一種用于TiAl基合金精密鑄造或定向凝固的模殼及制備該模殼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于TiAl基合金精密鑄造或定向凝固的模殼及制備該模殼的方法，屬于熔模精密鑄造模殼的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]TiAl基金屬間化合物具有熔點高(1460°C)、密度低(3.9-4.2g/cm3)、高溫強度優(yōu)良、抗蠕變及抗氧化等優(yōu)點，是850°C?1050°C溫度區(qū)間內(nèi)唯一候選的減重結(jié)構(gòu)材料，在航空發(fā)動機領(lǐng)域有非常好的應用前景。TiAl基合金熔模精密鑄造技術(shù)可實現(xiàn)任意形狀零部件的近無余量甚至無余量整體成形，是制備TiAl基合金零部件的首選方法。研究表明，TiAl基合金的性能對組織非常敏感，采用定向凝固技術(shù)控制初生相的取向和片層生長方向，可獲得具有最佳綜合性能的合金組織。采用定向凝固精密鑄造技術(shù)對TiAl基合金進行制備，不僅能控制晶粒的取向，得到具有最佳綜合性能的合金組織，還可以實現(xiàn)葉片類復雜鑄件的近凈成形，對于提高發(fā)動機的性能、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。然而，TiAl基合金熔體具有很高的化學活性，精密鑄造或定向凝固過程中容易與型殼材料發(fā)生反應，對合金造成污染，這限制了精密鑄造或定向凝固精密鑄造技術(shù)在TiAl基合金中的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對TiAl基合金的高活性及精密鑄造或定向凝固工藝的要求，為了消除或降低精密鑄造或定向凝固過程中TiAl基合金與模殼材料間的反應，制備表面及內(nèi)部無污染的TiAl基合金部件。
[0004]本發(fā)明提出一種適用于TiAl基合金精密鑄造或定向凝固的模殼，該模殼焙燒后的面層和臨面層成分為Y2O3與Y3Al5O12 J4Al2O9和YAlO3三種釔鋁氧化物中的至少一種。該模殼的使用溫度為1500?1800°C，可用于TiAl基合金的精密鑄造或定向凝固。
[0005]本發(fā)明采用熔模精密鑄造工藝制備用于TiAl基合金精密鑄造或定向凝固的模殼的方法，具體步驟如下:
[0006]步驟一:配制模殼惰性層漿料
[0007]惰性層漿料由氧化釔粉、氧化鋁粉、鋁溶膠、分散劑、消泡劑、表面活性劑組成，其中，氧化釔粉和氧化鋁粉占漿料總重量的45?85%，氧化鋁粉占氧化釔粉和氧化鋁粉總重量的比例不高于30% ;鋁溶膠占料漿總重量的14%?54%，消泡劑占料漿總重量的0.01%?I %、分散劑占料漿總重量的0.01-1%,表面活性劑占料漿總重量的0.01 %?I % ;并且鋁溶膠、氧化釔粉、氧化鋁粉、消泡劑、分散劑和表面活性劑的總量之和為100%;
[0008]步驟二:配制模殼過渡層漿料及背層漿料
[0009]過渡層漿料及背層漿料均由氧化鋁粉、鋁溶膠、分散劑、消泡劑和表面活性劑組成，其中，氧化鋁粉占料漿總重的45?85%，鋁溶膠占料漿總重的14?54%，消泡劑占料漿總重的0.01 %?I %，分散劑占料漿總重量的0.01?I %，表面活性劑占料漿總重量的0.01?1%;并且氧化鋁粉、招溶膠、消泡劑、分散劑和表面活性劑的總量之和為100% ;
