[發明專利]MgO?CaZrO3復合型殼及其制備方法

在審

• 申請號: 201710333149.5
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107243591A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 周路海;張浩;高鵬越;康菊蕓;李重河;魯雄剛;王世華
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B22C1/00
• 分類號: B22C1/00;B22C9/04;B22C3/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種耐火材料及其制備方法，特別是涉及一種型殼及其制備方法，應用于高活性合金精密鑄造及定向凝固技術領域。

背景技術

高化學活性金屬，在熔融狀態下，幾乎會與所有已知的耐火材料發生化學反應。這就需要鈦合金鑄造使用的耐火材料和粘結劑的具有非常高的化學穩定性。

目前使用較多的鈦合金精密鑄造用型殼，大致可分為：石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼等。其中，石墨型殼所澆注出來的鑄件，在表面上有一層滲碳的α脆性層，厚度大約為0.2～0.3mm，它有可能在應力作用下引發裂紋的產生與擴展。石墨型殼的熱穩定性有一定的限度，當石墨與鈦液接觸，在達到反應激活能的條件下，有可能發生急劇的放熱連鎖反應，因此石墨型殼不宜澆注大型復雜鈦合金鑄件。另外，石墨型殼的收縮率高，是普通熔模陶瓷型殼的兩倍，這影響了熔模石墨型殼鈦合金精鑄件的精度。鎢面層陶瓷型殼制備時，鎢粉作為涂料中的填料使用，鎢粉的性能對型殼的品質有重大的影響，鎢粉應具較高的純度，雜質含量不能超過規定的標準，氧、碳含量的超標，將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必須采用溶劑脫蠟,因而對人體健康有很大的傷害，同時也污染環境。鎢面層型殼在還原性氣氛下焙燒，脫蠟后沉積在型殼表面上的模料灰分很難燒掉，在澆注時很容易與液鈦反應，在鑄件表面形成氣孔。氧化物陶瓷型殼的面層和鄰層涂料中主要使用了氧化鋯、氧化釔、氧化鈣等與鈦液反應較小的氧化物，其中以氧化釔作為填料的面層涂料鑄造性能較好，但氧化釔容易發生水化作用，其漿料對pH值變化十分敏感，易膠凝。另外氧化物陶瓷型殼無法避免在鑄件表面形成α粘污層，α粘污層的厚度從0.02～0.2mm不等。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種MgO-CaZrO₃復合型殼及其制備方法，以鋯酸鈣為基體填料，所制備的MgO-CaZrO₃復合型殼能用于高活性合金精密鑄造及定向凝固，具有重要的產業價值；本發明型殼與高活性金屬反應程度小，鑄件表面形成的粘污層厚度小；鋯酸鈣陶瓷型殼的強度高，鑄件表面的光潔度高；含有鋯酸鈣的涂料穩定不易膠凝，懸浮性好，保存時間長。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種MgO-CaZrO₃復合型殼，依次由面層、次面層和背層組成復合型殼，面層材料主要由面層填料和面層粘結劑組成，面層填料為CaZrO₃，CaZrO₃為小于200目的粉末顆粒，面層粘結劑為不與高活性金屬熔體反應的粘結劑，面層填料與面層粘結劑的重量配比為(3～5):1；次面層材料由次面層粘結劑和次面層填料組成，次面層填料為MgO，MgO為小于120目的粉末顆粒，次面層填料與次面層粘結劑的重量配比為(3.5-4.5):1；背層材料由背層粘結劑和背層填料組成，背層填料為MgO，MgO為小于120目的粉末顆粒，背層填料與背層粘結劑的重量配比為(3.5-4.5):1。

作為本發明優選的技術方案，依次由面層、次面層和背層組成復合型殼的總厚度不低于5mm。

作為本發明優選的技術方案，次面層和背層皆分別由MgO和相同種類的粘結劑形成的復合材料層，次面層和背層的組分材料的重量配比不同，使次面層材料和背層材料結合在一起形成具有成分梯度的復合材料層。

作為本發明優選的技術方案，在面層和次面層之間還設有CaZrO₃撒砂層，CaZrO₃撒砂層采用的粒徑為80～120目的CaZrO₃骨料；在次面層和背層之間還設有MgO撒砂層，MgO撒砂層采用的粒徑為40～120目的MgO骨料；在背層的外表面還結合一層外部MgO撒砂層，外部MgO撒砂層采用的粒徑為40～120目的MgO骨料制成。

作為本發明優選的技術方案，面層粘結劑為膠體氧化鋯、膠體氧化釔、醋酸鋯、二醋酸鋯、硝酸鋯和釔溶膠中的任意一種粘結劑或任意幾種的混合粘結劑。

作為本發明優選的技術方案，次面層粘結劑或背層粘結劑為水玻璃、硅熔膠和硅酸乙酯中的任意一種粘結劑或任意幾種的混合粘結劑。

一種本發明MgO-CaZrO₃復合型殼的制備方法，包括如下步驟：