一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法及其专用设备的制作方法
【专利摘要】一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法及其专用设备，将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片置于充有碱液的反应釜中，然后将反应釜密封；在高温高压密闭环境下对反应釜进行加热；将反应釜内压力降至碱液的饱和蒸气压以下，使碱液沸腾翻滚进入空心叶片的通道，持续10～30s；恢复反应釜内压力，使碱液停止沸腾，并恢复稳定状态；将残余的碱液和脱除的陶瓷残芯从空心叶片中去除，最后利用酸中和掉空心叶片上残留的碱液，用清水清洗得可。本发明通过高温及反复升降压力使空心叶片的空腔内部已经反应的废碱液快速排出，同时碱液的周期性沸腾起到良好搅拌作用，保证了碱液与氧化铝基陶瓷型芯充分接触并使反应效率提高，明显提高氧化铝基陶瓷型芯脱除速度。
【专利说明】一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法及其专用设备
【技术领域】
[0001]本发明属于高温合金空心叶片脱除【技术领域】，涉及一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，本发明还涉及脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备。
【背景技术】
[0002]随着航空发动机性能的不断提高，发动机的涡轮前进口温度已接近甚至超过涡轮叶片材料的熔点，必须采用气冷方法对叶片进行冷却。在高温合金气冷空心叶片铸造生产过程中，普遍采用陶瓷型芯来形成其复杂内腔结构。
[0003]氧化铝基型芯具有更优异的热强性和热稳定性，特别适合于定向凝固和单晶条件下高温合金叶片的铸造。由于氧化铝基型芯的主要成分是刚玉，它在常温和加热的条件下几乎不与浓酸浓碱反应，因此很难脱除。
[0004]国内外的许多学者对陶瓷型芯脱除工艺进行了系统研究，一般采用三种方法脱除陶瓷型芯:一是将铸件浸入200?400°C的熔融氟盐中，由于氟盐溶解于水而脱出型芯，或加以辅助高压水进行冲洗以加快脱芯速度，但这只适用于空腔结构简单的铸件，对于复杂内腔结构，效果非常有限；二是将铸件浸入到温度为400?500°C的KOH或NaOH或两者混合的熔融碱液中脱芯，该介质对陶瓷型芯的腐蚀速度较快，但在实际生产中发现铸件也会受到相当程度的腐蚀，严重时铸件彻底报废。三是采用高浓度的KOH或NaOH水溶液并附加机械搅拌或者超声波进行振荡等，该类工艺对铸件表面的腐蚀性比较小，但存在脱芯时间长，效率低的问题，且设备机构复杂。如何高效率低损伤的脱除氧化铝基陶瓷型芯仍然是目前生产中亟待解决的问题之一。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，解决了现有脱除方法存在的脱除效率低的问题。
[0006]本发明的另一个目的是提供上述脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备。
[0007]本发明所采用的技术方案是，一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，具体按照以下步骤实施:
[0008]步骤1，将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片置于充有碱液的反应釜中，然后将反应釜密封；
[0009]步骤2，通过高温高压密闭环境，对反应釜进行加热，使碱液渗透到带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片的所有空隙中，并发生腐蚀反应10?30min ；
[0010]步骤3，将反应釜内压力降至碱液的饱和蒸气压以下，使碱液沸腾翻滚进入空心叶片的通道，该过程持续10?30s ；
[0011]步骤4，恢复反应釜内压力，使碱液停止沸腾，并恢复稳定状态；
[0012]步骤5，将残余的碱液和脱除的陶瓷残芯从空心叶片中去除，最后利用酸中和掉空心叶片上残留的碱液，用清水清洗得到空心叶片。[0013]本发明的特点还在于，
[0014]碱液为浓度为40%?60%的KOH、NaOH或两者的混合溶液。
[0015]步骤2中温度控制在150°C?350°C，压力控制在0.5?5MPa。
[0016]步骤5实施前，将步骤2?4重复2次以上，直至氧化铝基陶瓷型芯完全脱除为止。
[0017]步骤5中的酸为浓度为3%?5%的盐酸。
[0018]本发明所采用的另一个技术方案是，一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备，包括高压釜，高压釜内设有反应釜，反应釜与高压釜之间设有加热体，高压釜上面设有高压釜盖，热电偶穿过高压釜盖进入反应釜内，热电偶与温控仪器连接，压力表通过管道穿过冷却装置和高压釜盖与反应釜连通，压力表的管道上设有泄压阀和安全阀，反应釜内设有零件筐。
[0019]本发明的特点还在于，
[0020]高压釜盖通过紧固螺栓与高压釜连接。
[0021 ] 高压釜内侧上部设有凸台，零件筐连接在凸台上。
[0022]热电偶外设有保护套管，反应釜、高压釜盖和保护套管采用抗热腐蚀镍基高温合金材料制备而成。
[0023]本发明的有益效果是，本发明脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，通过高温及反复升降压力使空心叶片的空腔内部已经反应的废碱液快速排出，同时碱液的周期性沸腾起到良好搅拌作用，让反应产物快速扩散到碱溶液中，保证了活性碱液与氧化铝基陶瓷型芯充分接触并使反应效率提闻，明显提闻氧化招基陶瓷型芯脱除速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备的结构示意图。
