一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法.pdf

一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，它涉及一种面层型壳的制备方法。本发明解决了现有方法制备得到的型壳在脱蜡时成本高，易污染环境的问题。方法：一、制备混合粘结剂；二、制备面层浆料；三、涂挂、撒砂、干燥即得到面层型壳。本发明制备得到的型壳可以用蒸汽脱蜡，脱蜡成本低，环保，易于操作。

权利要求书
1.  一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，其特征在于用于铸造高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法按照以下步骤进行：一、混合粘结剂的制备：SiO2胶体水解后得到的水解液，水解液静置20~28小时后与醋酸锆粘结剂混合，水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1~1.5，然后向混合物中加入占混合物总质量3%~10%的聚乙烯醇缩丁醛搅拌混合10~20分钟，即得到混合粘结剂；二、面层浆料的制备：向每公斤步骤一制备得到的混合粘结剂中加入0.5~1ml的润湿剂和0.8~1.2ml的消泡剂，然后再加入2~4kg的325目的耐火粉料搅拌混合10~24小时即得到面层浆料；三、将蜡膜以45°角浸入浆料中，直至涂挂好的蜡模表面浆料均匀，再将边角处的气泡用气枪吹破，然后采用雨淋式的加砂方式撒砂，干燥，即得到了用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳；其中，步骤二中的耐火材料为氧化铝、氧化锆、氧化钇或氧化钙，步骤二中的消泡剂为正辛醇、乙二醇单丁醚磷酸酯或有机硅消泡剂，步骤三中雨淋式的加砂方式撒砂所使用的砂料的粒度为100~120目，砂料为氧化铝砂，氧化锆砂或者氧化钇砂，步骤三中干燥时的湿度为50%~70%，温度为22~26℃，干燥时间为4~10小时。

2.  根据权利要求1所述的一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，其特征在于步骤一中SiO2胶体为硅酸乙酯。

3.  根据权利要求1或2所述的一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，其特征在于步骤一中SiO2胶体水解后静置22~26小时。

4.  根据权利要求3所述的一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，其特征在于步骤一中水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1.1~1.4。

5.  根据权利要求1、2或4所述的一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，其特征在于步骤一中向混合物中加入占混合物总质量5%~8%的聚乙烯醇缩丁醛。

6.  根据权利要求5所述的一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，其特征在于步骤一中向混合粘结剂中加入0.6~0.9ml的润湿剂和0.9~1.1ml的消泡剂，然后再加入2.5~3.5kg的325目的耐火粉料搅拌混合14~20小时即得到面层浆料。

7.  根据权利要求1、2、4或6所述的一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，其特征在于步骤三中雨淋式的加砂方式撒砂所使用的砂料的粒度为110~115目。

8.  根据权利要求7所述的一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法，其特征在于步骤三中干燥时的湿度为55%~65%，温度为23~25℃，干燥时间为6~8小时。

