[發明專利]原位生成莫來石晶須增強的NbSi合金定向凝固用陶瓷型殼制備方法

在審

• 申請號: 202010434463.4
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111659855A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 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: B22C9/22
• 分類號: B22C9/22;B22C9/04;B22C9/12;B22C3/00;B22C1/18;B22C1/10;B22C1/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種原位生成莫來石晶須增強的NbSi合金定向凝固用陶瓷型殼制備方法，將葉片蠟模模組浸入到面層涂料中，使面層涂料均勻地涂掛在蠟模表面，然后對蠟模模組進行淋砂、干燥，完成面層的制備；再將葉片蠟模模組進行背層涂料的涂掛，然后對熔模模組進行淋砂、干燥，重復此過程若干次，達到所需的陶瓷型殼厚度后，完成背層的制備；再采用背層涂料進行封漿，并進行干燥，完成封漿層的制備；最后將陶瓷型殼進行脫蠟和高溫焙燒處理即得。本發明的陶瓷型殼可以承受1750℃的高溫而變形很小，在定向凝固的超高溫度梯度條件下不開。

技術領域

本發明涉及的是一種熔模鑄造領域的技術，具體是一種原位生成莫來石晶須增強的NbSi合金定向凝固用陶瓷型殼制備方法。

背景技術

鈮硅(NbSi)合金具有熔點高(≥1750℃)、密度低(≤7.2g/cm³)等優點，承溫能力比鎳基合金高出250℃左右，因此成為制造高推重比航空發動機葉片最有潛力的備選材料之一，但NbSi合金葉片定向凝固用陶瓷型殼所需能夠承受的溫度(1750-1800℃)也高于普通電熔剛玉型殼的承受溫度(1450-1600℃)，這對于型殼的高溫力學性能、抗高溫蠕變性能提出了更高的要求，同時，型殼在完成NbSi合金葉片的定向凝固成形后，還應易于機械或水力清除，因此還要求型殼具有較低的殘余強度。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種原位生成莫來石晶須增強的NbSi合金定向凝固用陶瓷型殼制備方法，本發明的陶瓷型殼可以承受1750℃的高溫而變形很小，在定向凝固的超高溫度梯度條件下不開，因此在新一代航空發動機渦輪葉片制備方面具有廣闊的應用前景，同時也可以應用于超燃沖壓發動機、高性能燃氣輪機的渦輪葉片定向凝固精密鑄造中。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種原位生成莫來石晶須增強的NbSi合金定向凝固用陶瓷型殼制備方法，將葉片蠟模模組浸入到面層涂料中，使面層涂料均勻地涂掛在蠟模表面，然后對蠟模模組進行淋砂、干燥，完成面層的制備；再將葉片蠟模模組進行背層涂料的涂掛，然后對熔模模組進行淋砂、干燥，重復此過程若干次，達到所需的陶瓷型殼厚度后，完成背層的制備；再采用背層涂料進行封漿，并進行干燥，完成封漿層的制備；最后將陶瓷型殼進行脫蠟和高溫焙燒處理即得。

所述的高溫焙燒是指：將干燥好的陶瓷型殼置于高壓蒸汽脫蠟釜中進行脫蠟，之后在大氣中焙燒2h，空冷至室溫，其中焙燒溫度優選為1000℃。

所述的面層涂料，包括：作為粘結劑的氧化釔溶膠、作為面層耐火填料的電熔氧化釔陶瓷粉以及輔料，其中粘結劑在面層涂料中的比例為20-30wt.％；陶瓷粉體的比例為69.6-79.6wt.％。

所述的輔料包括潤濕劑、消泡劑，其重量比例為1:1，總和占面層涂料中的比例為0.4wt.％。

所述的背層涂料，包括：作為粘結劑的堿性硅溶膠、作為耐火填料的電熔剛玉粉、作為填料的氫氧化鋁和木質素纖維或木質纖維素、作為莫來石化促進劑的氟化鋁(AlF₃)以及輔料，其中：粘結劑在背層涂料中的比例為20-30wt.％；電熔剛玉粉為46.8-76.8wt.％，氫氧化鋁為1-10wt.％；木質素纖維1-10wt.％；氟化鋁為1-3wt.％；輔料為0.2wt.％。

所述的輔料包括消泡劑。

所述的潤濕劑、消泡劑均為蠟模鑄造行業用普通市售的添加劑。

所述的面層涂料采用4號察恩杯測量所得粘度為18-40s。

所述的面層涂料中氧化釔溶膠的pH值為3.5-4.5，氧化釔含量的重量百分比大于等于15％。

所述的面層涂料中電熔氧化釔粉的粒度為200-325目，氧化釔含量的重量百分比大于等于99％。