[0010]步驟三:制備模殼惰性層
[0011]將形狀為鑄件形狀的蠟模浸入步驟一制得的惰性層漿料中3?15s后取出，均勻撒上電熔氧化釔砂，干燥8?24h;重復上述掛漿、撒砂和干燥過程2?4次，形成模殼惰性層；
[0012]步驟四:制備模殼過渡層
[0013]將步驟三制備好的模殼惰性層浸入步驟二制得的過渡層漿料中3?20s后取出，均勻撒上電熔白剛玉砂，干燥7?20h;并重復該掛漿、撒砂和干燥過程I?3次；
[0014]步驟五:制備模殼背層
[0015]將步驟四制備好的模殼過渡層浸入步驟二制得的背層漿料中3?20s后取出，均勻撒上電熔白剛玉砂，干燥7?15h;并重復該掛漿、撒砂和干燥過程3?7次，最后一層只掛漿不撒砂，制備完成后干燥8?36h，制得模殼預成型件；
[0016]步驟六:脫錯
[0017]將步驟五中制得的模殼預成型件置于溫度為200?500°C脫蠟爐內(nèi)，脫蠟5?25分鐘，制得模殼生坯；
[0018]步驟七:焙燒
[0019]將步驟六中脫蠟后的模殼生坯放入電阻爐內(nèi)進行焙燒，設(shè)定升溫速率為0.2?6°C/min，焙燒溫度為1000°C?1800°C，并在1000°C?1800°C條件下保溫Ih?6h，然后隨爐冷卻至室溫后取出，制得用于TiAl基合金精密鑄造或定向凝固的模殼。
[0020]消泡劑是正辛醇、正戊醇、有機硅樹脂中的一種;分散劑是0P-10、JFC、0P_7中的一種。
[0021]步驟一中配置惰性層料漿中所用氧化釔粉、氧化鋁粉的粒度均為200?500目，惰性層料漿流杯粘度為20?10s(室溫)。
[0022]步驟二中配置過渡層和背層料漿中氧化鋁粉的粒度為200?400目，過渡層及背層料漿流杯粘度為18?80s (室溫)。
[0023]步驟三中所述的電熔氧化釔砂的粒度為30?180目，模殼的干燥溫度為18?30°C，相對濕度為40?90 %。
[0024]步驟四中所述的電熔白剛玉砂的粒度為20?120目，模殼干燥溫度為18?30°C，相對濕度為35?80 %。
[0025]步驟五中所述的電熔白剛玉砂的粒度15?100目，模殼的干燥溫度為18?30°C，相對濕度為30?70 %。
[0026]本發(fā)明技術(shù)方案中，氧化釔、氧化鋁以及氧化釔與氧化鋁焙燒生成的Y3Al5O12、￥4八1209和￥六103等!|乙招氧化物具有優(yōu)良的耐熱、耐腐蝕和尚溫穩(wěn)定性，因此氧化乾、氧化招粉適合做精密鑄造或定向凝固模殼的面層耐火材料，鋁溶膠適合做面層粘結(jié)劑。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)點是:(I)本發(fā)明所涉及的模殼面層和臨面層漿料以鋁溶膠為粘結(jié)劑、以高純電熔氧化釔粉和電熔白剛玉粉為耐火填料，焙燒后型殼面層成分為氧化釔和Y3Al5O12J4Al2O9和YAlO3三種釔鋁氧化物中的至少一種，化學穩(wěn)定性好，與合金熔體間的反應微弱，精密鑄造或定向凝固所得合金鑄件表面光潔，表面質(zhì)量良好。(2)本發(fā)明過渡層和背層材料為電熔白剛玉，具有熔點高、尺寸穩(wěn)定、價格便宜、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點。(3)模殼漿料性能穩(wěn)定，涂掛及流動性能好，易于保存，所制備的模殼具有化學穩(wěn)定性高、高溫強度、抗熱震性和高溫抗蠕變性優(yōu)良等特點，定向凝固得到的TiAl合金表面光潔，污染層薄。在對TiAl基合金進行精密鑄造或定向凝固過程中，該模殼不發(fā)生開裂和變形，沒有漏液。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
