[發(fā)明專(zhuān)利]一種TiAl合金熔模精密鑄造型殼的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510412506.8
• 申請(qǐng)日: 2015-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104907495B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳玉勇;曹守臻;肖樹(shù)龍;韓建超;賈燚
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22C9/04
• 分類(lèi)號(hào): B22C9/04;B22C1/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種TiAl合金熔模精密鑄造型殼的制備方法。

背景技術(shù)

TiAl合金由于其密度低，比強(qiáng)度高，高溫抗蠕變及抗氧化性能好，在航空航天及工業(yè)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。TiAl合金的制備方法可以分為三種典型的制備路線：粉末冶金法、鑄錠冶金+熱機(jī)械處理法及精密鑄造法。熔模精密鑄造制備TiAl合金具有其他工藝無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其是在形狀復(fù)雜的薄壁構(gòu)件的生產(chǎn)上，該方法可以實(shí)現(xiàn)近凈成形，得到無(wú)余量或近無(wú)余量的精密構(gòu)件，大幅降低損耗，提高材料利用率。美國(guó)通用電氣公司已于20世紀(jì)90年代設(shè)計(jì)制造出TiAl合金熔模精密鑄件，并應(yīng)用于民用飛機(jī)。在過(guò)去二十余年的發(fā)展下，TiAl合金熔模精密鑄造技術(shù)日趨成熟，在美國(guó)、歐洲、日本等地區(qū)相繼得到應(yīng)用。在目前TiAl合金的應(yīng)用中，精鑄件占有絕大部分比例。

在高溫熔融的條件下，TiAl合金中的Ti元素極為活潑，幾乎能與所有元素均發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在TiAl合金熔模精密鑄造型殼的設(shè)計(jì)過(guò)程中，面層材料的化學(xué)穩(wěn)定性是重要參數(shù)。TiAl合金熔模精密鑄造的造型材料中粘結(jié)劑和耐火材料的選擇對(duì)鑄件的界面反應(yīng)程度、表面氧化程度及表面粗糙度等將產(chǎn)生直接影響，因而粘結(jié)劑和耐火材料的選擇至關(guān)重要。粘結(jié)劑需能潤(rùn)濕粘結(jié)耐火材料，對(duì)光潔的蠟?zāi)＞哂休^好的涂掛，同時(shí)焙燒后的分解產(chǎn)物對(duì)熔融TiAl具有較好的化學(xué)惰性。碳酸鋯銨、釔溶膠、醋酸鋯和鋁溶膠等有機(jī)化合物在目前TiAl合金熔模精密鑄造中應(yīng)用廣泛。其中釔溶膠結(jié)合氧化釔涂掛性能好，界面反應(yīng)程度弱，但其成本較高。碳酸鋯銨和醋酸鋯在高溫焙燒后生成產(chǎn)物均為ZrO₂。其中醋酸鋯粘結(jié)性較好，高溫焙燒后面層耐沖刷性能較好，價(jià)格次于釔溶膠；碳酸鋯銨焙燒后粘結(jié)性稍差，但其成本較低，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多。

TiAl合金熔模精密鑄造的耐火材料主要為金屬氧化物，當(dāng)前使用的主要包括ZrO₂和Y₂O₃等。Y₂O₃陶瓷型殼導(dǎo)熱率低，強(qiáng)度高，高溫化學(xué)惰性好，澆注鑄件表面光亮，尺寸精度高，但是其成本較高。電熔ZrO₂是重要的面層材料，它是由化學(xué)提純的無(wú)定形ZrO₂經(jīng)過(guò)電熔爐融冷凝結(jié)而成的結(jié)晶ZrO₂。ZrO₂型殼生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可澆注高精度薄壁鑄件，但所制鑄件表面粘砂層較厚，并容易發(fā)生表面氣孔傾向。CaO價(jià)格低廉，來(lái)源廣泛，對(duì)熔融鈦的惰性優(yōu)于ZrO₂，但其工藝性不佳，極易吸潮，給型殼的制備和存放帶來(lái)很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有TiAl合金熔模精密鑄造陶瓷型殼成本高以及界面反應(yīng)嚴(yán)重的問(wèn)題，而提供一種TiAl合金熔模精密鑄造型殼的制備方法。

本發(fā)明的一種TiAl合金熔模精密鑄造型殼的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、面層漿料的配制：在攪拌速度為20r/min～40r/min的條件下向碳酸鋯銨中加入消泡劑和潤(rùn)濕劑，得到混合液，然后以加入速度為200g/min～300g/min向混合液中加入ZrO₂和CaCO₃，在攪拌速度為20r/min～40r/min的條件下攪拌混合至ZrO₂和CaCO₃均勻分散在混合液中，然后在攪拌速度為80r/min～100r/min的條件下攪拌22h～24h，再靜置8h～12h，得到面層漿料；

所述的ZrO₂與CaCO₃的質(zhì)量比為(1.0～1.5)：1；所述的ZrO₂與CaCO₃的質(zhì)量之和與碳酸鋯銨的質(zhì)量比為(2.5～3.0)：1；所述的碳酸鋯銨與消泡劑的質(zhì)量比為100：(0.05～0.2)；所述的碳酸鋯銨與潤(rùn)濕劑的質(zhì)量比為100：(0.05～0.2)；

二、面層型殼的制備：將蠟?zāi)＝氩襟E一得到的面層漿料中，轉(zhuǎn)動(dòng)蠟?zāi)Ｊ瓜災(zāi)１砻嫱耆幻鎸訚{料涂覆，然后將涂覆有面層漿料的蠟?zāi)Ｌ崞穑龠M(jìn)行多軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)采用雨淋式撒砂機(jī)在涂覆有面層漿料的蠟?zāi)１砻婢鶆蛄苋鲆粚恿６葹?0目的ZrO₂砂，然后轉(zhuǎn)至恒溫恒濕的條件下干燥22h～24h，得到面層型殼；

所述的恒溫恒濕參數(shù)為：溫度為25℃，濕度為50％～60％；