[發明專利]一種鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法

有效

• 申請號: 201710376256.6
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107186172B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 寇宏超;屈三三;孫智剛;譚超;王軍;李金山
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22C3/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法，利用了剛玉型殼的強度比莫來石型殼的強度高的特點，采用剛玉層和莫來石層復合涂掛的方法制備型殼背層。本發明解決了目前廣泛應用的莫來石質型殼強度不足、與面層結合不牢固的問題，提供一種操作簡單、性能良好，可適用于鈦基合金熔模精密鑄造的型殼背層涂掛方法。

技術領域

本發明屬于鈦基合金熔模鑄造技術領域，具體涉及一種用于鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法。

背景技術

鈦是一種性能優良、在發展國家經濟和安全中具有戰略意義的金屬元素，被稱為繼鋼、鋁之后而崛起的“第三金屬”、“太空金屬”、“海洋金屬”。鈦及鈦合金的密度小、比強度高、工作溫度范圍較寬，并且具有優良的抗蝕性，從20世紀50年代被開發以來，由于航空航天領域的需求，鈦合金工業在60多年來有了突飛猛進的發展。

鈦合金難以加工和零部件制造成本高造成其使用量受到了一定的限制，熔模鑄造技術可以生產出近無余量的鑄件，大幅度減少金屬損耗，提高材料利用率，縮短生產周期，還可以制備一些形狀復雜的零件，因此熔模鑄造對于鈦合金零件來說是一種經濟效益顯著的制造方法。氧化物面層陶瓷型殼工藝是目前國內外在鈦合金熔模精鑄技術中應用最廣泛的一種成形工藝，其鑄造生產出來的鑄件強度高、光潔度好、輪廓清晰、價格相對便宜，并可澆注大型復雜薄壁鑄件。

鈦基合金熔點高、密度小，在熔融狀態下能與幾乎所有的耐火材料發生反應，對型殼性能的要求高。目前鈦基合金鑄造型殼廣泛使用莫來石作為背層的耐火材料，但其強度不足，單獨使用往往不能滿足反重力鑄造對型殼的要求。另外，當鑄件的蠟模通過快速成形方式制備時，往往使用的是高聚物材料，其脫蠟較困難，型殼容易在脫蠟過程中開裂。因此，針對上述問題，需要尋找一種強度更高，但又不影響透氣性的型殼。

在公開號為CN103639359A的發明創造中公開了一種基于復合纖維增強熔模精鑄型殼的制備方法，它采用陶瓷和尼龍復合纖維強化熔模精鑄型殼，不僅可以增強型殼強度，提高型殼透氣性，而且解決了傳統工藝制備型殼為了保證其強度而增加型殼厚度導致通氣性差的問題；用于生產高熔點復雜結構整體精鑄件，尼龍有機纖維在型殼焙燒后形成的微孔隙可以提高型殼透氣性，而陶瓷無機纖維保留在型殼中強化型殼強度。該發明在保證型殼一定壁厚的基礎上增強了型殼強度，提高了型殼透氣性，從而對熔模精鑄型殼的金屬澆注奠定了良好的基礎。

在公開號為CN105290313A的發明創造中公開了一種提高鈦鋁合金精密鑄造氧化物陶瓷型殼退讓性的方法，所述方法是在精密鑄造型殼制備過程中添加聚丙稀絲、石墨粉，通過高溫焙燒聚丙烯絲、石墨粉得以燃燒，從而在型殼中形成孔隙，提高型殼退讓性。具體地，是在精密鑄造型殼制備過程的配制漿料、涂掛型殼步驟中，將聚丙烯絲纏繞于氧化物型殼表面，采用含石墨粉的背層漿料掛漿。該發明有效地提高型殼的退讓性，從而有效降低鑄件在凝固過程中出現冷、熱裂紋的傾向。

在公開號為CN101927321A的發明創造中公開了一種反重力鑄造用高透氣性、高強度陶瓷型殼的制備方法，其工藝過程為：制備背層料漿，背層第一層涂料，背層第二層涂料，添加耐溫碳纖維繩：在第二層背層涂料干燥20～24小時后采用規格為12K～24K/股、單絲直徑6μm的耐溫碳纖維繩將模組進行纏繞，耐溫碳纖維繩的纏繞間距為1～3mm，背層第三層及后續背層的型殼涂料，直至涂料到第六層或第七層為止。優點在于，陶瓷型殼透氣性、強度達到預期水平；應用該型殼進行的反重力鑄造實驗表明，有70％的TiAl合金增壓器渦輪充型完整。

這些方法均是在型殼的涂掛過程中加入有機纖維、石墨等造孔材料來提高型殼的透氣性，在漿料中加入耐火纖維或用其纏繞型殼來提高型殼的強度。這些方法或增加了操作難度，或會使漿料的粘度增大，導致涂層變厚。此外，剛玉質耐火材料自身結構致密，硬度高、斷裂強度較高，熱膨脹小且均勻，常被用作高合金鋼、各種特殊耐熱合金和鎂合金鑄件的制殼耐火材料。因此考慮可以用其來提高鈦基合金熔模鑄造型殼的強度。

發明內容