一种含钨的TiAl合金熔模精密铸造高惰性型壳的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种TiAl合金熔模精密铸造型壳的制备方法。
【背景技术】
[0002]TiAl合金由于其密度低，比强度高，高温抗蠕变及抗氧化性能好，在航空航天及工业领域中具有广阔的应用前景。熔模精密铸造制备TiAl合金具有其他工艺无可比拟的优势，尤其是在形状复杂的薄壁构件的生产上，该方法可以实现近净成形，得到无余量或近无余量的精密构件，大幅降低损耗，提尚材料利用率。
[0003]由于熔融的TiAl合金具有很高的化学活性，几乎可以与所有的耐火材料反应，在构件表面形成污染层，恶化构件的内在和外观质量，影响构件尺寸精度，严重时甚至造成构件的报废。因此，面层材料成为研究的重点。
[0004]TiAl合金熔模精密铸造的耐火材料主要为金属氧化物，当前使用的主要包括ZrO2和Y2O3等。Y 203陶瓷型壳导热率低，强度高，高温化学惰性好，浇注铸件表面光亮，尺寸精度高，但是其成本较高。电熔ZrO2是重要的面层材料，它是由化学提纯的无定形ZrO 2经过电熔炉融冷凝结而成的结晶Zr02。ZrO2型壳生产工艺简单，可浇注高精度薄壁铸件，但所制铸件表面粘砂层较厚，并容易发生表面气孔倾向。Al2O3价格低廉，来源广泛，对熔融TiAl的惰性优于ZrO2,但其工艺性不佳，会改变碳酸锆铵和醋酸锆等常用的粘结剂的酸碱度，给面层浆料的制备和存放带来很大的困难。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是要解决现有TiAl合金熔模精密铸造陶瓷型壳成本高、铸件表面粘砂层较厚以及界面反应严重的问题，而提供一种含钨的TiAl合金熔模精密铸造高惰性型壳的制备方法。
[0006]本发明的一种含钨的TiAl合金熔模精密铸造高惰性型壳的制备方法按以下步骤进行:
[0007]—、面层楽料的配制:在搅拌速度为20r/min?40r/min的条件下向妈酸钱溶胶中加入消泡剂和润湿剂，得到混合液，然后以加入速度为200g/min?300g/min向混合液中加入Al2O3粉末，在搅拌速度为20r/min?40r/min的条件下搅拌混合至Al 203粉末均勾分散在混合液中，然后在搅拌速度为80r/min?100r/min的条件下搅拌22h?24h，再静置8h?12h，得到面层浆料；
[0008]所述的Al2O3粉末与钨酸铵溶胶的质量比为(2.5?3):1 ;所述的钨酸铵溶胶与消泡剂的质量比为100: (0.05?0.2);所述的钨酸铵溶胶与润湿剂的质量比为100: (0.05?0.2);
[0009]二、面层型壳的制备:将蜡模浸入步骤一得到的面层浆料中，转动蜡模使蜡模表面完全被面层浆料涂覆，然后将涂覆有面层浆料的蜡模提起，再进行多轴转动，转动的同时采用雨淋式撒砂机在涂覆有面层浆料的蜡模表面均匀淋撒一层粒度为80目的Al2O3砂，然后转移至恒温恒湿的条件下干燥22h?24h，得到面层型壳；
[0010]所述的恒温恒湿参数为:温度为25 °C，湿度为50%?60% ;
[0011]三、背层型壳的制备:在搅拌速度为20r/min?40r/min的条件下向娃溶胶中以加入速度为200g/min?300g/min加入娃藻土，然后在搅拌速度为40r/min?60r/min的条件下搅拌混合6h，得到背层浆料，然后将步骤二得到的面层型壳浸入背层浆料中，转动面层型壳使面层型壳表面完全被背层浆料涂覆，然后将涂覆有背层浆料的面层型壳提起，再进行多轴转动，转动的同时采用雨淋式撒砂机在涂覆有背层浆料的面层型壳表面均匀淋撒一层60目莫来石砂，然后转移至恒温恒湿的条件下干燥22h?24h，得到背层型壳；
[0012]所述的硅溶胶与硅藻土的质量比为1: (1.6?2.2);
[0013]所述的恒温恒湿参数为:温度为25 °C，湿度为50 %?60 % ;
[0014]四、封浆:将步骤三得到的得到背层型壳进行3次背层撒砂操作，然后将干燥后的背层型壳浸入步骤三中所述的背层浆料中，转动背层型壳使背层型壳表面完全被背层浆料涂覆，然后将涂覆有背层浆料的背层型壳提起，在恒温恒湿的条件下干燥45h?50h，得到封楽后的型壳；
[0015]所述的背层撒砂操作步骤为:将步骤三得到的背层型壳进行多轴转动，转动的同时采用雨淋式撒砂机在背层型壳的表面均匀淋撒一层60目莫来石砂，然后转移至恒温恒湿的条件下干燥22h?24h ；
[0016]所述的恒温恒湿参数为:温度为25 °C，湿度为50 %?60 % ;
