[發(fā)明專利]一種鈦及鈦合金鑄造用氧化硅基陶瓷型芯的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310662113.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN103693976A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 南海;黃東;趙鵬;李建崇;魏戰(zhàn)雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): C04B35/66
• 分類號(hào): C04B35/66
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種鈦及鈦合金鑄造用氧化硅基陶瓷型芯的制備方法，屬于鈦合金精密鑄造加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

通常金屬鑄件的復(fù)雜內(nèi)腔成型主要通過使用預(yù)制的陶瓷型芯來成型，并待澆注凝固成型后設(shè)法脫除。其工藝流程如下：陶瓷型芯制備、含陶瓷型芯的蠟?zāi)Ｖ苽?、制殼、型殼脫蠟和焙燒、合金澆鑄、脫芯。隨著我國(guó)航空航天飛行器及其發(fā)動(dòng)機(jī)的快速發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)減重的目標(biāo)，對(duì)鈦合金鑄件的需求越來越廣泛，所需要的鈦合金鑄件的形狀和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，特別是內(nèi)腔結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，導(dǎo)致對(duì)鈦合金鑄件用型芯的需求越來越迫切。

目前，氧化鋁、氧化硅基陶瓷型芯成本低，對(duì)于高溫合金化學(xué)惰性高，因此在高溫合金鑄造中廣泛應(yīng)用。但是因?yàn)樵擃愋托静牧喜痪邆鋵?duì)熔融鈦合金良好的化學(xué)反應(yīng)惰性，極易在鈦合金鑄件表面形成反應(yīng)層，不適合應(yīng)用于鈦合金精鑄領(lǐng)域。氧化鋯和氧化釔因具有對(duì)熔融鈦合金良好的化學(xué)反應(yīng)惰性而引起了相關(guān)科研人員的關(guān)注，先后開發(fā)出了氧化鋯和氧化釔陶瓷型芯，但是在實(shí)際應(yīng)用中由于該類型芯成本高，化學(xué)惰性大，強(qiáng)度高，鑄造成型后，型芯脫除極其困難，因此，只適合形狀簡(jiǎn)單，孔深不大的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)成型。由于氧化鈣具有對(duì)熔融鈦合金良好的化學(xué)反應(yīng)惰性，而且易溶于水，因此一些科研工作者開展了氧化鈣陶瓷型芯的研究，如公開號(hào)CN102531648A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種鈦合金鑄造用氧化鈣基體陶瓷型芯及制備方法，其包括有下列重量百分比的成分：1.0～15%的二氧化鋯、0.5～10.0%的氧化釔、0.05～0.1%的氧化釷和余量的氧化硅。該專利中氧化鈣的含量為74.9～98.45wt％，由于在鈦合金精密鑄造工藝較為復(fù)雜，從含陶瓷型芯的蠟?zāi)Ｖ苽涞胶辖鸬臐沧r(shí)間一般均在兩周以上，型芯在使用過程中要與水基涂料相接觸。上述專利制備出的型芯遇水后即發(fā)生水化反應(yīng)而造成型芯的潰散，因此，上述型芯難以實(shí)際應(yīng)用于鈦合金精密鑄造領(lǐng)域。公開號(hào)CN1793033A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種鈦合金精密鑄造用陶瓷型芯材料，主體成分為氧化鋯，其含量為60～85wt％，其中氧化鈣的含量為4～20wt％。目前，型芯的脫芯工藝主要有：機(jī)械力破壞脫芯、化學(xué)腐蝕脫芯、機(jī)械力破壞與化學(xué)腐蝕相結(jié)合脫芯，對(duì)于復(fù)雜形狀的型芯很難進(jìn)行機(jī)械力破壞脫除只能采用化學(xué)腐蝕脫芯方法。上述型芯中氧化鋯的含量較多，氧化鋯又是一種穩(wěn)定的化合物，不溶于酸堿溶液，因此，型芯的脫芯困難，且由于型芯中含有一定量的氧化鈣，型芯同樣面臨著在使用過程中水化問題。

目前國(guó)內(nèi)外都廣泛采用鈦合金熔模精密鑄造技術(shù)制備鈦合金鑄件，實(shí)現(xiàn)鑄件的近無余量成型。陶瓷型芯需要預(yù)置到熔模中，進(jìn)行涂料制殼，在制殼工序中型芯要與含水的涂料接觸，而一旦氧化鈣陶瓷型芯吸水后會(huì)生成粉末狀的氫氧化鈣使型芯潰散而不能使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而設(shè)計(jì)提供了一種鈦及鈦合金鑄造用氧化硅基陶瓷型芯的制備方法，其目的是開發(fā)一種具有高的化學(xué)惰性、易脫除、成本低的陶瓷型芯。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

該種鈦及鈦合金鑄造用氧化硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在于：該方法的步驟為：

步驟一、制備氧化硅型芯坯料

將氧化硅粉、增塑劑經(jīng)過混合、造型、燒結(jié)得到氧化硅型芯坯料，氧化硅粉、增塑劑的重量百分比分別為：85～95％，5～15％；

組成增塑劑的化學(xué)原料及重量百分比為：石蠟50～80wt％、蜂蠟10～40wt％、油酸為5～10wt％，增塑劑是由上述化學(xué)原料混合而成；

步驟二、在氧化硅型芯坯料表面制備ZrO₂或Y₂O₃的納米薄膜，制備過程如下：

⑴采用篩分法制備出ZrO₂或Y₂O₃粉料，粒度控制在200～400目，在ZrO₂或Y₂O₃粉料中加入粘接劑混合后，攪拌均勻，制備出流杯粘度在10～40S的涂料，粘接劑為硅溶膠、醋酸鋯或釔溶膠，粘接劑的加入量為ZrO₂或Y₂O₃粉料質(zhì)量的5%～10%；

⑵將涂料以浸涂、噴涂或淋涂方式在氧化硅型芯坯料表面完整涂覆一層，然后在室溫大氣環(huán)境下干燥2～12h；

步驟三、型芯的強(qiáng)化燒結(jié)

氧化硅型芯坯料在900～1500℃下燒結(jié)1～10h，得到氧化硅基陶瓷型芯。