時(shí)，形成加固層；最后一層涂掛鋁礬土料漿，在溫度為30-35°C，濕度30-60%的環(huán)境中干燥10小時(shí)；所述的^O3粉是電熔態(tài)；所述步驟4)，脫蠟后形成的模殼在室溫放置4-10小時(shí)后再進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度在800-1200°C，保溫1-3小時(shí)，爐冷至300°C以下即可取出。本發(fā)明的有益效果為1、本發(fā)明采用穩(wěn)定性好的氮化硼作為殼型的面層材料，控制鈦合金的進(jìn)氧量，適合鑄造鈦合金。氮化硼是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的耐火物質(zhì)，氮化硼陶瓷模殼與鈦及鈦合金反應(yīng)程度小，形成α粘污層厚度小。氮化硼穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，其在水、酸、堿中都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以含有氮化硼的涂料穩(wěn)定且不凝膠。2.本發(fā)明采用氮化硼做面層、采用IO3和Al2O3做過渡層，采用電熔莫來石做撒砂層，確保面層與背層的結(jié)合牢固性。這幾種陶瓷的選擇和組合使得模殼的各項(xiàng)性能指標(biāo)都滿足使用要求，且成本低廉3、本發(fā)明采用的粘結(jié)劑是傳統(tǒng)的硅溶膠，該溶膠的SiO2重量百分比在20-30%，該溶膠性能穩(wěn)定，可放置半年到幾年性能不變，粘度為10-30s，膠粒內(nèi)部的Si-O-Si鍵形成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而膠體粒子與水接觸界面則形成Si-OH水化膜，將耐火材料顆粒粘結(jié)在一起， 形成具有一定強(qiáng)度的模殼，成本低廉。4.本發(fā)明采用水蒸氣脫蠟、方便無毒。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種精密鑄造鈦合金模殼制備方法，其特征在于步驟如下1)制備面層將粒度為200目的氮化硼粉與硅溶膠按重量比為3 1配置，添加潤濕劑、消泡劑，其中潤濕劑占料漿的重量百分比為3%。，消泡劑占料漿的重量百分比為3%。， 在攪拌狀態(tài)下加入氮化硼粉，之后依次加入潤濕劑、消泡劑，攪拌10小時(shí)，配成流杯粘度為 16秒的料漿；本實(shí)施例中，潤濕劑為聚氧乙烯烷基苯酚醚，消泡劑為異丙醇。將蠟?zāi)＝M浸入上述氮化硼料漿中6秒，保證料漿均勻掛在蠟?zāi)Ｉ?，撒砂粒度?0目的電熔莫來石砂，溫度為30°C，濕度50%的環(huán)境中干燥6小時(shí)，形成面層；2)制備過渡層采用320目的IO3粉與硅溶膠按重量比3 1配置成流杯粘度為 18秒的料漿，涂掛第2層，撒80目粒度的電熔莫來石砂，在溫度為30°C，濕度50%的環(huán)境中干燥8小時(shí)；再采用320目的Al2O3粉與硅溶膠按重量比3 1配置成流杯粘度為18秒的料漿，涂掛第3層，撒80目粒度的電熔莫來石砂，在溫度為30°C，濕度50%的環(huán)境中干燥8 小時(shí)；形成過渡層；3)制備加固層再采用鋁礬土與硅溶膠按重量比為3 1配置鋁礬土料漿和撒砂粒度為20目的煤矸石砂依次涂掛和撒砂4-6層，每層都在溫度為30°C，濕度50%的環(huán)境中干燥10小時(shí)，形成加固層；最后一層涂掛鋁礬土料漿，在溫度為30°C，濕度50%的環(huán)境中干燥10小時(shí)；4)采用蒸汽方式脫蠟后，模殼在室溫放置8小時(shí)后再進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度在 1100°C，保溫2小時(shí)，爐冷至300°C取出，所得模殼澆杯內(nèi)表面、部件桿部位光潔，強(qiáng)度好。用上述方法制備的模殼鑄造Ti6A14V合金，熔融金屬與模殼稍有反應(yīng)，合金從模殼中增氧IOOppm Wt% ；而采用普通的Al2O3殼型，合金的進(jìn)氧量達(dá)到了 600ppm Wt%。可見，氮化硼殼型面層材料具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。實(shí)施例二一種精密鑄造鈦合金模殼制備方法，其特征在于步驟如下1)制備面層將粒度為320目的氮化硼粉與硅溶膠按重量比為2. 5 1配置，添加潤濕劑、消泡劑，其中潤濕劑占料漿的重量百分比為3%。，消泡劑占料漿的重量百分比為 3%。，在攪拌狀態(tài)下加入氮化硼粉，之后依次加入潤濕劑、消泡劑，攪拌10小時(shí)，配成流杯粘度為13秒的料漿；本實(shí)施例中，潤濕劑為聚氧乙烯烷基苯酚醚，消泡劑為異丙醇。將蠟?zāi)＝M浸入上述氮化硼料漿中6秒，保證料漿均勻掛在蠟?zāi)Ｉ?，撒砂粒度?00目的電熔莫來石砂，溫度為35 °C，濕度40 %的環(huán)境中干燥6小時(shí)，形成面層；2)制備過渡層采用320目的IO3粉與硅溶膠按重量比3. 5 1配置成流杯粘度為20秒的料漿，涂掛第2層，撒80目粒度的電熔莫來石砂，在溫度為35°C，濕度40%的環(huán)境中干燥8小時(shí)；再采用320目的Al2O3粉與硅溶膠按重量比3. 