专利名称：一种精密铸造钛合金的模壳制备方法
技术领域：
本发明涉及铸造成型领域，特别涉及精密铸造钛合金领域。
背景技术：
钛是在钢、铁、铜和铝之后迅速崛起的新型工程金属材料，具有强度高、密度小、耐腐蚀、无磁性、生物相容性好等特点，越来越受到人们青睐。初期，主要用于军工领域，现在正逐步向民用领域扩展，且增长迅速。目前使用较多的钛合金精密铸造用模壳，大致可分为石墨模壳、钨面层陶瓷模壳、氧化物陶瓷模壳等。其中，石墨模壳所浇注出来的铸件，在表面上有一层渗碳的α脆性层，厚度大约为0. 2 0. 3mm，它有可能在应力作用下引发裂纹的产生和扩展。石墨模壳的热稳定性有一的限度，当石墨与钛液接触，在达到反应激活能的条件下，有可能发生急剧的放热连锁反应，因此石墨模壳不宜浇注大型复杂钛合金铸件。另外，石墨模壳的收缩率高， 是普通精密铸造陶瓷模壳的两倍，这影响了精密铸造石墨模壳钛合金精密铸件的精度。钨面层陶瓷模壳制备时，钨粉作为涂料中的填料使用，钨粉的性能对模壳的品质有重大影响， 钨粉要求有极高的强度，否则会影响钛合金铸件的质量。钨面层精密铸造模壳α必须采用溶剂脱蜡，因而对人体健康有伤害，同时也污染环境；另外钨面层模壳在还原性气氛下焙烧，脱蜡石沉积在模壳表面上的模料灰分很难烧掉，在浇注时很容易与液钛反应，在铸件表面形成气孔。氧化物陶瓷模壳的面层和邻层涂料中使用的氧化锆、氧化钇等与钛液反应较小的氧化物，其性能较高；其中的氧化钇作为填料的面层涂料铸造性能较好，但氧化钇容易发生水化作用，其浆料对PH值变化十分敏感，易胶凝。另外，氧化物陶瓷模壳无法避免在铸件表面形成α粘污层，其厚度在0.02 0.2mm范围内不等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种精密铸造钛合金用低成本、稳定性强的模壳制备方法，采用该方法制备钛合金部件满足使用要求。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种精密铸造钛合金模壳制备方法，其特征在于步骤如下1)制备面层将粒度为200-400目的氮化硼粉与硅溶胶按重量比为2 1 3 1 配置成流杯粘度为10-25秒的料浆；将上述料浆涂挂在蜡模上，撒砂粒度为40-100目的电熔莫来石砂，干燥，制备面层；2)制备过渡层采用200-400目的^O3粉与硅溶胶按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度为10-30秒的料浆，涂挂第2层，撒40-80目粒度的电熔莫来石砂，干燥；再采用 200-400目的Al2O3粉与硅溶胶按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度为10-30秒的料浆，涂挂第3层；撒40-80目粒度的电熔莫来石砂，干燥；幻制备加固层再采用铝矾土与硅溶胶按重量比为3 1 4 1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为16-24目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂4-6层，最后涂挂一次上述制备的铝矾土料浆，干燥；4)脱蜡，烧结。所述步骤1)，料浆制备过程中添加润湿剂、消泡剂，其中润湿剂占料浆的重量百分比为1-5%。，消泡剂占料浆的重量百分比1-5%。，在搅拌状态下加入氮化硼粉，之后依次加入润湿剂、消泡剂，搅拌10小时以上，方可涂料；所述润湿剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚、低泡润湿分散剂RFCF-10或辛基酚聚氧乙烯醚；所述消泡剂为异丙醇、硅树脂或正戌醇。所述步骤1)，蜡模组浸入粘度杯粘度为10-30秒的氮化硼料浆中3-8秒，保证料浆均勻挂在蜡模上，撒砂粒度为40-100目的电熔莫来石砂砂，在温度为30-35°C，湿度 30-70%的环境中干燥6小时，形成面层；所述步骤幻中，涂挂第2层和第3层后在温度为30-35°C，湿度30-60%的环境中干燥8小时，形成过渡层；所述步骤幻中，第4-6层每层均在温度为30-35°C，湿度30-60%的环境中干燥10 小时，形成加固层；最后一层涂挂铝矾土料浆，在温度为30-35°C，湿度30-60%的环境中干燥10小时；所述的^O3粉是电熔态；所述步骤4)，脱蜡后形成的模壳在室温放置4-10小时后再进行烧结，烧结的温度在800-1200°C，保温1-3小时，炉冷至300°C以下即可取出。