[0017]五、脱蜡与焙烧:将步骤四得到的封浆后的型壳进行蒸汽脱蜡，脱蜡压力为0.5MPa?0.7MPa，脱蜡时间为6min?lOmin，将脱蜡完成的型壳放入高温马弗炉中随炉升温至温度为200°C，并在温度为200°C下保温2h，继续升温至温度为500°C，并在温度为500°C下保温2h，再升温至温度为900°C，并在温度为900°C下保温2h，完成焙烧，得到含钨的TiAl合金熔模精密铸造高惰性型壳。
[0018]本发明有益效果
[0019]本发明是在钨酸铵溶胶中加入低成本的Al2O3粉末，经过一定的焙烧工艺后，生成高惰性耐火材料，显著降低TiAl合金熔模精密铸造界面反应的程度，达到降低TiAl合金熔模精密铸造成本、减小界面反应的目的。本发明的型壳铸件表面光亮，无明显粘砂，界面反应层厚度约为20 μ m，传统ZrO2型壳界面反应层是40 μ m，本发明界面反应程度要弱于传统ZrO2型壳。
【附图说明】
[0020]图1为传统2抑2型壳浇注TiAl合金铸件的SEM照片；
[0021 ] 图2为试验二含钨+Al2O3型壳浇注TiAl合金铸件的SEM照片；
[0022]图3为传统Zr02型壳浇注TiAl合金铸件界面反应层硬度变化趋势图；其中R为反应层，H为硬化层；
[0023]图4为试验二含钨+Al2O3型壳浇注TiAl合金铸件界面反应层硬度变化趋势图；R为反应层，H为硬化层。
【具体实施方式】
[0024]【具体实施方式】一:本实施方式的一种含钨的TiAl合金熔模精密铸造高惰性型壳的制备方法按以下步骤进行:
[0025]—、面层楽料的配制:在搅拌速度为20r/min?40r/min的条件下向妈酸钱溶胶中加入消泡剂和润湿剂，得到混合液，然后以加入速度为200g/min?300g/min向混合液中加入Al2O3粉末，在搅拌速度为20r/min?40r/min的条件下搅拌混合至Al 203粉末均勾分散在混合液中，然后在搅拌速度为80r/min?100r/min的条件下搅拌22h?24h，再静置8h?12h，得到面层浆料；
[0026]所述的Al2O3粉末与钨酸铵溶胶的质量比为(2.5?3):1 ;所述的钨酸铵溶胶与消泡剂的质量比为100: (0.05?0.2);所述的钨酸铵溶胶与润湿剂的质量比为100: (0.05?0.2);
[0027]二、面层型壳的制备:将蜡模浸入步骤一得到的面层浆料中，转动蜡模使蜡模表面完全被面层浆料涂覆，然后将涂覆有面层浆料的蜡模提起，再进行多轴转动，转动的同时采用雨淋式撒砂机在涂覆有面层浆料的蜡模表面均匀淋撒一层粒度为80目的Al2O3砂，然后转移至恒温恒湿的条件下干燥22h?24h，得到面层型壳；
[0028]所述的恒温恒湿参数为:温度为25 °C，湿度为50 %?60 % ;
[0029]三、背层型壳的制备:在搅拌速度为20r/min?40r/min的条件下向娃溶胶中以加入速度为200g/min?300g/min加入娃藻土，然后在搅拌速度为40r/min?60r/min的条件下搅拌混合6h，得到背层浆料，然后将步骤二得到的面层型壳浸入背层浆料中，转动面层型壳使面层型壳表面完全被背层浆料涂覆，然后将涂覆有背层浆料的面层型壳提起，再进行多轴转动，转动的同时采用雨淋式撒砂机在涂覆有背层浆料的面层型壳表面均匀淋撒一层60目莫来石砂，然后转移至恒温恒湿的条件下干燥22h?24h，得到背层型壳；
[0030]所述的硅溶胶与硅藻土的质量比为1: (1.6?2.2)；
[0031 ] 所述的恒温恒湿参数为:温度为25°C，湿度为50%?60% ;
[0032]四、封浆:将步骤三得到的得到背层型壳进行3次背层撒砂操作，然后将干燥后的背层型壳浸入步骤三中所述的背层浆料中，转动背层型壳使背层型壳表面完全被背层浆料涂覆，然后将涂覆有背层浆料的背层型壳提起，在恒温恒湿的条件下干燥45h?50h，得到封楽后的型壳；
[0033]所述的背层撒砂操作步骤为:将步骤三得到的背层型壳进行多轴转动，转动的同时采用雨淋式撒砂机在背层型壳的表面均匀淋撒一层60目莫来石砂，然后转移至恒温恒湿的条件下干燥22h?24h ；
[0034]所述的恒温恒湿参数为:温度为25 °C，湿度为50 %?60 % ;
[0035]五、脱蜡与焙烧:将步骤四得到的封浆后的型壳进行蒸汽脱蜡，脱蜡压力为0.5MPa?0.7MPa，脱蜡时间为6min?lOmin，将脱蜡完成的型壳放入高温马弗炉中随炉升温至温度为200°C，并在温度为200°C下保温2h，继续升温至温度为500°C，并在温度为500°C下保温2h，再升温至温度为900°C，并在温度为900°C下保温2h，完成焙烧，得到含钨的TiAl合金熔模精密铸造高惰性型壳。
[0036]本实施方式是在钨酸铵溶胶中加入低成本的Al2O3粉末，经过一定的焙烧工艺后，生成高惰性耐火材料，显著降低TiAl合金熔模精密铸造界面反应的程度，达到降低TiAl合金熔模精密铸造成本、减小界面反应的目的。本实施方式的型壳铸件表面光亮，无明显粘砂，界面反应层厚度约为20 μπι，传统Z