[發明專利]一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼及其制備方法

有效

• 申請號: 201210499991.3
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102990006A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 姜敏;魯雄剛;李重河;張如林;譚光祥;張東;何文英;何建平
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海晉拓金屬制品有限公司
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22C1/00;B22C1/02;B22C3/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼及其制備方法，屬于合金精密鑄造技術領域。?

背景技術

鈦及鈦合金由于具有密度小、比強度高、耐腐蝕等一系列優異的特性，被廣泛地應用于航空航天工業、能源工業、海上運輸、化學工業等方面。但是鈦和鈦合金在高溫下具有很高的化學活性，要與常用的各種耐火材料發生化學反應。這就需要鈦合金鑄造使用的耐火材料和粘結劑的具有非常高的化學穩定性。目前使用較多的鈦合金精密鑄造用型殼，大致可分為：石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼等。其中，石墨型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.?3?mm，它有可能在應力作用下引發裂紋的產生與擴展。石墨型殼的熱穩定性有一定的限度，當石墨與鈦液接觸，在達到反應激活能的條件下，有可能發生急劇的放熱連鎖反應，因此石墨型殼不宜澆注大型復雜鈦合金鑄件。另外，石墨型殼的收縮率高，是普通熔模陶瓷型殼的兩倍，這影響了熔模石墨型殼鈦合金精鑄件的精度。鎢面層陶瓷型殼制備時，鎢粉作為涂料中的填料使用，鎢粉的性能對型殼的品質有重大的影響，鎢粉應具較高的純度，雜質含量不能超過規定的標準，氧、碳含量的超標，將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必須采用溶劑脫蠟?,因而對人體健康有很大的傷害，同時也污染環境。鎢面層型殼在還原性氣氛下焙燒，脫蠟后沉積在型殼表面上的模料灰分很難燒掉，在澆注時很容易與液鈦反應，在鑄件表面形成氣孔。氧化物陶瓷型殼的面層和鄰層涂料中主要使用了氧化鋯、氧化釔、氧化鈣等與鈦液反應較小的氧化物，其中以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。另外氧化物陶瓷型殼無法避免在鑄件表面形成α粘污層，α粘污層的厚度從0.02~0.2mm不等。鋯酸鋇是一種化學性質非常穩定的耐火材料，鋯酸鋇陶瓷型殼與鈦及鈦合金反應程度小，形成α粘污層厚度小，有研究表明熱解鋯酸鋇坩堝已經可以用于鈦合金熔煉，此外由于鋯酸鋇穩定的化學性質，其在水、弱酸、強堿中都不發生化學反應，所以含有鋯酸鋇的涂料穩定不易膠凝。由于鋯酸鋇密度小，涂料的懸浮性也好。本課題組已擁有專利《用于鈦及鈦合金熔煉的BaZrO₃耐火材料及其坩堝的制備方法》證實：BaZrO₃耐火材料與鈦合金不發生反應，沒有明顯界面層。?

發明內容

本發明的目的是提供一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼及制備方法。?

本發明是一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼，其特征在于，該型殼由面層、鋯酸鋇顆粒層、多層的由背層加上粗莫來石顆粒組成；所述的面層涂料配方為：鋯酸鋇95—65wt%，醋酸鋯粘結劑5—35wt%，且額外加入表面活性劑硬脂酸0.1—0.5wt%，消泡劑聚二甲基硅氧烷0.1—0.5wt%；所述的鋯酸鋇為小于200目的粉末顆粒；所述的背層涂料為硅酸乙酯或硅溶膠粘結劑和填料莫來石粉組成；該背層涂料之后再撒有顆粒的莫來石顆粒層。?

本發明是一種用于鈦及鈦合金精密鑄造的型殼的制備方法，其特征在于具有以下過程和步驟：?

A?鋯酸鋇原料的預處理：將鋯酸鋇粉末經過物理或者化學方法得到小于200目的鋯酸鋇顆粒；

B?面層涂料的制備：在粘結劑中加入經過預處理的鋯酸鋇，并用攪拌器不斷攪拌，適當加入添加劑如表面活性劑和消泡劑，涂料的配比為95~65wt%鋯酸鋇、5~35wt%粘結劑和0.1~5wt%表面活性劑和0.1~5wt%消泡劑所組成；控制涂料漿的粘度在10~70s（美制4號流杯）；

C?型殼的制備：涂料制備好后，將蠟模浸入上述涂料中，當涂料流淌均勻地涂掛在蠟模上時進行撒砂，將80~120目的鋯酸鋇均勻地撒在涂掛了涂料的蠟模上；涂料充分干燥和硬化后，重復上述步驟；然后再涂背層涂料，背層涂料使用硅酸乙酯或硅熔膠粘結劑和莫來石粉填料；其粘度控制在10~20s；最后用20目粗莫來石顆粒撒砂；將制備好的型殼進行干燥；

D?型殼的脫蠟：將干燥好的型殼使用高壓蒸汽釜或微波脫蠟；

E?型殼的燒結：將已脫蠟的型殼放入焙燒爐中在氮氣保護下焙燒，溫度為800~1350℃，保溫2~3小時，然后隨爐冷卻至室溫，即制得成品型殼。

附圖說明

圖1?本發明型殼的多層結構示意圖。?

圖2?澆注前后的型殼（左為澆注后、右為澆注前）。?

圖3?敲掉部分型殼后的合金局部。?

圖4?完全去掉型殼的合金。?

具體實施方式

現將本發明的具體實施例敘述于后。?