[發明專利]抑制高溫合金渦輪葉片表面粘砂的陶瓷型殼及制備方法

有效

• 申請號: 201910072063.0
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109909445B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 李飛;孫寶德
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B22C3/00
• 分類號: B22C3/00;B22C1/02;B22C9/04
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 李智婧;彭霜

本發明公開了一種抑制高溫合金渦輪葉片表面粘砂的陶瓷型殼制備方法，包括：步驟一、制備陶瓷型殼的面層涂料；在攪拌狀態下，將電熔剛玉粉以及六方氮化硼、煅燒高嶺土和二氧化鈦的復合粉體、乳膠、潤濕劑、消泡劑、分散劑和防腐劑加入到硅溶膠中后，繼續攪拌2～12h，得到陶瓷型殼的面層涂料；步驟二、制備陶瓷型殼。本發明還公開了一種抑制高溫合金渦輪葉片表面粘砂的陶瓷型殼。本發明可以抑制“潤濕～反應”所造成的化學粘砂，減少金屬熔體機械熱滲透所造成的粘砂。

技術領域

本發明涉及精密鑄造技術領域，具體涉及一種抑制高溫合金渦輪葉片表面粘砂的陶瓷型殼及制備方法。

背景技術

在高溫合金渦輪葉片定向凝固熔模精密鑄造過程中，合金熔體與陶瓷型殼固～液兩相界面的元素擴散、潤濕性與合金成分、陶瓷組分、型殼表面粗糙度等密切相關。型殼面層具有多孔結構，在合金熔體澆注時的靜壓力作用下，熔體易滲入到型殼面層孔隙中，凝固冷卻后，葉片表面生成包圍砂粒的金屬毛刺。同時，合金和砂粒組成的混合物也會牢固地粘附在葉片表面，形成機械粘砂。機械粘砂多發生在型殼表面受熱作用強烈且致密度較低的部位，如冒口附近、鑄件厚大截面、內角以及凹槽處。

鎳基高溫合金中的活性元素通常包括C、Hf、Cr、Al和Ti等，型殼面層則多由電熔剛玉或煅燒α～Al2O3及硅溶膠組成。合金中的活性元素與型殼的高溫化學反應主要包括陶瓷氧化物的分解及陶瓷氧化物與合金熔體之間的置換反應，生成產物為金屬氧化物和氣體，其后果是導致葉片表面形成化學粘砂缺陷，改變了葉片表面成分，惡化了葉片表面質量，造成脫殼困難甚至葉片報廢；另一方面，葉片表面嚴重的化學粘砂層很難通過普通的機械方法去除，使得葉片不得不以有余量的方式鑄造，而通過后續機加工去掉粘砂層，不僅造成了葉片生產成本的提高和生產率的降低，而且為葉片尺寸超差和表面再結晶等缺陷的形成埋下了隱患。

綜上所述，研制和開發可抑制鎳基高溫合金渦輪葉片定向凝固過程中表面粘砂的陶瓷型殼材料體系及型殼制備方法，依然是精密鑄造技術領域中的重要研究方向之一。

發明內容

本發明的目的之一：提供一種抑制高溫合金渦輪葉片表面粘砂的陶瓷型殼制備方法，該方法可以抑制“潤濕～反應”所造成的化學粘砂，減少金屬熔體機械熱滲透所造成的粘砂。

本發明的目的之二：提供一種抑制高溫合金渦輪葉片表面粘砂的陶瓷型殼。

為了達到上述目的之一，本發明采用硅溶膠為粘結劑，電熔剛玉粉體為耐火粉料，六方氮化硼、煅燒高嶺土和二氧化鈦的混合粉體作為面層的粘砂抑制劑，乳膠為流變改性劑，輔以潤濕劑、消泡劑、分散劑和防腐劑若干，制備陶瓷型殼的面層涂料。通過在陶瓷型殼面層中添加六方氮化硼，降低合金液在型殼面層表面的潤濕性；在陶瓷型殼面層中添加煅燒高嶺土和氧化鈦，可使型殼面層在煅燒時形成低熔點相，型殼面層更加致密，強度增加。具體技術方案如下：

一種抑制高溫合金渦輪葉片表面粘砂的陶瓷型殼制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

步驟一、制備陶瓷型殼的面層涂料；

在攪拌狀態下，將電熔剛玉粉以及六方氮化硼、煅燒高嶺土和二氧化鈦的復合粉體、乳膠、潤濕劑、消泡劑、分散劑和防腐劑加入到硅溶膠中后，繼續攪拌2～12h，從而得到陶瓷型殼的面層涂料；

所述陶瓷型殼的面層涂料中的化學組分及其質量百分含量分別為：硅溶膠，20～30wt％；電熔剛玉粉，60～75wt％；六方氮化硼、煅燒高嶺土和二氧化鈦的復合粉體為2～8wt％；乳膠，1.5～2.5wt％；潤濕劑、消泡劑、分散劑和防腐劑的質量百分含量均為0.125wt％；

步驟二、制備陶瓷型殼；

步驟21、將清洗好并吹干的蠟模浸入到陶瓷型殼的面層涂料中，待面層涂料均勻地涂掛在蠟模上后，再將面層電熔剛玉砂撒在蠟模表面的涂料上后在室溫下自然干燥；