专利名称：一种制备高温合金微型精密铸件的工艺方法
技术领域：
本发明属于高温合金领域，具体属于高温合金精密铸造领域。
背景技术：
微型机械在航空航天、航海、生物工程、国防、化工、卫生医疗、电子、机器人等各个方面有着非常广泛的用处，这一领域的发展将大大影响人类未来的生活。世界各国都对该领域给予极大的重视，并不断取得更新的进展，各种微细加工新工艺不断出现，如高能束刻蚀工艺、超精密机械加工工艺、微细电火花加工工艺等等。近几年，德国采用了微精密铸造的工艺来制造整体尺寸在微米尺度或带有微米尺度微细结构的金属微型结构件，主要应用于外科手术的仪器、生物工艺仪器领域。该工艺依托于传统的铸造工艺，通过浸浆制壳及其他工序制得模壳，通过浇注、清理最后得
到微铸件。日本通过将预热到200。C的铸型浸入到熔化的金属液中，然后将装着金属液和铸型的炉子放置到真空炉中，随后进行抽真空排气及加热铸型，平衡后，打开真空炉，进气1分钟后，使金属液在大气压力下充填。最后在水中溃散铸型，得到微铸件。LG-RPC中心提出的工艺与传统的熔模铸造工艺区别很大，接近砂型铸造，首先将金属液浇到铸型中，然后把注满合金液的铸型放置在真空室中，借助合金液自身的重力充填铸型，充填完成后在空气中冷却，起模后就得到了金属微构件。中国曾采用金属型分型铸造的方式，使液态金属充填到金属模具中，最后制得微型铸件。
对于铸件的尺寸在微米量级的铸造过程而言，由于合金液的表面张力作用及金属液的冷却速度比传统速度快很多的原因，使充型过程极为困难, 所以通常要求合金要具有良好的流动性及较低的熔点，熔模型壳要预热到 很高温度下进行，这将使合金的组织粗大，造成材料性能下降；另外，微 熔模铸造工艺流程复杂，具有一定的偶然性，以上原因制约了其发展。
高温合金使用温度在60(TC以上，具有较高的熔点，较高的高温强度， 良好的抗氧化性和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等综合 性能，广泛用于航天、航空、能源、交通、化工等领域。该类合金通常应 用在宏观较大尺寸的铸件上，由于在制壳方面存在的困难及合金流动性差、 充型能力差等原因的限制下，使其在微熔模铸造方面的应用非常少，因此 有必要开发一种新的工艺，使制备高温合金微型件成为可能
发明内容
本发明的目的是提供一种新型工艺用于制备高温合金微型铸件，采用 真空浸渗加传统涂料方法制备微型铸件模壳，以保证合金具有良好的充型 性，采用化学方法去除模壳，最后得到微型铸件。
本发明提供一种制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，首先制备微 型铸件的蜡模或浸蜡处理后的树脂类模型，然后将蜡模或浸蜡处理的树脂 类模型置于浸涂室内，采用二氧化硅基或氧化铝基涂料作为面层涂料，进 行真空浸涂，室温空气中干燥，再经常规涂料工序后进行封浆、干燥、脱 蜡、烧结制得模壳；其次将高温预热后的模壳置入真空熔炼炉浇注室内， 进行浇注得带有模壳的微型铸件；最后将带有模壳的微型铸件放入模壳脱 除设备中，进行脱除模壳及后期处理，得到成品。
本发明提供的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，所述的蜡模模型采用注射成型或加工成型的方式；树脂类模型采用激光成型方式，树脂 为感光树脂。
本发明提供的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，所述的面层涂 料粉末粒度为300 600目，面层涂料的粘结剂为硅溶胶或硅酸乙脂。
本发明提供的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，所述的真空浸 涂的真空度在0.01-0.05Mpa之间。
本发明提供的制备高温合金微型精密铸件工艺方法的真空浸涂设备，具 体包括涂料室l、浸涂室2、涂料阀3、真空泵4、搅拌机5、真空度真空度 控制阀6、真空连接管7、涂料管8、排涂料阀9、涂料进口 10、真空表ll、 备用阀12、防溅挡板13、蜡模挂架14，见图一；
其中涂料室1与浸涂室2之间通过涂料管8连接，涂料管8上装有涂 料阀3，涂料进口 IO位于涂料室1上，搅拌机5从上方伸进涂料室1内部； 真空泵4通过真空连接管7与浸涂室2连接，真空度控制阀6安装在真空 连接管7上，排涂料阀9安装在浸涂室2的底部侧面位置，真空表11安装 在浸涂室2上，备用阀12安装在浸涂室2上面，防溅挡板13安装在浸涂 室2内部，靠近涂料管8的位置，蜡模挂架14安装在浸涂室2的内部。
真空浸涂的具体工艺过程将制备好的蜡模或浸完蜡的树脂类模型固 定在浸涂室2内，盖好浸涂室端盖，关闭排涂料阀9、真空度控制阀6、备 用阀12，启动真空泵4，待真空度达到0.01-0.05MPa时，关闭真空泵4,关闭 真空表11及真空度控制阀6，打开涂料阀3，使涂料在真空条件下被吸入浸 涂室2内，待涂料进入量达到浸涂室容积的2/3时，关闭涂料阀3,保持2 4分 钟后,打开真空度控制阀6放气,待浸涂室2压力达到常压时，打开浸涂室端盖，取出蜡模进行空气中干燥，重复该过程l-2次，然后进入常规涂料工序。
