专利名称：使用接触层的失蜡铸造法的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用称为失蜡铸造的技术制造部件，例如具有复杂几何形状的金属叶片和护罩。
背景技术：
在采用失蜡铸造技术制造涡轮喷气发动机的叶片和护罩，例如转子或定子部件或结构部件时，先使用蜡或者类似的在后道工序中容易处置的材料制得母模。如有必要，可将多个母模聚集成一组。将该母模在第一造型涂料中骤冷形成与该母模表面接触的第一层材料，在该母模周围制得陶瓷模具。为了更容易与随后各层粘结，对该第一层的表面进行喷砂增强，随后将其整体进行干燥(包括施加灰泥和干燥操作)。随后在组成可能不同的造型涂料重复骤冷操作，每次骤冷操作后均进行施加灰泥和干燥，从而形成由多层构成的陶瓷壳。所述造型涂料是由陶瓷材料颗粒、特别是粉末(例如氧化铝、多铝红柱石、锆石等)与胶体无机粘合剂和(如有必要根据所需的流变性加入的)掺合物组成的。这些掺合物能够控制并稳定不同类型陶瓷层的特性，并且不会由于构成造型涂料的原料的不同物理化学特性而造成开裂。它们可以包括湿润剂、稀释剂或对于所需沉积厚度的结构改进剂。
随后将该壳模脱蜡，该步骤去除构成原始母模的材料。在去除母模后，得到陶瓷模具，其模腔复制所述母模的所有细节。接着对该模具进行高温热处理即“焙烧”，使之具有所需的机械性能。如此得到的壳模可用于铸造金属部件。
在检查该壳模的内部和外部完整性以后，后续步骤是将熔融的金属浇注在模腔内，随后固化所述模腔内的金属。目前在失蜡铸造领域中，存在有多种固化技术，因此根据合金的性能和铸造部件所需的性能，对多种铸造技术分类。这些技术分别为柱结构取向固化(DS)、单晶结构取向固化(SX)或等轴固化(EX)。前两类部件(例如HP涡轮叶片)涉及超耐热合金，使该部件能承受涡轮喷气发动机中的高负荷、高热以及高机械强度。
在铸造合金后，抖动(shake out)打破该壳模，金属部件的制造。
在铸造步骤中，可采用不同的方法使用多种壳。各种壳应具有能实施所需类型固化的特殊性能。
例如，对于等轴固化，可实施多种不同的方法，一种方法使用硅酸乙酯基粘合剂，另一种使用胶体二氧化硅基粘合剂。对于取向固化，可采用不同的批料(二氧化硅-氧化铝、二氧化硅-锆石或二氧化硅基批料)形成壳。
这些壳的第一层是一个重要的元件，它构成壳模和铸造合金之间的界面。在柱结构或单晶结构取向固化的情况下，它应对铸造合金是非活性的。在等轴固化的情况下，它应能使晶粒等轴生长。除此之外，该接触层的整体性决定铸造部件的最终质量，尤其是表面状况。
该第一层实际上应满足某些要求以避免缺陷，例如陶瓷失去粘合和表面缺陷。
在铸造前或者铸造过程中接触层失去粘合会在部件上形成有害标记。
源自接触层过多微孔度的表面缺陷会在部件上产生多余的突起。
主要的表面缺陷常源于蜡母模和第一层之间界面上的表面毛细现象。在骤冷第一层后，在撒布砂粒过程中，砂粒会形成堆叠，形成许多毛细管。每一根毛细管就相当于一个吸杯，其形成低压区。毛细管越小，低压就越大。这相当于第一层无足够的厚度。低压促使造型涂料向灰泥方向毛细管上升，直至如此形成的液柱使压差复原。其结果形成带有空腔的凹陷区，导致形成表面缺陷。对于太薄的第一层，这种现象尤为严重。
这两种缺陷(铸造的主要缺陷)与接触层固有的对抗特性有关。事实上，为了避免陶瓷失去粘合，需要获得薄而均匀沉积的第一层，而为了避免表面缺陷，第一层应沉积得均匀且厚。
因此接触层的性能应兼顾所述对抗特性以便使部件的所有缺陷均不会造成开裂。
发明内容
本发明采用下列方法达到该目的。
一种多层陶瓷壳模的制造方法，所述壳模包括用蜡或其它相似材料的母模上制造接触层，该方法包括在含有陶瓷颗粒、粘合剂和掺合物的造型涂料中骤冷母模，以形成所述接触层，在该层上沉积黑色颗粒并干燥所述接触层。根据本发明，该方法的特征在于所述造型涂料的陶瓷颗粒是多铝红柱石颗粒。更具体地说，所述掺合物包括湿润剂、稀释剂和结构改进剂。
由于造型涂料的组成，因此可以达到对所有铸造模具设定的目的，使模具性能满足铸造条件，尤其满足DS和SX固化方法的要求。具体地说，该接触层不会与铸造的超耐热合金反应。
为了满足与废弃物有关的经济上的要求，造型涂料较好包括65-90重量％多铝红柱石粉末，不含锆石。同样，用于该接触层的砂粒即“灰泥”由多铝红柱石颗粒而非锆石颗粒组成。
向造型涂料中加入掺合物能控制在蜡上的沉积并确保在部件上的有关厚度和分布的最佳性能。
较好的是，为了满足环境要求，所述粘合剂是一种水基胶体溶液，例如胶体二氧化硅，而非醇基粘合剂。
将接触层沉积在蜡上并通过撒布粒度分布范围为80-250微米的多铝红柱石砂进行增强可获得具有很好粘合性的第一层和很好表面状况的铸造部件。
具体实施例方式
下面更详细地描述所述方法。
所述制造壳模方法包括第一步用蜡或本领域已知的另一种相似材料制造母模。最常用的是蜡。根据部件的类型，可将多个母模集合成一组以便同时制造多个模具。母模的尺寸和形状与最终部件的尺寸和形状相同，要考虑合金的收缩。
壳的制造步骤较好由机器人实施，该机器人动作的控制程序能使沉积的质量最佳并使不同的几何形状的叶片和外罩不开裂。