5 1配置成流杯粘度為20 秒的料漿，涂掛第3層，撒80目粒度的電熔莫來石砂，在溫度為35°C，濕度40%的環(huán)境中干燥8小時(shí)；形成過渡層；3)制備加固層再采用鋁礬土與硅溶膠按重量比為3. 5 1配置鋁礬土料漿和撒砂粒度為M目的煤矸石砂依次涂掛和撒砂4-6層，每層都在溫度為35°C，濕度40%的環(huán)境中干燥10小時(shí)，形成加固層；最后一層涂掛鋁礬土料漿，在溫度為35°C，濕度40%的環(huán)境中干燥10小時(shí)；4)采用蒸汽方式脫蠟后，模殼在室溫放置10小時(shí)后再進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度在 1200°C，保溫1小時(shí)，爐冷至300°C取出，所得模殼澆杯內(nèi)表面、部件桿部位光潔，強(qiáng)度好。用實(shí)施例一和二制備的模殼鑄造Ti6A14V合金，熔融金屬與模殼稍有反應(yīng)，合金從模殼中增氧100-120ppm Wt % ；而采用普通的Al2O3殼型，合金的進(jìn)氧量達(dá)到了 600ppm Wt%?？梢?，本發(fā)明的模殼的性能比現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)異得多。申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)， 對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種精密鑄造鈦合金模殼制備方法，其特征在于步驟如下1)制備面層將粒度為200-400目的氮化硼粉與硅溶膠按重量比為2 1 3 1配置成流杯粘度為10-25秒的料漿；將上述料漿涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，撒砂粒度?0-100目的電熔莫來石砂，干燥，制備面層；2)制備過渡層采用200-400目的Y2O3粉與硅溶膠按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度為10-30秒的料漿，涂掛第2層，撒40-80目粒度的電熔莫來石砂，干燥；再采用 200-400目的Al2O3粉與硅溶膠按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度為10-30秒的料漿，涂掛第3層；撒40-80目粒度的電熔莫來石砂，干燥；3)制備加固層再采用鋁礬土與硅溶膠按重量比為3 1 4 1配置鋁礬土料漿和撒砂粒度為16-24目的煤矸石砂依次涂掛和撒砂4-6層，最后涂掛一次上述制備的鋁礬土料漿，干燥；4)脫蠟，燒結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟1)，料漿制備過程中添加潤濕劑、消泡劑， 其中潤濕劑占料漿的重量百分比為1-5%。，消泡劑占料漿的重量百分比1-5%。，在攪拌狀態(tài)下加入氮化硼粉，之后依次加入潤濕劑、消泡劑，攪拌10小時(shí)以上，方可涂料；所述潤濕劑為聚氧乙烯烷基苯酚醚、低泡潤濕分散劑RFCF-10或辛基酚聚氧乙烯醚；所述消泡劑為異丙醇、硅樹脂或正戌醇。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟1)，蠟?zāi)＝M浸入粘度杯粘度為10-30秒的氮化硼料漿中3-8秒，保證料漿均勻掛在蠟?zāi)Ｉ?，撒砂粒度?0-100目的電熔莫來石砂砂， 在溫度為30-35°C，濕度30-70%的環(huán)境中干燥6小時(shí)，形成面層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟2)中，涂掛第2層和第3層后在溫度為 30-35°C，濕度30-60%的環(huán)境中干燥8小時(shí)，形成過渡層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟3)中，第4-6層每層均在溫度為30-35°C， 濕度30-60%的環(huán)境中干燥10小時(shí)，形成加固層；最后一層涂掛鋁礬土料漿，在溫度為 30-35°C，濕度30-60%的環(huán)境中干燥10小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟4)，脫蠟后形成的模殼在室溫放置4-10小時(shí)后再進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度在800-1200°C，保溫1-3小時(shí)，爐冷至300°C以下即可取出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種精密鑄造鈦合金模殼制備方法，該方法包括制備面層，制備過渡層，制備加固層，脫蠟、燒結(jié)四個(gè)步驟。本發(fā)明的制殼工藝簡單，殼型成本低廉，并且可有效的控制鈦合金鑄件與殼型面層材料的反應(yīng)，降低合金的進(jìn)氧量，適用于鑄造鈦合金鑄件。
文檔編號B22C9/04GK102284678SQ201110244479
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者張明 申請人:無錫華冶鋼鐵有限公司