专利名称：一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于精密铸造领域，特别指一种高温合金涡轮叶片铸造工艺。
背景技术：
随着航空发动机及燃气轮机涡轮前进口温度不断提高，作为关键热端部件的涡轮 叶片，其结构与性能也随之发生着巨大变化。目前，军用航空发动机涡轮前进口温度接近 2200K，燃气轮机的涡轮前进口温度也在不断提高。涡轮叶片仅靠材料自身抵抗高温的能力 已远远不能满足实际需求，而各种复合冷却方式的大量运用使涡轮叶片承受较高温度成为 可能，但这也使叶片的内部冷却通道异常复杂，制备叶片的比较困难，再加上为了提高装配 精度而设计的双联或多联空心涡轮叶片，则使制备叶片的难度更是加大。高温合金涡轮叶片多采用精密铸造方法制备。空心的结构采用陶瓷型芯形成，在 多联涡轮叶片的蜡模制备工序中，由于多个陶瓷型芯外形尺寸的不完全严格一致，尺寸精 度之间存在一定互相干扰，在蜡模成型过程中，由于极小的尺寸差别就可导致陶瓷型芯的 偏芯或断裂，使蜡模成功率非常低，甚至难以制备合适的蜡模而无法制备涡轮叶片。
发明内容
本发明提供一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，使制备多联空心涡轮叶 片蜡模的工艺大大简化，提高多联空心叶片制备的效率和合格率。本发明的技术方案为
一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于所述工艺包括 (1)将多联叶片分解成多个叶片单元，制备各单元叶片的叶身蜡模，其中叶身带有陶瓷 型芯；带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为63°c -68°c，压力 为0. 3-0. 5MPa,注射时间为10-30秒，保压时间为10-30秒。(2)将各带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模放入多联模具中注蜡一次成型，制得多联 空心叶片蜡模；
(3)多联空心叶片蜡模经涂料、脱蜡、烧结、浇注、清理、脱芯工序，最后得到高温合金多 联空心涡轮叶片铸件。所述陶瓷型芯采用氧化铝基陶瓷型芯、二氧化硅基陶瓷型芯或锆英石基陶瓷型芯 中的一种。所述涂料工序中的面层涂料采用320目的粉料与硅溶胶溶液，粉料与硅溶胶溶液 的质量比为3. 0-3. 5:1 ；第一层撒砂料为80目砂；第二层为60目砂，第三层为32目砂，第 四-第七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料。所述粉料采用刚玉粉、锆英粉、石英粉或上店粉中的一种。所述撒砂材料为刚玉砂、锆英砂、石英砂或上店砂中的一种。脱蜡工序中，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为120°C -150°C，压力为3-6个大气 压，时间为20-60分钟。
模壳经脱蜡工序后，将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980°C，保温时间 为3小时，随炉冷却后进行清洗。高温合金采用K441、K417、K418、K417G、K452 中的一种。脱芯工序中采用熔融NaOH与KOH将陶瓷型芯脱除，NaOH与KOH的质量比为1 :1_1 2 ；或者采用NaOH或KOH的水溶液在120°C -200°C，压力为0. 3-0. 5MPa，时间2_50小时脱 除；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。通过本发明技术方案的实施，可以使制作蜡膜的成功率大大提高，避免因多个陶 瓷型芯外形尺寸的不完全严格一致，尺寸精度之间存在一定互相干扰而导致的陶瓷型芯的 偏芯或断裂，简化制作工艺。
具体实施例方式
本发明的工艺原理是先制备各单元叶身蜡模(带陶瓷型芯)，然后将制备好的各单元叶 身(带陶瓷型芯)放入多联蜡模模具中进行再注蜡一次成型，制得多联叶片蜡模，最后经涂 料、脱蜡、烧结、浇注、清理、脱芯等工序得到多联空心涡轮叶片铸件。实施例1:
陶瓷型芯采用二氧化硅基陶瓷型芯，各单元叶身(带陶瓷型芯)蜡模采用注射成形方式 成形，注射温度为65°C，压力为0. 5MPa，注射时间为20秒，保压时间为10秒；将各叶片单元 叶身(带陶瓷型芯)蜡模放入多联蜡模模具内进行整体成型，制得多联蜡模摸具；将多联蜡 模摸具进行涂料制壳，面层涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶，刚玉粉与硅溶胶溶的质 量比为3. 5:1;第一层撒砂料为80目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目刚玉 砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温 度为150°C，时间为30分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980°C， 保温时间为3小时，随炉冷却并进行清洗；铸造合金采用K441高温合金；铸造完毕后的陶 瓷型芯采用熔融NaOH与KOH脱除，NaOH与KOH的质量比为1 :1，温度为450°C，时间2小时 脱除；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，干燥后得到成品叶片。实施例2:
陶瓷型芯采用二氧化硅基陶瓷型芯，各单元叶身(带陶瓷型芯)蜡模采用注射成形方式 成形，注射温度为65°C，压力为0. 5MPa，注射时间为10秒，保压时间为30秒；将各叶片单元 叶身(带陶瓷型芯)蜡模放入多联蜡模模具内进行整体成型，制得多联蜡模摸具；将多联蜡 模摸具进行涂料制壳，面层涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶液，刚玉粉与硅溶胶溶液 质量比为3.3:1 ；第一层撒砂料为80目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目刚玉 砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温 度为120°C，时间为30分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为950°C， 保温时间为2小时，随炉冷却并进行清洗；铸造合金采用K417高温合金；铸造完毕后的陶 瓷型芯采用25%质量浓度的NaOH水溶液在180°C，压力为0. 3MPa,时间20小时脱除；叶片 上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。实施例3:
