[發(fā)明專利]一種短流程制備大尺寸鈦合金螺旋槳的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110616443.3
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113458399B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊芳;郭志猛;楊松;王海英;陳存廣;隋延力;邵艷茹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22F5/00
• 分類號: B22F5/00;B22F3/04;B22F3/10;B22F9/04
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種短流程制備大尺寸鈦合金螺旋槳的方法，屬于大尺寸異形件制備領(lǐng)域。本發(fā)明優(yōu)化設(shè)計螺旋槳的開模方式，以凝膠體系和鈦粉末為原料，配制懸浮漿料，通過振動臺保證坯體成形質(zhì)量，并結(jié)合冷等靜壓成形進一步實現(xiàn)致密化，最終經(jīng)脫膠燒結(jié)，獲得高質(zhì)量、高性能的大尺寸鈦合金螺旋槳。本發(fā)明中，為了實現(xiàn)大尺寸鈦合金螺旋槳的凝膠注模成形并保證坯體質(zhì)量和燒結(jié)性能，采用上下開模方式結(jié)合振動臺振動，保證坯體成形質(zhì)量，同時為了減少坯體孔隙，通過冷等靜壓成形實現(xiàn)坯體的進一步致密化，最終有利于實現(xiàn)坯體的燒結(jié)致密化，保證其最終性能，并有利于控制坯體的燒結(jié)收縮變形，保證其成形質(zhì)量。該方法制備工藝簡單，成本低，可操作性強，適合生產(chǎn)大尺寸的復(fù)雜零部件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大尺寸異形件制備領(lǐng)域，提供了一種短流程制備大尺寸鈦合金螺旋槳的方法。

背景技術(shù)

螺旋槳是指依靠槳葉在空氣或水中旋轉(zhuǎn)，將發(fā)動機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為推進力的裝置，可有兩個或較多的葉與轂相連，葉的向后一面為螺旋面或近似于螺旋面的一種推進器。目前，主要應(yīng)用于飛機、輪船等領(lǐng)域。目前，市售的螺旋槳主要有不銹鋼和塑料的兩大類。然而，無論是在飛機還是輪船領(lǐng)域，螺旋槳輕量化發(fā)展是追求的目標(biāo)，雖然塑料螺旋槳密度低，但是存在使用壽命短的問題。鈦合金具有輕質(zhì)、高強、耐腐蝕的特點，其密度是鋼的60％，耐腐蝕性遠大于鋼的，因此發(fā)展鈦合金螺旋槳是飛機、輪船領(lǐng)域的重點發(fā)展方向之一，尤其適用于船舶領(lǐng)域。但是，螺旋槳的形狀復(fù)雜，尺寸較大，如何實現(xiàn)鈦合金螺旋槳的制備是鈦工業(yè)領(lǐng)域面臨的技術(shù)難題。

傳統(tǒng)的熔鑄工藝可實現(xiàn)鈦合金的復(fù)雜成形，但是鈦合金晶粒尺寸粗大，必須經(jīng)過繁復(fù)的鍛造成形才能獲得有性能的鈦合金制品，且傳統(tǒng)熔鑄鈦合金的熱變形溫度低，不超過1000℃，不利于實現(xiàn)復(fù)雜形狀鈦合金螺旋槳的鍛造成形。因此，發(fā)展大尺寸鈦合金螺旋槳的制備技術(shù)迫在眉睫。凝膠注模成形技術(shù)巧妙的結(jié)合了傳統(tǒng)濕法膠態(tài)成形工藝和高分子化學(xué)，將高分子單體聚合的方法引入到粉末成形技術(shù)中，通過制備低黏度、高固相體積分?jǐn)?shù)的懸浮液來實現(xiàn)高強度、高密度均勻坯體，經(jīng)過脫膠燒結(jié)后得到所需的陶瓷或金屬零部件。因此，該技術(shù)適用于大尺寸復(fù)雜形狀螺旋槳的制備成形。但是針對螺旋槳的凝膠注模成形，如何設(shè)計模具的開模方式、控制成形質(zhì)量及保證燒結(jié)密度是技術(shù)難點，目前也尚未見相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出了一種短流程制備大尺寸鈦合金螺旋槳的方法。該方法優(yōu)化設(shè)計螺旋槳的開模方式，以凝膠體系和鈦粉末為原料，配制懸浮漿料，通過振動臺保證坯體成形質(zhì)量，并結(jié)合冷等靜壓成形進一步實現(xiàn)致密化，最終經(jīng)脫膠燒結(jié)，獲得高質(zhì)量、高性能的大尺寸鈦合金螺旋槳。首先，提出將螺旋槳的開模方式設(shè)計成上下開模，方便坯體從模具中取出，保證了坯體薄壁部分的質(zhì)量，不易斷裂；此外，懸浮漿料澆注過程中配合振動臺使用，使懸浮漿料可均勻填充至模具的各個部分，保證了坯體的均勻性及表面質(zhì)量；同時，為了實現(xiàn)坯體的冷等靜壓成形，優(yōu)化設(shè)計固化時間，使其既可以保證坯體形狀，又使坯體強度不至于過高，便于冷等靜壓成形實現(xiàn)坯體的進一步致密化；本發(fā)明中的原料粉末選擇廣，市售的各種形狀鈦粉末均可用于實現(xiàn)大尺寸鈦合金螺旋槳的制備。本發(fā)明方法制備工藝簡單，成本低，可操作性強，適合生產(chǎn)大尺寸的復(fù)雜零部件。

為了獲得上述的一種短流程制備大尺寸鈦合金螺旋槳的方法，其特征在于，具體制備步驟如下：

(1)以市售的塑料螺旋槳為模型，根據(jù)螺旋槳的形狀設(shè)計靠模型腔的形狀，并將模具設(shè)計成上下開模，隨后將添加1～5wt.％固化劑的硅膠倒入靠模型腔內(nèi)，固化1～12h，將塑料螺旋槳取出，獲得上下開模的硅膠模具；

(2)將步驟(1)中所述的硅膠模具固定在振動臺上，振動頻率可調(diào)，范圍為500-3000次/min，振幅為0.2-1mm；

(3)將鈦粉末、凝膠體系、油酸、消泡劑按照體積百分比進行混合，并放入行星球磨機中，進行打漿，其中球料比為1:1-1:10，球磨速度為100r/min-250r/min，球磨時間5-10min，獲得懸浮漿料；