[發明專利]含有鈦酸鈣的模具組合物及鑄造鈦和鋁化鈦合金的方法

有效

• 申請號: 201380045086.3
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN104582875B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: B.P.布萊;J.麥基弗;B.M.艾利斯;N.V.麥克拉斯基
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B22D21/00
• 分類號: B22D21/00;B22C1/06;B22D21/02;C04B28/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 周李軍,徐厚才

背景

現代燃氣或燃燒渦輪必須滿足對于可靠性、重量、功率、經濟性和操作使用壽命的最高需求。在這些渦輪的開發中，材料選擇、尋找新的合適材料以及尋找新的生產方法在符合標準和滿足需求方面尤其起重要作用。

用于燃氣渦輪的材料可包括鈦合金、鎳合金(還稱為超合金)和高強度鋼。對于航空發動機，鈦合金通常用于壓縮機部件，鎳合金適用于航空發動機的熱部件，并使用高強度鋼，例如，用于壓縮機殼體和渦輪殼體。受高載荷或應力的燃氣渦輪組件，例如用于壓縮機的組件，例如通常為鍛造部件。另一方面，用于渦輪的組件通常體現為蠟模鑄件。

雖然蠟模鑄造不是一種新方法，但蠟模鑄造市場持續增長，因為對更繁復和復雜的部件的需求在增加。因為對高品質、精密鑄造的巨大需求，仍持續需要開發新的方式，以更迅速、高效、便宜和更高品質地制造蠟模鑄件。

用于鑄造珠寶和牙齒修復行業的由熔凝二氧化硅、方石英、石膏等組成的常規蠟?；衔锿ǔ２灰擞糜阼T造反應性合金，例如鈦合金。一個原因是因為模具鈦和蠟模之間有反應。

需要不與鈦和鋁化鈦合金顯著反應的簡單蠟模。先前已經采用使用陶瓷殼模具的方法用于鈦合金鑄件。在現有實例中，為減少常規蠟?；衔锏南拗疲验_發數種另外的模具材料。例如，開發了氧化-膨脹類型的蠟模化合物，其中氧化鎂或氧化鋯用作主要成分，并將金屬鋯添加到主要成分，以補償由于鑄件金屬固結造成的收縮。因此還需要簡單和可靠的蠟模鑄造方法，其允許容易地從不與金屬或金屬合金顯著反應的蠟模提取近凈形金屬或金屬合金。

概述

本公開的各方面提供克服常規技術限制的鑄模組合物、鑄造方法和鑄件制品。雖然本公開的一些方面可涉及制造用于航空航天工業的組件，例如發動機渦輪葉片，但本公開的各方面可用于制造任何工業中的任何組件，特別是含有鈦和/或鈦合金的那些組件。

本公開的一個方面是用于鑄造含鈦制品的模具組合物，包含：鈦酸鈣；和包含單鋁酸鈣的鋁酸鈣水泥。在一個特定的實施方案中，鋁酸鈣水泥包含單鋁酸鈣和二鋁酸鈣。在另一個特定的實施方案中，鋁酸鈣水泥包含單鋁酸鈣和鈣鋁石。在另一個特定的實施方案中，鋁酸鈣水泥包含單鋁酸鈣、二鋁酸鈣和鈣鋁石。

在一個實例中，用于制造模具的初始鋁酸鈣-液體水泥混合物中的固體百分比為約60-約80%。在另一個實例中，用于制造模具的帶有鈦酸鈣和大尺寸氧化鋁的最終鋁酸鈣-液體水泥混合物中的固體百分比為約65%-約90%。固體百分比定義為混合物中總固體除以混合物中液體和固體的總質量，按百分數描述；固體百分比還稱為固體載量。

在一個實施方案中，模具組合物中的鈦酸鈣包含外尺寸小于約100微米的顆粒。在一個特定的實施方案中，鈦酸鈣占模具組合物的約15%重量-約50%重量。在一個實施方案中，模具組合物進一步包含中空氧化鋁顆粒。本公開的另一個方面是包含鋁酸鈣的含鈦制品鑄模組合物。例如，本公開的一個方面可獨特地適合于提供要在用于鑄造含鈦和/或含鈦合金制品或組件（例如含鈦渦輪葉片）的模具中使用的模具組合物。在一個方面，鑄模組合物可進一步包含氧化鋁,例如外尺寸小于約10,000微米(即，10毫米，mm)的氧化鋁顆粒。在另一個實施方案中，氧化鋁包含可具有約10微米[μm]-約10,000微米(即，10mm)外尺寸的顆粒。

在一個實施方案中，模具組合物中的氧化鋁可占模具組合物的約0.5%重量-約80%重量。在一個特定的實施方案中，模具組合物中的氧化鋁占模具組合物的約5%重量-約60%重量。在另一個方面，氧化鋁可占鑄模組合物的約15%重量-約30%重量。在另一個方面，氧化鋁可占鑄模組合物的約40%重量-約60%重量。在另一個方面，氧化鋁可占鑄模組合物的約40%重量-約68%重量。在又一個實施方案中，氧化鋁為包含約99%重量的氧化鋁的中空顆粒形式，且可具有約10000微米或更小的外尺寸。