陶瓷型芯采用三氧化二铝基陶瓷型芯，各单元叶身(带陶瓷型芯)蜡模采用注射成形方 式成形，注射温度为68°C，压力为0. 4MPa,注射时间为20秒，保压时间为20秒；将各叶片 单元叶身(带陶瓷型芯)蜡模放入多联蜡模模具内进行整体成型，制得多联蜡模摸具；将多联蜡模摸具进行涂料制壳，面层涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶液，刚玉粉与硅溶胶 溶液的质量比为3. 0-3. 5:1 ；第一层撒砂料为80目刚玉砂；第二层为60目刚玉砂，第三层 为32目刚玉砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法 脱除，蒸汽温度为150°C，时间为20分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧 温度为950°C，保温时间为3小时，随炉冷却并进行清洗；铸造合金采用K452高温合金；铸 造完毕后的陶瓷型芯采用30%质量浓度的KOH的水溶液在200°C，压力为0. 5MPa,时间20 小时脱除；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。
实施例4
陶瓷型芯采用三氧化二铝陶瓷型芯，各单元叶身(带陶瓷型芯)蜡模采用注射成形方式 成形，注射温度为68°C，压力为0. 3MPa,注射时间为10秒，保压时间为30秒；将各叶片单 元叶身(带陶瓷型芯)蜡模放入多联蜡模模具内进行整体成型，制得多联蜡模摸具；将多联 蜡模摸具进行涂料制壳，面层涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶液，刚玉粉与硅溶胶溶 液质量比为(3.0-3.5) 1 ；第一层撒砂料为80目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为 32目刚玉砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱 除，蒸汽温度为150°C，时间为20分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温 度为960°C，保温时间为4小时，随炉冷却并进行清洗；铸造合金可采用K417G高温合金；铸 造完毕后的陶瓷型芯采用20%质量浓度NaOH的水溶液在200°C，压力为0. 4MPa,时间40小 时脱除干净；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。
权利要求
一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于所述工艺包括(1)将多联叶片分解成多个叶片单元，制备各单元叶片的叶身蜡模，其中叶身带有陶瓷型芯；带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为63℃ 68℃，压力为0.3 0.5MPa,注射时间为10 30秒,保压时间为10 30秒；(2)将各带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模放入多联模具中注蜡一次成型，制得多联空心叶片蜡模；(3)多联空心叶片蜡模经涂料、脱蜡、烧结、浇注、清理、脱芯工序，最后得到高温合金多联空心涡轮叶片铸件。
2.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于所 述陶瓷型芯采用氧化铝基陶瓷型芯、二氧化硅基陶瓷型芯或锆英石基陶瓷型芯中的一种。
3.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于所 述涂料工序中的面层涂料采用320目的粉料与硅溶胶溶液，粉料与硅溶胶溶液的质量比为 3. 0-3.5:1 ；第一层撒砂料为80目砂；第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-第七层为 24目砂，最后封浆层采用面层涂料。
4.根据权利要求3所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于所 述粉料采用刚玉粉、锆英粉、石英粉或上店粉中的一种。
5.根据权利要求3所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于所 述撒砂材料为刚玉砂、锆英砂、石英砂或上店砂中的一种。
6.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于脱 蜡工序中，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为120°C -150°C，压力为3-6个大气压，时间为 20-60分钟。
7.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于模 壳经脱蜡工序后，将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980°C，保温时间为3小时，随 炉冷却后进行清洗。
8.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于高 温合金采用 K441、K417、K418、K417G、K452 中的一种。
9.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于脱 芯工序中采用熔融NaOH与KOH将陶瓷型芯脱除，NaOH与KOH的质量比为1 :1_1 2 ；或者采 用NaOH或KOH的水溶液在120°C -200°C，压力为0. 3-0. 5MPa，时间2-50小时脱除；叶片上 残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。
全文摘要
一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，包括(1)将多联叶片分解成多个叶片单元，制备各单元叶片的叶身蜡模，其中叶身带有陶瓷型芯；带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为63℃-68℃，压力为0.3-0.5MPa,注射时间为10-30秒,保压时间为10-30秒。(2)将各带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模放入多联模具中注蜡一次成型，制得多联空心叶片蜡模；(3)多联空心叶片蜡模经涂料、脱蜡、烧结、浇注、清理、脱芯工序，最后得到高温合金多联空心涡轮叶片铸件。
文档编号B22C9/24GK101992268SQ20101055150
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月20日 优先权日2010年11月20日
发明者刘正, 刘鸣, 姜卫国, 毛萍莉, 王国欣, 董媛 申请人:沈阳工业大学