[發(fā)明專利]一種氧化鋁陶瓷型芯的脫芯裝置及脫芯方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410830662.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN105618721A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 婁延春;于波;蘇貴橋;李彪;劉孝福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽鑄造研究所
• 主分類號(hào): B22D29/04
• 分類號(hào): B22D29/04
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氧化鋁陶瓷型芯，特別提供一種氧化鋁陶瓷型芯的脫芯裝 置及脫芯方法，適用于脫出具有復(fù)雜內(nèi)腔的燃?xì)廨啓C(jī)空心氣冷渦輪葉片中 的氧化鋁陶瓷型芯，也適用于脫出其它具有復(fù)雜內(nèi)腔的高溫合金空心鑄件 中的氧化鋁陶瓷型芯。

背景技術(shù)

航空、船舶、發(fā)電等工業(yè)的發(fā)展迫切要求不斷提高燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率， 提高渦輪前進(jìn)口溫度是提高燃?xì)廨啓C(jī)熱效率的重要途徑，這要求渦輪葉片 的耐高溫能力不斷提高，通過預(yù)制陶瓷型芯生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)通道的空心氣 冷葉片成為最有效的途徑。目前先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前進(jìn)口溫度已達(dá)到 1757℃，重型燃?xì)廨啓C(jī)透平前進(jìn)口溫度也達(dá)到1600℃，在這種情況下，葉 片內(nèi)腔結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，相應(yīng)地對(duì)陶瓷型芯的性能要求也越來越高。氧 化鋁陶瓷型芯化學(xué)穩(wěn)定性高、抗蠕變性能好，且具有與剛玉型殼相匹配的 熱膨脹系數(shù)，特別適合于生產(chǎn)定向凝固和單晶條件下生長的大尺寸高溫合 金空心氣冷渦輪葉片。

氧化鋁陶瓷型芯由于基體材料Al₂O₃化學(xué)穩(wěn)定性較好，很難與酸堿腐蝕 液發(fā)生反應(yīng)，因此脫芯性能較差。工業(yè)上曾經(jīng)使用的氟鹽脫芯法由于氟離 子的揮發(fā)對(duì)人體和環(huán)境的危害而被禁用，目前常使用堿溶液和熔融堿液脫 芯法。

美國專利(專利號(hào)：6241000B1)公開了一種使用堿溶液噴射脫芯的方 法，堿溶液為濃度45％的KOH溶液，溫度100-150℃，堿溶液噴射壓力可 達(dá)3MPa，利用壓縮空氣將鑄件中的脫芯反應(yīng)產(chǎn)物吹除，使陶瓷型芯新斷面 暴漏出來，脫芯過程中周期性噴射堿溶液和壓縮空氣，達(dá)到快速脫芯的目 的，但此種方法對(duì)于具有蛇形彎曲內(nèi)通道的葉片，脫芯效果不理想。英國 專利(專利號(hào)：6739380)公開了一種壓力攪拌脫芯法，脫芯液為KOH、 NaOH、RuOH、CeOH溶液或其混合物的溶液，通過反復(fù)交替改變系統(tǒng)壓 力，產(chǎn)生攪拌效果，提高脫芯效率。如采用濃度為85％的KOH溶液為脫芯 液，脫芯溫度220℃-250℃，改變系統(tǒng)壓力使其在0.1MPa-0.02MPa范圍內(nèi) 變化，產(chǎn)生攪拌效果，脫出型芯，但壓力的交替變化給設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性 帶來隱患。中國專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01229975A)公開了一種熔融堿液脫芯方 法，使用溫度為400-450℃的熔融KOH，通過交替施加正壓力和負(fù)壓力使 KOH滲入陶瓷型芯的內(nèi)部，待陶瓷型芯整體潰散后采用沸水煮芯，重復(fù)堿 煮-水煮-堿煮的過程，直至陶瓷型芯全部溶解脫出，熔融堿液脫芯法反應(yīng)溫 度高，且工藝步驟較為復(fù)雜。

氧化鋁陶瓷型芯的脫芯工藝復(fù)雜，脫芯周期較長，且對(duì)設(shè)備的耐溫、 耐壓和耐蝕性能要求較為嚴(yán)格，型芯脫出困難已成為制約氧化鋁型芯使用 的一大瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)氧化鋁陶瓷型芯脫芯困難的問題，本發(fā)明提供了一種脫芯裝置及 脫芯方法，使脫芯堿液在300-400℃下沸騰，在此溫度下，Al₂O₃與脫芯堿 液具有較快的反應(yīng)速率，且高溫沸騰的堿液具有擴(kuò)散快、擾動(dòng)大的特點(diǎn)， 能滲入復(fù)雜型芯的內(nèi)部將其腐蝕，及時(shí)沖刷型芯表面的反應(yīng)產(chǎn)物，使脫芯 堿液能連續(xù)接觸新的型芯斷面，保證腐蝕反應(yīng)的連續(xù)性，提高渦輪葉片中 氧化鋁陶瓷型芯的脫芯效率。

本發(fā)明具體提供了一種氧化鋁陶瓷型芯的脫芯裝置，其特征在于：所 述裝置包括耐壓殼體5、耐腐蝕料桶6、電磁線圈10、泄壓閥1、料桶進(jìn)氣 管2、殼體進(jìn)氣管8、壓力傳感器4以及溫度傳感器7，其中：

耐腐蝕料桶6可由哈氏合金C-276或蒙乃爾合金400制成，設(shè)置于耐 壓殼體5內(nèi)部，其下面設(shè)有電磁線圈10，用于為耐腐蝕料桶6升溫；使用 時(shí)，將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件12和脫芯堿液11置于耐腐蝕料桶6內(nèi)， 溫度傳感器7插入耐腐蝕料桶6內(nèi)堿液液面以下，用于監(jiān)控脫芯堿液11的 溫度；

耐壓殼體5可由16MnR制成，為脫芯裝置的外殼承壓部件，其上設(shè)有 料桶進(jìn)氣管2和殼體進(jìn)氣管8，分別為耐腐蝕料桶6內(nèi)部以及耐腐蝕料桶6 與耐壓殼體5之間的空間輸送氣體，每條進(jìn)氣管上均設(shè)有泄壓閥1，分別為 耐壓殼體5和耐腐蝕料桶6泄壓。耐壓殼體5上還設(shè)有兩個(gè)壓力傳感器4， 分別用于監(jiān)測耐腐蝕料桶6內(nèi)以及耐腐蝕料桶6與耐壓殼體5之間空間的 壓力。