[發明專利]一種空心葉片陶瓷鑄型及其脫芯方法

有效

• 申請號: 201610049505.6
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105598390B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 李滌塵;魯中良;苗愷;吉喆;萬偉艦;龔小濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22C9/22
• 分類號: B22C9/22;B22D29/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于空心渦輪葉片加工制造領域，具體涉及一種空心葉片陶瓷鑄型及其脫芯方法。

背景技術

高溫合金空心葉片用陶瓷型芯必須具有良好的化學穩定性和高溫抗蠕變性能，常用的陶瓷型芯主要有氧化硅基和氧化鋁基兩種。氧化鋁基陶瓷型芯的化學穩定性更好，使用溫度更高，最高可達1850℃，具有與氧化鋁基陶瓷型殼相匹配的膨脹系數，更適于大尺寸定向葉片的生產。氧化鋁難與酸堿脫芯液發生反應，因此陶瓷型芯的脫出很困難，其脫除技術是制約氧化鋁基陶瓷型芯使用的一大瓶頸。

目前，國內外研究的脫芯速度的影響因素主要有孔隙率、添加劑的含量和分布、混料工藝三方面。而對于孔隙率來說，孔隙率越大脫芯性能越好，但是孔隙率增大會直接導致型芯強度的降低，強度過低就會在壓蠟模階段或者在澆鑄過程中金屬液的沖擊下斷裂。所以孔隙率不易過大，一般控制在35％～50％之間。

發明目的

本發明的目的在于針對上述現有技術中的缺陷，提供一種能夠在保證強度要求的前提下，有效提高脫芯速度的空心葉片陶瓷鑄型及其脫芯方法。

為了實現上述目的，本發明空心葉片陶瓷鑄型采用的技術方案為：

包括型殼以及固定在型殼里的葉片原型，型殼的內腔中灌注有陶瓷漿料；所述的陶瓷漿料中分布設置有若干根芯骨棒，型殼上設置有用于固定芯骨棒的芯骨棒預定位裝置；所述的芯骨棒由抗腐蝕芯部以及包裹在抗腐蝕芯部外層的易腐蝕鍍層組成；所述的易腐蝕鍍層被腐蝕掉以后，抗腐蝕芯部與陶瓷型芯之間產生空隙，抗腐蝕芯部能夠沿此空隙拔出，在陶瓷型芯中形成通孔，增加了陶瓷型芯與脫芯液的接觸面積。

所述的抗腐蝕芯部由氧化鋁或氧化鋯制成。

所述的易腐蝕鍍層由氧化硅、氧化鎂或氧化鈣制成。

所述的脫芯液采用濃度為30-70wt％的氫氧化鉀溶液。

型殼上方開口，芯骨棒預定位裝置為搭接在開口上的橋板，橋板上開有芯骨棒穿出孔。

所述的型殼以及葉片原型均通過3D打印制備而成。

所述的芯骨棒在型殼內腔中占有的體積比率為5％～10％。

本發明空心葉片陶瓷鑄型脫芯方法采用的技術方案，包括以下步驟：

1)制備芯骨棒；

首先制作抗腐蝕芯部，然后在抗腐蝕芯部表面沉積易腐蝕鍍層；

2)穿插芯骨棒；

在型殼上設置芯骨棒預定位裝置，將芯骨棒定位安裝在型殼內部；

3)制備鑄型及葉片；

向具有葉片原型的型殼內腔中灌注陶瓷漿料，使得芯骨棒包覆在陶瓷漿料中；成型之后，去除外層的型殼，制備出含有陶瓷型芯的葉片鑄型，經過干燥、燒結及金屬澆鑄后制備出含陶瓷型芯的金屬葉片；

4)葉片脫芯；

使用腐蝕液對含有陶瓷型芯的葉片進行脫芯，當芯骨棒表面的易腐蝕鍍層已腐蝕完畢時，將抗腐蝕芯部取出，再將葉片繼續脫芯，直至陶瓷型芯脫除完畢。

所述抗腐蝕芯部直徑范圍為0.1mm～0.8mm，長度為10mm～30mm；所述的易腐蝕鍍層的厚度范圍為0.2mm～0.3mm；沉積方法采用化學氣相沉積法或溶膠凝膠涂層法。

將葉片放入高壓脫芯釜進行脫芯，脫芯液的溫度為200-350℃，釜內壓力為5MPa-25MPa，當芯骨棒表面的易腐蝕鍍層已腐蝕完畢時，將抗腐蝕芯部取出，再將葉片放入高壓脫芯釜繼續脫芯，通過X射線檢測，直至陶瓷型芯脫除完畢。

與現有技術相比，本發明鑄型大大增加了空心渦輪葉片的通孔率，加快了空心渦輪葉片的脫芯速度，使得陶瓷鑄型內部更易脫除。芯骨棒的易腐蝕鍍層不與抗腐蝕芯部及葉片原型反應，脫芯時易腐蝕鍍層能夠與脫芯液快速反應，易腐蝕鍍層被腐蝕掉后，抗腐蝕芯部與陶瓷型芯之間產生空隙，抗腐蝕芯部能夠沿此空隙拔出，進而在型芯內部形成通透孔腔，含有通透孔的型芯進行脫芯處理時，通透孔內滲透進脫芯液，這樣脫芯液與型芯能夠增大接觸面積，提高了反應的速度，加快反應速率，為解決空心渦輪葉片脫芯提供了一種新的方法途徑。

與現有技術相比，本發明脫芯方法在陶瓷漿料中設置芯骨棒，芯骨棒外表面沉積耐高溫、的易腐蝕鍍層，脫芯過程中，芯骨棒外部的易腐蝕鍍層被腐蝕掉后，抗腐蝕芯部與陶瓷型芯之間產生空隙，抗腐蝕芯部能夠沿此空隙拔出，增加陶瓷型芯與脫芯液的接觸面積，致使脫芯液滲入量增多，加快對型芯的腐蝕，從而提高空心渦輪葉片的脫芯速度。該方法能夠增加陶瓷型芯的腐蝕速度，同時芯骨棒的存在能夠減小鑄型的蠕變變形量，在葉片澆鑄過程中，增加陶瓷型芯的強度，防止形變，該方法在加速葉片脫芯速率上具有明顯技術優勢。