[發明專利]用于鋯及鋯合金的金屬型精密鑄造方法

有效

• 申請號: 201310269760.8
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN103317114A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 謝華生;趙軍;劉時兵;劉宏宇;史昆;劉鴻宇
• 申請（專利權）人: 沈陽鑄造研究所
• 主分類號: B22D13/00
• 分類號: B22D13/00;B22D13/10;B22C3/00
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 劉忠達

技術領域

????本發明涉及一種用于鋯及鋯合金的金屬型精密鑄造工藝方法。

背景技術

鋯及鋯合金具有非常優異的耐蝕性能，抗水和蒸汽腐蝕性能好，耐大部分強酸堿腐蝕，熱中子吸收截面低，對核燃料具有良好的相容性，并且其比強度較高，加工性能良好，因此在化工設備和核反應堆設施等領域應用非常廣泛。鋯及鋯合金在熔融狀態下具有很強的活潑性，幾乎能與所有的耐火材料發生不同程度的化學反應，并且還能與O₂、N₂、H₂及CO₂等氣體發生化學反應，降低鋯鑄件的表面和內部質量。因此，鋯及鋯合金鑄造技術對鑄型材料及鑄造設備要求較高，必須選擇合適的鑄型材料和鑄造工藝方法，保證鑄件的質量。

目前，鋯及鋯合金鑄造技術主要采用機加工石墨型和陶瓷型熔模精密鑄造工藝。機加工石墨型工藝是采用高純度的人造石墨電極塊，通過機械加工以及手工制成鑄型，其特點為鑄型加工相對方便簡單，單件產品生產周期較短，石墨鑄型一部分外皮可回收使用，壽命一般為3~5次。石墨型熱導率較高，具有激冷作用，退讓性較差，澆鑄出的鋯鑄件內部晶粒細小，組織均勻，性能較好，但鑄件表面易出現冷隔、流痕、微裂紋等缺陷。另外，石墨本身存在一定的孔隙率，鑄型表面加工相對粗糙，進而導致鑄件表面粗糙，同時，在表面還會形成一層厚度約為幾十微米的C沾污層。以上這些表面質量問題導致了機加工石墨型澆鑄的鋯鑄件表面整體質量較差，因此需要預留較多的加工余量，造成了材料的浪費。陶瓷型熔模精密鑄造工藝是采用惰性耐高溫陶瓷材料作為鑄型材料并采用熔模精密鑄造技術制備而成，其特點為鑄件表面質量較高，尤其適用于復雜薄壁鋯鑄件，但制作工藝較為復雜繁瑣，成型周期較長，另外，由于型殼涂層厚度有限，型殼強度受限，因此在較大型鋯合金鑄件鑄型制備過程中，型殼很容易出現變形甚至斷裂，成型較為困難。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種采用金屬型鑄造工藝的鋯及鋯合金精密鑄件的生產方法。該種方法采用鑄鐵、鑄鋼以及鑄銅作為鑄型材料并采用機械加工方法制作出金屬鑄型，由于金屬型仍具有較高的導熱率，尤其對于鑄銅材料，有著甚至高于石墨型的導熱率，對鋯合金液的激冷作用過強，另外對于結構復雜或存在薄壁結構的鑄型，鋯合金液充型也存在一定的困難，因此有選擇的在金屬鑄型型腔表面上，涂覆一層惰性耐高溫涂料。采用該方法生產出的鑄件尺寸精準，表面粗糙度≤6.3微米，表面污染層≤0.05毫米，表面無冷隔、流痕、微裂紋等缺陷。

采用的技術方案是：

一種用于鋯及鋯合金的金屬型精密鑄造方法，包括下述工藝步驟：

（1）加工制備金屬鑄型：

采用鑄鐵、鑄鋼或鑄銅金屬材料作為鋯合金鑄型材料，根據鑄造工藝圖紙，采用機械加工方式將金屬塊加工成金屬鑄型。

金屬鑄型在涂刷涂料或者熔煉澆鑄前，需要清理金屬鑄型型腔表面。首先采用噴砂法清除表面銹跡等殘留物，即用壓縮空氣將石英砂吹至型腔表面，然后再用酒精或丙酮清洗表面，以去除油污等污物。最后將金屬鑄型預熱至100~150℃，冷卻至室溫待用。

（2）制備耐高溫涂料：

金屬耐高溫型涂料按照重量百分比，由55~70?wt%耐火粉料，30~45?wt%粘結劑，0~1?wt%表面活性劑和0~1?wt%消泡劑均勻混合而成。

耐火粉料由經穩定化處理的Y₂O₃粉和ZrO₂粉中至少一種組成，兩種耐火粉料的組分變化范圍如下：Y₂O₃?70~100?wt%、ZrO₂?0~30?wt%，粉料粒度小于0.053（270目）。粘結劑采用濃度為35~45?wt%的醋酸鋯溶液，表面活性劑采用JFC，消泡劑采用正丁醇。

制備涂料時，將55~70?wt%耐火粉料逐漸加入到30~45?wt%醋酸鋯粘結劑中，并采用涂料攪拌機均速攪拌1~4小時，之后加入0~1?wt%消泡劑和0~1?wt%表面活性劑，攪拌均勻后即制成涂料。制備過程中，環境溫度控制在16~28℃，環境濕度控制在40~70%，涂料溫度控制在16~23℃，涂料粘度控制在5~25?sec。

（3）制備陶瓷涂層

采用人工涂刷或噴槍噴涂方法將涂料涂覆在金屬鑄型的型腔表面，厚度在0.1~0.3?毫米。工作環境溫度控制在16~28℃，相對濕度控制在30~70%；