说明书一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法
技术领域
本发明涉及一种面层型壳的制备方法。
背景技术
由于高温钛合金具有较高的使用温度、高温强度、较好的抗氧化性能、抗蠕变性能、抗疲劳性能等，在飞机发动机和火箭推进系统所用的新一代高温结构材料中而备受航空航天界材料工作者们的重视，已成为新一代高温结构材料的研究方向和发展趋势。目前，高温钛合金主要是用于制造航空发动机中要求强度高与耐热性好的重要零部件和飞机机体结构件，尤其适用于大马赫数飞行的飞机。而如何得到性能良好的高温钛合金，关键在于铸造时所使用的面层型壳，二醋酸锆是目前广泛用于钛合金精密铸造面层型壳的有机化合物粘结剂，它虽然化学稳定性高，制成的面层型壳界面反应程度小，但是也存在着不足，在脱腊的时候无法使用热水脱蜡，所以在脱蜡时常常使用有毒、价高的有机溶剂脱蜡，污染环境且影响人体健康，而采用直接焙烧脱蜡，也会不同程度的污染环境。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有方法制备得到的型壳在脱蜡时成本高，易污染环境的问题，而提供了一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法。
本发明用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法按照以下步骤进行：一、混合粘结剂的制备：SiO2胶体水解后得到的水解液，水解液静置20~28小时后与醋酸锆粘结剂混合，水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1~1.5，然后向混合物中加入占混合物总质量3%~10%的聚乙烯醇缩丁醛搅拌混合10~20分钟，即得到混合粘结剂；二、面层浆料的制备：向每公斤步骤一制备得到的混合粘结剂中加入0.5~1ml的润湿剂和0.8~1.2ml的消泡剂，然后再加入2~4kg的325目的耐火粉料搅拌混合10~24小时即得到面层浆料；三、将蜡膜以45°角浸入浆料中，直至涂挂好的蜡模表面浆料均匀，再将边角处的气泡用气枪吹破，然后采用雨淋式的加砂方式撒砂，干燥，即得到了用于铸造高温钛合金熔模铸造的面层型壳；其中，步骤二中的耐火材料为氧化铝、氧化锆、氧化钇或氧化钙，步骤二中的消泡剂为正辛醇、乙二醇单丁醚磷酸酯或有机硅消泡剂，步骤三中雨淋式的加砂方式撒砂所使用的砂料的粒度为100~120目，砂料为氧化铝砂，氧化锆砂或者氧化钇砂，步骤三中干燥时的湿度为50%~70%，温度为22~26℃，干燥时间为4~10小时。
本发明制备得到的面层型壳可根据需要再进行一次型壳的涂挂，而对要求高的型壳可再涂挂两层面层，涂挂方法采用传统涂挂方法即可。
本发明方法以醇基粘结剂SiO2胶体为原料，而后又加入了润湿剂和消泡剂，使得到的面层浆料具有良好的涂挂性，同时粘度较小，面层浆料能均匀的涂挂到蜡模，面层浆料与蜡模致密性好，从而保证了铸件表面光洁，同时本发明方法中经干燥胶凝后遇水不回溶，可以蒸汽的方法进行脱蜡，本发明制备得到的面层型壳在进行脱蜡时不会污染环境，不会影响人体的健康，本发明制备得到的界面反应层较小，仅为30μm左右，使用本发明的型壳能获得性能优异的高温钛合金铸件。
附图说明
图1为具体实施方式二十三制备得到的面层型壳浇注所得到的IMI834高温钛合金界面的电镜图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法按照以下步骤进行：一、混合粘结剂的制备：SiO2胶体水解后得到的水解液，水解液静置20~28小时后与醋酸锆粘结剂混合，水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1~1.5，然后向混合物中加入占混合物总质量3%~10%的聚乙烯醇缩丁醛搅拌混合10~20分钟，即得到混合粘结剂；二、面层浆料的制备：向每公斤步骤一制备得到的混合粘结剂中加入0.5~1ml的润湿剂和0.8~1.2ml的消泡剂，然后再加入2~4kg的325目的耐火粉料搅拌混合10~24小时即得到面层浆料；三、将蜡膜以45°角浸入浆料中，直至涂挂好的蜡模表面浆料均匀，再将边角处的气泡用气枪吹破，然后采用雨淋式的加砂方式撒砂，干燥，即得到了用于铸造高温钛合金熔模铸造的面层型壳；其中，步骤二中的耐火材料为氧化铝、氧化锆、氧化钇或氧化钙，步骤二中的消泡剂为正辛醇、乙二醇单丁醚磷酸酯或有机硅消泡剂，步骤三中雨淋式的加砂方式撒砂所使用的砂料的粒度为100~120目，砂料为氧化铝砂，氧化锆砂或者氧化钇砂，步骤三中干燥时的湿度为50%~70%，温度为22~26℃，干燥时间为4~10小时。
本实施方式步骤一中SiO2胶体为硅酸乙酯，水解后的SiO2胶体的SiO2含量为8%~20%，模数M为0.25~0.5。
本实施方式步骤三中雨淋式的加砂方式撒砂时的撒砂厚度为5~20mm。