同时制备造型涂料和连续骤冷母模或母模组以沉积陶瓷材料。
第一造型涂料以重量百分数计的组成如下-多铝红柱石粉65-80；-胶体二氧化硅粘合剂 20-35；-水 0-5％；-三种物料的掺合物湿润剂、稀释剂和结构改进剂。
所述三种物料分别起下列作用-在制造该层的过程中稀释剂能获得所需的更快速的流变性。它起分散剂的作用。它较好选自下列化合物氨基酸类、聚丙烯酸铵类或带羟基的三元羧酸类；-在骤冷过程中湿润剂有助于层的涂覆。湿润剂较好选自下列化合物聚亚烷基脂肪醇类或烷氧基化的醇类；-结构改进剂能使层最佳化以获得合适的沉积。它较好选自环氧乙烷聚合物类、黄原胶或瓜耳胶。
一旦从第一造型涂料的浸渍步骤中取出母模后，即将如此涂覆的母模沥干，随后涂覆。接着通过撒布施加“灰泥”颗粒(砂粒)以便不影响薄的接触层。使用多铝红柱石，在该第一层中该多铝红柱石的粒度分布是窄的，为80-250微米。最终的部件的表面状况部分与该粒度分布有关。
干燥第一层。
试验表明为获得令人满意的流变特性，就是在非必要的情况下加入掺合物也是有利的。
随后在第二造型涂料中进行骤冷步骤，以形成所谓的“中间”层。
如前面所述，沉积“灰泥”，随后干燥。
随后将母模浸渍在第三造型涂料中形成第三层，它是所谓的增强层的第一层。
接着施加灰泥，随后干燥。重复所述第三造型涂料骤冷、施加灰泥和干燥步骤，以获得所需的壳厚度。对于最后一层，进行上釉操作。
所述第二和第三造型涂料可包括45-95重量％的氧化铝粉和多铝红柱石粉的混合物以及0-25重量％多铝红柱石颗粒的混合物。
对于不同的层其骤冷操作是不同的以获得均匀的厚度分布并(尤其在截留区)防止形成气泡。
最后干燥最外层。
因此，壳包含5-12层。
模具的焙烧周期包括在设定时间内的升温阶段、在焙烧温度下的保温时间和冷却阶段。选择焙烧周期以优化壳的机械性能，使之能冷处理而无开裂危险，并将其对热冲击(可能在各种铸造阶段出现)的敏感性降至最小。
上面使用本发明接触层描述了制造壳模的方法。该接触层可与所有类型的适合各种条件的层结合，如有必要，甚至可与锆石颗粒形成的层结合。
权利要求
1.一种多层陶瓷壳模的制造方法，所述壳模包括用蜡或其它类似材料的母模或者要制造的部件制造的至少一层接触层，所述方法包括下列步骤在含有陶瓷颗粒和粘合剂的第一造型涂料中浸渍该母模，形成所述接触层；在所述接触层上沉积黑色颗粒；干燥所述接触层；其特征在于所述造型涂料的陶瓷颗粒是多铝红柱石颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述陶瓷颗粒不含锆石。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述造型涂料包括湿润剂、稀释剂和结构改进剂。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述湿润剂选自聚亚烷基脂肪醇类或烷氧基化的醇类。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述稀释剂选自氨基酸类、聚丙烯酸铵类或带羟基的三元羧酸类。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述结构改进剂选自环氧乙烷聚合物类、黄原胶或瓜耳胶。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述粘合剂基于水基无机胶体溶液，尤其是胶体二氧化硅。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述砂粒由多铝红柱石颗粒组成。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述砂粒的粒度分布为80-250微米。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述砂粒是通过撒布施加的。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述造型涂料包括65-80重量％的多铝红柱石粉末。
12.上述任一项权利要求所述的壳模在柱结构取向固化制造部件中的用途。
13.如权利要求1-11中任一项所述的壳模在单晶结构取向固化制造部件中的用途。
全文摘要
一种多层陶瓷壳模的制造方法，所述壳模包括用蜡或其它类似材料的母模或者要制造的部件制造的至少一层接触层，所述方法包括下列步骤在含有陶瓷颗粒和粘合剂的第一造型涂料中浸渍该母模，形成所述接触层；在所述接触层上沉积黑色颗粒；干燥所述接触层。该方法特征在于所述造型涂料的陶瓷颗粒是多铝红柱石颗粒。
文档编号B22C9/04GK1895815SQ20051008471
公开日2007年1月17日 申请日期2005年7月12日 优先权日2005年7月12日
发明者A·比拉本, C·马蒂, P·拉戈, J·-C·霍森, F·特拉尔, P·舍瓦利耶, S·法尔格斯 申请人:斯内克马公司