本发明的有益效果为1、本发明采用稳定性好的氮化硼作为壳型的面层材料，控制钛合金的进氧量，适合铸造钛合金。氮化硼是一种化学性质非常稳定的耐火物质，氮化硼陶瓷模壳与钛及钛合金反应程度小，形成α粘污层厚度小。氮化硼稳定的化学性质，其在水、酸、碱中都不发生化学反应，所以含有氮化硼的涂料稳定且不凝胶。2.本发明采用氮化硼做面层、采用IO3和Al2O3做过渡层，采用电熔莫来石做撒砂层，确保面层与背层的结合牢固性。这几种陶瓷的选择和组合使得模壳的各项性能指标都满足使用要求，且成本低廉3、本发明采用的粘结剂是传统的硅溶胶，该溶胶的SiO2重量百分比在20-30%，该溶胶性能稳定，可放置半年到几年性能不变，粘度为10-30s，胶粒内部的Si-O-Si键形成立体网络结构，而胶体粒子与水接触界面则形成Si-OH水化膜，将耐火材料颗粒粘结在一起， 形成具有一定强度的模壳，成本低廉。4.本发明采用水蒸气脱蜡、方便无毒。
具体实施例方式实施例一一种精密铸造钛合金模壳制备方法，其特征在于步骤如下1)制备面层将粒度为200目的氮化硼粉与硅溶胶按重量比为3 1配置，添加润湿剂、消泡剂，其中润湿剂占料浆的重量百分比为3%。，消泡剂占料浆的重量百分比为3%。， 在搅拌状态下加入氮化硼粉，之后依次加入润湿剂、消泡剂，搅拌10小时，配成流杯粘度为 16秒的料浆；本实施例中，润湿剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚，消泡剂为异丙醇。将蜡模组浸入上述氮化硼料浆中6秒，保证料浆均勻挂在蜡模上，撒砂粒度为80目的电熔莫来石砂，温度为30°C，湿度50%的环境中干燥6小时，形成面层；2)制备过渡层采用320目的IO3粉与硅溶胶按重量比3 1配置成流杯粘度为 18秒的料浆，涂挂第2层，撒80目粒度的电熔莫来石砂，在温度为30°C，湿度50%的环境中干燥8小时；再采用320目的Al2O3粉与硅溶胶按重量比3 1配置成流杯粘度为18秒的料浆，涂挂第3层，撒80目粒度的电熔莫来石砂，在温度为30°C，湿度50%的环境中干燥8 小时；形成过渡层；3)制备加固层再采用铝矾土与硅溶胶按重量比为3 1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为20目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂4-6层，每层都在温度为30°C，湿度50%的环境中干燥10小时，形成加固层；最后一层涂挂铝矾土料浆，在温度为30°C，湿度50%的环境中干燥10小时；4)采用蒸汽方式脱蜡后，模壳在室温放置8小时后再进行烧结，烧结的温度在 1100°C，保温2小时，炉冷至300°C取出，所得模壳浇杯内表面、部件杆部位光洁，强度好。用上述方法制备的模壳铸造Ti6A14V合金，熔融金属与模壳稍有反应，合金从模壳中增氧IOOppm Wt% ；而采用普通的Al2O3壳型，合金的进氧量达到了 600ppm Wt%。可见，氮化硼壳型面层材料具有优良的化学稳定性。实施例二一种精密铸造钛合金模壳制备方法，其特征在于步骤如下1)制备面层将粒度为320目的氮化硼粉与硅溶胶按重量比为2. 5 1配置，添加润湿剂、消泡剂，其中润湿剂占料浆的重量百分比为3%。，消泡剂占料浆的重量百分比为 3%。，在搅拌状态下加入氮化硼粉，之后依次加入润湿剂、消泡剂，搅拌10小时，配成流杯粘度为13秒的料浆；本实施例中，润湿剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚，消泡剂为异丙醇。将蜡模组浸入上述氮化硼料浆中6秒，保证料浆均勻挂在蜡模上，撒砂粒度为100目的电熔莫来石砂，温度为35 °C，湿度40 %的环境中干燥6小时，形成面层；2)制备过渡层采用320目的IO3粉与硅溶胶按重量比3. 5 1配置成流杯粘度为20秒的料浆，涂挂第2层，撒80目粒度的电熔莫来石砂，在温度为35°C，湿度40%的环境中干燥8小时；再采用320目的Al2O3粉与硅溶胶按重量比3. 5 1配置成流杯粘度为20 秒的料浆，涂挂第3层，撒80目粒度的电熔莫来石砂，在温度为35°C，湿度40%的环境中干燥8小时；形成过渡层；3)制备加固层再采用铝矾土与硅溶胶按重量比为3. 