[發明專利]用于定向鑄造的高輻射度殼模

有效

• 申請號: 200910160915.8
• 申請日: 2009-07-24
• 公開（公告）號: CN101633031A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: M·F·X·吉利奧蒂;黃世欽;A·M·馬金德;R·J·彼得森;S·F·魯特科夫斯基;V·S·文卡塔拉馬尼
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B22C1/00
• 分類號: B22C1/00;B22C3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 段曉玲;孫秀武

技術領域

本公開大體上涉及用于定向鑄造的殼模(shell?mold)，更特別涉及 提供高熱梯度的高輻射度殼模組合物。

背景技術

在渦輪發動機用的鎳基超合金渦輪葉片和翼片之類的部件制造中， 過去已經使用定向凝固(DS)熔模鑄造技術制造在發動機的渦輪節中遇 到的高溫下具有改進的機械性質的柱狀晶粒和單晶鑄件微結構。

對于超合金的定向凝固，固液界面需要高的熱梯度以產生良好的鑄 件微結構。為了提供高的熱梯度，需要從實心鑄件中除去熱。但是，在 鑄造過程中，在金屬通過冷卻凝固后，該金屬收縮脫離模具；因此，熱 必須跨過空氣間隙從金屬表面輻射到模具表面，從此處將熱導走。與凝 固和冷卻聯系在一起的收縮是許多鑄造法的考慮因素，因為其影響鑄件 尺寸和熱拉裂的形成以及造成其它缺陷。在連續鑄造法中，模具通常是 錐形的以影響收縮，但通常要求對凝固殼的凝固和冷卻過程中的收縮現 象的基本理解。

針對強度和化學惰性選擇傳統模具陶瓷。對于超合金的定向凝固， 模具材料通常選自石英、熔融二氧化硅、鋯、氧化鋁、硅鋁酸鹽和氧化 釔。通常，形成模具的方法包括將蠟模浸入包含粘合劑和耐火材料的漿 料中以在該蠟模上涂布漿層。粘合劑通常是二氧化硅基材料。膠態二氧 化硅非常盛行用于該用途，并廣泛用于熔模鑄造模具。這種類型的市售 膠態二氧化硅等級通常具有大約10％-50％的二氧化硅含量。通常隨后在 該漿層表面上施加干耐火材料的砂(stucco)涂層。使所得含砂的漿層 干燥。視情況施加附加的漿料-砂料層以制造具有合適厚度的圍繞蠟模的 殼模。在充分干燥后，從殼模中除去蠟模，并燒制該模具。

有時，在該殼自這種高溫加熱進行冷卻之前，用熔融金屬填充該殼。 或者，將該模具冷卻至室溫并儲存以備隨后使用。控制該模具的后繼再 加熱以便不造成裂化。已經使用各種方法將熔融金屬引入殼模，包括重 力、壓力、真空和離心法。當鑄模中的熔融金屬已充分凝固和冷卻時， 可以從該殼模中取出鑄件。

有時使用表面涂層在熔融鑄造金屬和殼模表面之間形成保護性阻 隔層。例如，美國專利No.6,676,381(Subramanian等人)描述了基于 氧化釔或至少一種稀土金屬和其它無機組分(如氧化物、硅化物、硅酸 鹽和硫化物)的表面涂層。該表面涂層組合物最常是漿料形式，該漿料 通常包括粘合劑材料以及耐火材料，如氧化釔組分。在將熔融的反應性 鑄造金屬送入殼模時，該表面涂層防止鑄造金屬與模具壁(即該表面涂 層下方的壁)之間的不合意反應。出于相同目的，表面涂層有時可用于 保護一般會接觸鑄造金屬的型芯部分(在殼模內)。

熔模鑄造模具中熔融金屬的凝固速率明顯影響鑄件的微結構、強度 和品質。如果凝固速率太快，該金屬可能沒有足夠時間進料液態金屬以 適應凝固時的收縮，從而造成孔隙。如果凝固速率太慢，該鑄件可能表 現出粗糙微結構。申請人已經發現，通過控制熔模鑄造模具中熔融金屬 的冷卻速率，可以避免或盡量減少這些缺點以及其它缺點。

相應地，仍然需要具有高熱輻射度的模具以提供良好的鑄件微結 構。

發明內容

本文中公開了高輻射度(emittance)模殼和用于形成該高輻射度模 殼的方法。在一個實施方案中，用于鑄造熔融材料以形成制品的殼模包 含在其使用過程中接觸所述熔融材料的位于殼模內表面上的表面涂層 (facecoat)，所述表面涂層具有包含高輻射系數氧化鋁固溶體的相， 其中該高輻射系數氧化鋁固溶體基本是莫來石和剛玉。

在另一實施方案中，用于鑄造熔融材料以形成制品的殼模包含在其 使用過程中接觸所述熔融材料的位于殼模內表面上的表面涂層，所述表 面涂層具有包含高輻射系數氧化鋁固溶體的相，其中該高輻射系數氧化 鋁固溶體由包含硅酸鋯和膠態二氧化硅的漿料以及包含氧化鋁的砂料 形成。

形成殼模的方法，該方法包括制備臨時模型(fugitive?pattern)；將 所述模型浸在漿料組合物中以形成接觸該臨時模型的表面涂層，該漿料 組合物包含氧化鋁、氧化鉻綠和二氧化硅；在該表面涂層上沉積砂層； 干燥該殼；和在高于要鑄造的金屬的熔點的溫度下燒制該殼。

參照本公開的各種特征的下列詳述和其中包含的實施例，更容易理 解本公開。

附圖說明

現在參照附圖，其中類似要素的編號類似：

圖1是氧化鋁、氧化鉻綠和二氧化硅組合物的三元相圖；