本发明提供的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，所述的浇注工 艺的具体参数为模壳预热温度为900aC-1100°C，浇注温度在合金液相线上 100°C-300。C。
本发明提供的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，采用化学方法 进行脱除模壳，具体为采用熔融碱液脱除三氧化二铝模壳，采用氢氟酸脱 除二氧化硅模壳，其中熔融碱为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物，两者的比
例为1: l或l: 2。
本发明中，后期处理包括微型铸件的热处理及喷砂抛光处理，其中热 处理工艺采用高温合金的标准热处理工艺。
本发明中，后期处理包括微型铸件的热处理及喷砂抛光处理，其中热 处理工艺采用高温合金的标准热处理工艺。 本发明的优点
1、 采用真空浸涂工艺附加常规涂料工艺可较易制备微型铸件模壳；
2、 液相线上10(TC-300'C及真空条件下浇注，可保证铸件具有良好的 充型性；
3、 采用化学方法清除模壳可保证铸件的完整性；
4、 可大批量制备微型铸件。
图1真空浸涂设备的示意图 图2微型铸件实物 图3微型铸件实物 图4微型铸件实物具体实施方式
实施例l:
首先在涂料室1内配制好面层涂料，面层涂料采用三氧化二铝，粉末粒 度为300/400目，粘结剂釆用硅溶胶，启动搅拌机5,使涂料密度均匀，尽量 控制不巻入空气；将组合好的蜡模固定在浸涂室2内，盖好浸涂室端盖，关 闭排涂料阀9、真空度控制阀6、备用阀12,启动真空泵4，待真空度达到 0.02MPa时，关闭真空泵4，关闭真空表11及真空度控制阀6;打开涂料阀3， 使涂料在真空条件下被吸入浸涂室2内，待涂料进入浸涂室2/3容积时，关闭 涂料阀3，保持2分钟后,打开真空度控制阀6放气，待浸涂室压力达到常压时， 打开浸涂室端盖，取出蜡模在空气中干燥；清洗浸涂室2及相关附件，重复 真空浸涂过程2次后进入常规涂料工序，常规涂料完成后，进行封桨、干 燥、脱蜡、最后烧结制成模壳；将模壳预热到960'C，保温4小时后，将模 壳置入浸涂室内，采用K441合金，真空熔炼，待合金温度达到160(TC时 浇注；将带有模壳的微型铸件置入脱壳设备中，采用熔融碱掖脱除模壳， 熔融碱为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物，两者的比例为1: 1;碱液温度 20(TC-300'C，时间2-10小时；模壳脱除后进行热处理，然后进行喷砂抛光 处理，最后经切割得到成品微型铸件，实物见图二。 实施例2:
首先在涂料室1内配制好面层涂料，面层涂料采用三氧化二铝，粉末粒 度为300/400目，粘结剂采用硅溶胶，启动搅拌机5，使涂料密度均匀，尽量 控制不巻入空气；将组合好的蜡模固定在浸涂室2内，盖好浸涂室2端盖， 关闭排涂料阀9、真空度控制阀6、备用阀12,启动真空泵4，待真空度达到0.01MPa时，关闭真空泵4，关闭真空表11及真空度控制阀6;打开涂料阀 3,使涂料在真空条件下被吸入浸涂室2内，待涂料进入浸涂室容积2/3时，关 闭涂料阀3，保持2分钟后，打开真空度控制阀6放气，待浸涂室2压力达到常 压时，打开浸涂室2端盖，取出蜡模在空气中干燥;清洗浸涂室2及相关附件， 重复浸涂过程2次后进入常规涂料工序，常规涂料完成后，进行封浆、干 燥、脱蜡、最后烧结制成模壳；将模壳预热到980'C,保温3小时后，将模 壳置入浸涂室内，采用K418合金，真空熔炼，待合金温度达到158(TC时 浇注；将带有模壳的微型铸件置入脱壳设备中，采用熔融碱掖脱除模壳， 熔融碱为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物，两者的比例为l: l或l: 2;碱液
温度200'C-27(TC，时间5小时；模壳脱除后进行热处理和喷砂抛光处理， 最后经切割得到成品微型铸件，实物见图三。 实施例3:
首先在涂料室1内配制好面层涂料，面层涂料采用三氧化二铝，粉末粒 度为400/600目，粘结剂采用硅溶胶，启动搅拌机5,使涂料密度均匀,尽量 控制不巻入空气；将组合好的蜡模固定在浸涂室2内，盖好浸涂室端盖，关 闭排涂料阀9、真空度控制阀6、备用阀12，启动真空泵4，待真空度达到 0.03MPa时，关闭真空泵4，关闭真空表11及真空度控制阀6;打开涂料控制阀 3，使涂料在真空条件下被吸入浸涂室2内，待涂料进入浸涂室容积2/3时，关 闭涂料阀3，保持2分钟后，打开真空度控制阀6放气,待浸涂室2压力达到常 压时，打开浸涂室2端盖，取出蜡模在空气中干燥;清洗浸涂室2及相关附件， 重复浸涂过程2次后进入常规涂料工序，常规涂料完成后，进行封浆、干 燥、脱蜡、最后烧结制成模壳；将模壳预热到98(TC，保温3小时后，将模壳置入浸涂室内，采用K452合金，真空熔炼，待合金温度达到160(TC时 浇注；将带有模壳的微型铸件置入脱壳设备中，采用熔融碱掖脱除模壳， 熔融碱为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物，两者的比例为1: 1;碱液温度 200°C-220°C，时间10小时；模壳脱除后进行热处理和喷砂抛光处理，最后 经切割得到成品微型铸件，实物见图四。