5 1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为M目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂4-6层，每层都在温度为35°C，湿度40%的环境中干燥10小时，形成加固层；最后一层涂挂铝矾土料浆，在温度为35°C，湿度40%的环境中干燥10小时；4)采用蒸汽方式脱蜡后，模壳在室温放置10小时后再进行烧结，烧结的温度在 1200°C，保温1小时，炉冷至300°C取出，所得模壳浇杯内表面、部件杆部位光洁，强度好。用实施例一和二制备的模壳铸造Ti6A14V合金，熔融金属与模壳稍有反应，合金从模壳中增氧100-120ppm Wt % ；而采用普通的Al2O3壳型，合金的进氧量达到了 600ppm Wt%。可见，本发明的模壳的性能比现有技术优异得多。申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进， 对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
权利要求
1.一种精密铸造钛合金模壳制备方法，其特征在于步骤如下1)制备面层将粒度为200-400目的氮化硼粉与硅溶胶按重量比为2 1 3 1配置成流杯粘度为10-25秒的料浆；将上述料浆涂挂在蜡模上，撒砂粒度为40-100目的电熔莫来石砂，干燥，制备面层；2)制备过渡层采用200-400目的Y2O3粉与硅溶胶按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度为10-30秒的料浆，涂挂第2层，撒40-80目粒度的电熔莫来石砂，干燥；再采用 200-400目的Al2O3粉与硅溶胶按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度为10-30秒的料浆，涂挂第3层；撒40-80目粒度的电熔莫来石砂，干燥；3)制备加固层再采用铝矾土与硅溶胶按重量比为3 1 4 1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为16-24目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂4-6层，最后涂挂一次上述制备的铝矾土料浆，干燥；4)脱蜡，烧结。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤1)，料浆制备过程中添加润湿剂、消泡剂， 其中润湿剂占料浆的重量百分比为1-5%。，消泡剂占料浆的重量百分比1-5%。，在搅拌状态下加入氮化硼粉，之后依次加入润湿剂、消泡剂，搅拌10小时以上，方可涂料；所述润湿剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚、低泡润湿分散剂RFCF-10或辛基酚聚氧乙烯醚；所述消泡剂为异丙醇、硅树脂或正戌醇。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤1)，蜡模组浸入粘度杯粘度为10-30秒的氮化硼料浆中3-8秒，保证料浆均勻挂在蜡模上，撒砂粒度为40-100目的电熔莫来石砂砂， 在温度为30-35°C，湿度30-70%的环境中干燥6小时，形成面层。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤2)中，涂挂第2层和第3层后在温度为 30-35°C，湿度30-60%的环境中干燥8小时，形成过渡层。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤3)中，第4-6层每层均在温度为30-35°C， 湿度30-60%的环境中干燥10小时，形成加固层；最后一层涂挂铝矾土料浆，在温度为 30-35°C，湿度30-60%的环境中干燥10小时。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤4)，脱蜡后形成的模壳在室温放置4-10小时后再进行烧结，烧结的温度在800-1200°C，保温1-3小时，炉冷至300°C以下即可取出。
全文摘要
本发明公开了一种精密铸造钛合金模壳制备方法，该方法包括制备面层，制备过渡层，制备加固层，脱蜡、烧结四个步骤。本发明的制壳工艺简单，壳型成本低廉，并且可有效的控制钛合金铸件与壳型面层材料的反应，降低合金的进氧量，适用于铸造钛合金铸件。
文档编号B22C9/04GK102284678SQ201110244479
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者张明 申请人:无锡华冶钢铁有限公司