[0029]本發(fā)明的一種TiAl基合金精密鑄造或定向凝固模殼，焙燒后的主要成分為Y203和釔鋁氧化物。本發(fā)明的TiAl基合金精密鑄造或定向凝固模殼，充分利用了氧化釔和氧化鋁兩種材料在低溫和高溫下的特性，通過對材料的設(shè)計和制備工藝的優(yōu)化，焙燒后的型殼主要成分為Υ2θ3和Y3Al5O12J4Al2O9和YAlO3三種釔鋁氧化物中的至少一種，不僅具有良好的化學穩(wěn)定性、優(yōu)良的高溫強度、高溫抗蠕變性和抗熱震性，且價格適中。
[0030]實施例1:
[0031 ] T1-47Al-2Cr-2Nb(at.% )合金精密鑄造模殼及制備方法
[0032]步驟一:配制模殼惰性層料漿
[0033]料漿由氧化釔粉、氧化鋁粉、鋁溶膠、分散劑、表面活性劑和消泡劑組成，其中，氧化釔粉和氧化鋁粉占料漿總重量的60 %，Al203粉占粉體總量的比率為30%。鋁溶膠占料漿總重量的39%，消泡劑占料漿總重量的0.4%、分散劑占料漿總重量的0.4%，表面活性劑占料漿總重量的0.2%。
[0034]該步驟配制惰性層料漿所用氧化釔粉的粒度為280目，氧化鋁粉的粒度為500目，面層及臨面層料漿流杯粘度為55s。消泡劑是正辛醇;分散劑是聚丙烯酸銨;表面活性劑是JFC0
[0035]步驟二:制備模殼惰性層
[0036]將形狀為鑄件形狀的蠟模浸入步驟一所制得的料漿中5s后取出，均勻撒上電熔氧化釔砂，干燥24h ο重復上述掛漿、撒砂和干燥過程2次，形成模殼惰性層；
[0037]該步驟所述電熔氧化釔砂的粒度為80目，干燥溫度為25°C，相對濕度為65%。
[0038]步驟三:配制模殼過渡層料漿
[0039]料漿由氧化鋁粉、鋁溶膠、分散劑、表面活性劑和消泡劑組成，其中，氧化鋁粉占料漿總重的80%，鋁溶膠占料漿總重的19%，消泡劑占料漿總重的0.4%，分散劑占料漿總重量的0.3%，表面活性劑占料漿總重量的0.3%。
[0040]該步驟配置過渡層料漿所用氧化鋁粉的粒度為260目，背層料漿流杯粘度為60s。消泡劑是正辛醇;分散劑是聚丙烯酸銨;表面活性劑為JFC。
[0041 ]步驟四:制備模殼過渡層
[0042]將制備好的模殼惰性層浸入步驟三中所制得的過渡層料漿中7s后取出，均勻撒上電熔白剛玉砂，干燥15h，并重復該掛漿、撒砂和干燥過程I次。
[0043]該步驟中所述電熔白剛玉砂的粒度為50目，干燥溫度為25°C，相對濕度為60%。
[0044]步驟五:配制模殼背層料漿
[0045]料漿由氧化鋁粉、鋁溶膠、分散劑和消泡劑組成，其中，氧化鋁粉占料漿總重的7 6 %，鋁溶膠占料漿總重的2 3 %，消泡劑占料漿總重的0.4 %，分散劑占料漿總重量的
0.3%,表面活性劑占料漿總重量的0.3 %。
[0046]該步驟配置背層料漿所用氧化鋁粉的粒度為260目，背層料漿流杯粘度為50s。消泡劑是正辛醇;分散劑是聚丙烯酸銨;表面活性劑為0P-10。
[0047]步驟六:制備模殼背層
[0048]將制備好的模殼過渡層浸入步驟五所制得的背層料漿中8s后取出，均勻撒上電熔白剛玉砂，干燥12h，并重復該掛漿、撒砂和干燥過程3次，最后一層只掛漿不撒砂，制殼完成后干燥36h，制