权利要求
1、一种制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，其特征在于首先制备微型铸件的蜡模或浸蜡处理后的树脂类模型，然后将蜡模或浸蜡处理的树脂类模型置于浸涂室内，采用二氧化硅基或氧化铝基涂料作为面层涂料，进行真空浸涂，室温空气中干燥，再经常规涂料工序后进行封浆、干燥、脱蜡、烧结制得模壳；其次将高温预热后的模壳置入真空熔炼炉浇注室内，进行浇注得带有模壳的微型铸件；最后将带有模壳的微型铸件放入模壳脱除设备中，进行脱除模壳及后期处理，得到成品。
2、 按照权利要求1所述的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，其 特征在于所述的蜡模模型采用注射成型或加工成型的方式；树脂类模型 采用激光成型方式，树脂为感光树脂。
3、 按照权利要求1所述的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，其 特征在于所述的面层涂料粉末粒度为300^600目，面层涂料的粘结剂为 硅溶胶或硅酸乙脂。
4、 按照权利要求1所述的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，其 特征在于所述的真空浸涂的真空度在0.01-0.05Mpa之间。
5、 一种如权利要求1所述的制备高温合金微型精密铸件工艺方法的真 空浸涂设备，其特征在于所述的真空浸涂设备包括涂料室(1)、浸涂室 (2)、涂料阀(3)、真空泵(4)、搅拌机(5)、真空度控制阀(6)、真空 连接管(7)、涂料管(8)、排涂料阀(9)、涂料进口 (10)、真空表(11)、 备用阀(12)、防溅挡板(13)、蜡模挂架(14);其中涂料室(1)与浸涂室(2)之间通过涂料管(8)连接，涂料管(8)上装有涂料阀(3)，涂料进口 (10)位于涂料室(1)上，搅拌机(5) 从上方伸进涂料室(1)内部；真空泵(4)通过真空连接管(7)与浸涂室(2)连接，真空度真空度控制阀(6)安装在真空连接管(7)上，排涂料 阀(9)安装在浸涂室(2)的底部侧面位置，真空表(11)安装在浸涂室(2)上，备用阀(12)安装在浸涂室(2)上面，防溅挡板(13)安装在 浸涂室(2)内部，靠近涂料管(8)的位置，蜡模挂架(14)安装在浸涂 室(2)的内部。
6、 按照权利要求1所述的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，其 特征在于所述的真空浸涂过程重复1~2次。
7、 按照权利要求1所述的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，其 特征在于所述的模壳预热温度为90(TC-110(rC。
8、 按照权利要求1所述的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，其 特征在于所述的浇注温度在合金液相线上100°C-300°C。
9、 按照权利要求1所述的制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，其 特征在于采用化学方法进行脱除模壳，具体为采用熔融碱液脱除三氧化 二铝模壳，采用氢氟酸脱除二氧化硅模壳，其中熔融碱为氢氧化钠和氢氧 化钾的混合物，两者的比例为l: l或l: 2。
全文摘要
一种制备高温合金微型精密铸件的工艺方法，首先制备微型铸件的蜡模或浸蜡处理后的树脂类模型，然后将蜡模或浸蜡处理的树脂类模型置于浸涂室内，采用二氧化硅基或氧化铝基涂料作为面层涂料，进行真空浸涂，室温空气中干燥，再经常规涂料工序后进行封浆、干燥、脱蜡、烧结制得模壳；其次将高温预热后的模壳置入真空熔炼炉浇注室内，进行浇注得带有模壳的微型铸件；最后将带有模壳的微型铸件放入模壳脱除设备中，进行脱除模壳及后期处理，得到成品。本发明的优点采用真空浸涂工艺附加常规涂料工艺可较易制备微型铸件模壳，铸件具有良好的充型性；采用化学方法清除模壳可保证铸件的完整性；可大批量制备微型铸件。
文档编号B22C9/04GK101549385SQ200810010808
公开日2009年10月7日 申请日期2008年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者姜卫国, 毛萍莉, 胡壮麒 申请人:沈阳工业大学