[發(fā)明專利]一種基于3D打印的鈦合金鑄造用砂型/芯的制備方法

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• 申請日: 2023-01-10
• 公開（公告）號: CN115837445A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設計）人: 李珅;肖強偉;徐志鋒;趙瑞斌;張守銀;張元光;李政勛;王德季
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學;北京航空材料研究院股份有限公司
• 主分類號: B22C9/02
• 分類號: B22C9/02;B22C9/10;B22C9/12;B22C1/02;B22C1/18;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 張文

1.一種基于3D打印的鈦合金鑄造用砂型/芯的制備方法，其特征在于：工藝步驟如下：

A、適用于3D打印的型砂材料的制備

在原砂材料中加入原砂重量1-10wt%的添加劑，加入原砂重量0.1-5wt%的加工助劑和原砂重量0.1-5wt%的燒結助劑，將所述添加劑、加工助劑和燒結助劑的組合按設定的比例加入到原砂中，充分混合均勻，篩分并包裝，得到適合于鈦合金鑄造的3DP用的型砂材料；或采用熱法覆膜工藝對原砂材料進行酚醛樹脂覆膜處理，得到酚醛樹脂覆膜砂，在制得的酚醛樹脂覆膜砂中加入原砂重量1-10wt%的添加劑，以及加入原砂重量0.1-5wt%的加工助劑和原砂重量0.1-5wt%燒結助劑，充分混合均勻，篩分后密封包裝，得到適合于鈦合金鑄造用的SLS成形型砂材料；

B、3D打印成形砂型/芯

將需打印砂型/芯的數模切片處理，再對3DP用的型砂材料或SLS成形型砂材料按常規(guī)方法進行3D打印成形，得到3D打印成形的砂型/芯；

C、清砂、SLS技術成形的砂型/芯表面噴燒與埋砂低溫焙燒

采用3DP技術制備的砂型/芯成形后，將未固化連接的支撐砂粒清除；而采用SLS技術成形的砂型/芯先直接進行表面噴燒，以提高砂型/芯表面強度，再將采用SLS技術成形的砂型/芯置于鼓風烘箱中，在150-250℃下進行低溫階段的埋砂焙燒30-180min，低溫焙燒后，待砂型/芯冷卻至100℃-室溫，將因工藝設計要求的應用于砂型/芯的支撐清除；

D、砂型/芯的無機粘結劑真空壓力浸滲

將采用3DP技術制備的砂型/芯、或低溫焙燒后的SLS成形砂型/芯置于真空壓力浸滲裝置中進行無機粘結劑的浸滲，真空環(huán)境為0.1KPa-50KPa，浸滲壓力為0.1MPa-1MPa，浸滲溫度為10℃-100℃，浸滲時間5min-60min，最后在室溫下自然風干12-48h；

砂型/芯的浸涂或噴涂惰性材料涂層

再在砂型型腔表面和砂芯表面浸涂或噴涂惰性材料涂料，形成惰性材料涂層；

F、砂型/芯的埋砂高溫焙燒工藝

待惰性材料涂層干燥后，最后進行砂型/芯的階梯型的埋砂高溫焙燒，焙燒溫度300-1250℃，保溫時間30-480min，出爐冷至300℃-室溫，即制得鈦合金鑄造用的砂型/芯。

2.根據權利要求1所述的基于3D打印的鈦合金鑄造用砂型/芯的制備方法，其特征在于：步驟A中，所述的原砂材料分別為寶珠砂、鋯砂、剛玉砂、鋁礬土、鋯英砂和石英砂顆粒材料的一種，原砂的粒徑大小范圍為40目-400目。

3.根據權利要求1所述的基于3D打印的鈦合金鑄造用砂型/芯的制備方法，其特征在于：所述添加劑分別為硬脂酸鈣粉末、聚酰亞胺樹脂粉末、鋁酸鈣粉末、鋁酸鋇粉末、鋁酸鋇鋯粉末、氧化釔粉末和氧化鐵粉末中的一種，或二種組合，研磨過篩后的粒徑大小范圍70目-800目。

4.根據權利要求1所述的基于3D打印的鈦合金鑄造用砂型/芯的制備方法，其特征在于：所述加工助劑分別為羥甲基淀粉鈉、聚乙烯醇PVA粉末、聚苯乙烯PS粉和聚氨基甲酸酯PU粉末中的一種，或二種組合，研磨過篩后的粒徑大小范圍70目-800目。

5.根據權利要求1所述的基于3D打印的鈦合金鑄造用砂型/芯的制備方法，其特征在于：所述燒結助劑分別為ZrO₂、TiO₂、CaO、MgO、Y₂O₃和CeO₂粉末中一種，或二種組合，球磨過篩后粒徑大小范圍0.01-100μm。

6.根據權利要求1所述的基于3D打印的鈦合金鑄造用砂型/芯的制備方法，其特征在于：步驟C中，3D打印成形砂型/芯后，將未燒結固化的支撐砂粒用壓縮空氣吹干凈，待砂型/芯清理干凈后準備無機粘結劑的浸滲；而SLS成形的砂型/芯直接煤氣噴燈表面噴燒，尤其注意局部細小結構部位，提高砂型/芯表面強度，防止砂型/芯精細結構部分在搬移過程中的斷裂或損壞問題。