本实施方式制备得到的面层型壳可根据需要再进行下一次型壳的涂挂，而对要求高的型壳可再涂挂两层面层，涂挂方法采用传统方法进行即可。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中SiO2胶体水解后静置22~26小时。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中SiO2胶体水解后静置24小时。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中SiO2胶体水解后静置22小时。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中SiO2胶体水解后静置26小时。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1.1~1.4。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1.2。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1.1。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1.4。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤一中向混合物中加入占混合物总质量5%~8%的聚乙烯醇缩丁醛。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤一中向混合物中加入占混合物总质量6%的聚乙烯醇缩丁醛。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤一中向混合物中加入占混合物总质量5%的聚乙烯醇缩丁醛。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤一中向混合物中加入占混合物总质量8%的聚乙烯醇缩丁醛。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤一中向混合粘结剂中加入0.6~0.9ml的润湿剂和0.9~1.1ml的消泡剂，然后再加入2.5~3.5kg的325目的耐火粉料搅拌混合14~20小时即得到面层浆料。其他步骤及参数与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤一中向混合粘结剂中加入0.8ml的润湿剂和1ml的消泡剂，然后再加入3kg的325目的耐火粉料搅拌混合16小时即得到面层浆料。其他步骤及参数与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤一中向混合粘结剂中加入0.6ml的润湿剂和0.9ml的消泡剂，然后再加入3.5kg的325目的耐火粉料搅拌混合14小时即得到面层浆料。其他步骤及参数与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤一中向混合粘结剂中加入0.9ml的润湿剂和1.1ml的消泡剂，然后再加入2.5~3.5kg的325目的耐火粉料搅拌混合20小时即得到面层浆料。其他步骤及参数与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：步骤三中雨淋式的加砂方式撒砂所使用的砂料的粒度为110~115目。其他步骤及参数与具体实施方式一至十七之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤三中干燥时的湿度为55%~65%，温度为23~25℃，干燥时间为6~8小时。其他步骤及参数与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤三中干燥时的湿度为60%，温度为24℃，干燥时间为7小时。其他步骤及参数与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤三中干燥时的湿度为65%，温度为25℃，干燥时间为6小时。其他步骤及参数与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤三中干燥时的湿度为55%，温度为23℃，干燥时间为8小时。其他步骤及参数与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法按照以下步骤进行：一、混合粘结剂的制备：SiO2胶体水解后得到的水解液，水解液静置24小时后与醋酸锆粘结剂混合，水解液与醋酸锆粘结剂的质量比为1∶1.2，然后向混合物中加入占混合物总质量5%的聚乙烯醇缩丁醛搅拌混合15分钟，即得到混合粘结剂；二、面层浆料的制备：向每公斤步骤一制备得到的混合粘结剂中加入0.7ml的润湿剂和1ml的消泡剂，然后再加入3kg的325目的耐火粉料搅拌混合15小时即得到面层浆料；三、将蜡膜以45°角浸入浆料中，直至涂挂好的蜡模表面浆料均匀，再将边角处的气泡用气枪吹破，然后采用雨淋式的加砂方式撒砂，干燥，即得到了用于铸造高温钛合金熔模铸造的面层型壳；其中，步骤二中的耐火材料为氧化铝，步骤二中的消泡剂为正辛醇，步骤三中雨淋式的加砂方式撒砂所使用的砂料的粒度为100~120目，砂料为氧化铝砂，步骤三中干燥时的湿度为60%，温度为24℃，干燥时间为6小时。
本实施方式步骤一中SiO2胶体为硅酸乙酯，水解后的SiO2胶体的SiO2含量为8%~20%，模数M为0.25~0.5。
本实施方式步骤三中砂料的粒度为100~120目。
本实施方式制备得到的面层型壳可根据需要再进行下一次型壳的涂挂，而对要求高的型壳可再涂挂两层面层，涂挂方法采用传统方法进行即可。
本实施方式方法以醇基粘结剂SiO2胶体为原料，而后又加入了润湿剂和消泡剂，使得到的面层浆料具有良好的涂挂性，同时粘度较小，面层浆料能均匀的涂挂到蜡模，面层浆料与蜡模致密性好，从而保证了铸件表面光洁，同时本实施方式方法中经干燥胶凝后遇水不回溶，可以蒸汽的方法进行脱蜡，本实施方式制备得到的面层型壳在进行脱蜡时不会污染环境，不会影响人体的健康，本实施方式制备得到的界面反应层较小，仅为30μm左右。用本实施方式制备的面层型壳浇注IMI834高温钛合金界面反应层的厚度为30μm左右，其中IMI834高温钛合金合金熔体与面层型壳的界面的扫描电镜图如图1所述，从图中可以看出界面反应层较小，复合要求。