[0025]图中，1.高压釜，2.高压釜盖，3.反应釜，4.零件筐，5.加热体，6.热电偶，7.温控仪器，8.压力表，9.泄压阀，10.安全阀，11.冷却装置，12.紧固螺栓，13.空心叶片，14.碱液。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0027]本发明一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，具体按照以下步骤实施:
[0028]步骤1，将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片置于充有碱液的反应釜中，然后将反应釜密封，碱液为浓度为40%?60%的KOH、NaOH或两者的混合溶液；
[0029]步骤2，通过高温高压密闭环境，温度控制在150°C?350°C，压力控制在0.5?5MPa，对反应釜进行加热，使碱液渗透到带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片的所有空隙中，并发生腐蚀反应10?30min ；
[0030]步骤3，将反应釜内压力降至碱液的饱和蒸气压以下，使碱液沸腾翻滚进入空心叶片的通道，该过程持续10?30s ；
[0031]步骤4，恢复反应釜内压力，使碱液停止沸腾，并恢复稳定状态；
[0032]步骤5，将残余的碱液和脱除的陶瓷残芯从空心芯片中去除，最后利用浓度为3%?5%的盐酸中和掉空心叶片上残留的碱液，得到空心叶片。[0033]步骤5实施前，将步骤2?4重复2次以上，直至氧化铝基陶瓷型芯完全脱除为止。
[0034]本发明脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，通过高温及反复升降压力使空心叶片的空腔内部已经反应的废碱液快速排出，同时碱液的周期性沸腾起到良好搅拌作用，让反应产物快速扩散到碱溶液中，保证了活性碱液与氧化铝基陶瓷型芯充分接触并使反应效率提闻，明显提闻氧化招基陶瓷型芯脱除速度。
[0035]本发明一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备，如图1所示，包括高压釜1，高压釜I内设有反应釜3，反应釜3与高压釜I之间设有加热体5，高压釜I上面设有高压釜盖2，高压釜盖2通过紧固螺栓12与高压釜I连接，热电偶6穿过高压釜盖2进入反应釜3内，热电偶6与温控仪器7连接，压力表8通过管道穿过冷却装置11和高压釜盖2与反应釜3连通，压力表8的管道上设有泄压阀9和安全阀10，反应釜3内设有零件筐4，高压釜I内侧上部设有凸台，零件筐4连接在凸台上。热电偶6外设有保护套管，反应釜3、高压釜盖2和保护套管采用抗热腐蚀镍基高温合金材料制备而成。
[0036]由于热电偶6不能直接与碱液14接触，需对其进行套管保护，其端部在碱液14液面以下，属于热电偶的附件。
[0037]使用时，松开紧固螺栓12，将高压釜盖2升起，待高压釜盖2完全升起后，在反应釜3内充入碱液14，碱液14的液面高度需低于反应釜3整体高度的三分之二，将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片13放置在零件筐4中，空心叶片13的最高点位于碱液平面下，盖上高压釜盖2并拧紧紧固螺栓12，关闭泄压阀9和安全阀10，开启冷却装置12，通入冷却循环水。开启控温仪器7，开启加热体5对反应釜3进行加热，利用热电偶6进行测温，当碱液温度达到150?350°C时，利用控温仪器7控制釜内碱液14温度，使之保持恒定。此时釜内压力约为0.5?5MPa，釜内压力通过压力表8监控，在此状态下保持10?30min，然后开启泄压阀9，将釜内压力降至碱液的饱和蒸气压以下。由于反应釜3内压力的减小，空心叶片13内部孔隙中的残留气体会将孔隙中已经反应完全的废碱液排出孔隙，压力的减小还会使碱液14沸腾，对碱液14起到搅拌作用。冷却装置11可以使蒸汽冷凝回流至反应釜3，避免碱液14浓度发生变化。在沸腾状态下保持10?30s后，关闭泄压阀9，使反应釜3内压力恢复到泄压前状态，碱液14停止沸腾。重复上述操作2次以上，直到氧化铝型芯被完全去除，随后停止加热，待压力降至0.2MPa以下，打开泄压阀9进行泄压至常压状态，松开紧固螺栓12，打开高压釜盖2，取出空心叶片13，然后采用浓度为3%?5%的盐酸溶液中和残留碱液，最后用清水清洗即可。
[0038]实施例1
[0039]步骤1，将浓度为45%的KOH充入反应釜内，然后将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片置于零件筐中，然后将反应釜密封；
[0040]步骤2，通过高温高压密闭环境，温度控制在300°C，压力控制在3.5MPa，对反应釜进行加热，使KOH渗透到带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片的所有空隙中，并发生腐蚀反应 IOmin ；
[0041]步骤3，将反应釜内压力降至2.0MPa，使碱液沸腾翻滚进入空心叶片的通道，该过程持续15s ；
[0042]步骤4，恢复反应釜内压力，使碱液停止沸腾，并恢复稳定状态；
[0043]将步骤2?4重复6次，直至氧化铝基陶瓷型芯完全脱除为止；[0044]步骤5，将残余的碱液和脱除的陶瓷残芯从空心芯片中去除，最后利用浓度为3%的盐酸中和掉空心叶片上残留的碱液，得到空心叶片。
[0045]实施例2
[0046]步骤1，将浓度为40%的NaOH充入反应釜内，然后将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片置于零件筐中，然后将反应釜密封；
[0047]步骤2，通过高温高压密闭环境，温度控制在200°C，压力控制在1.5MPa，对反应釜进行加热，使NaOH渗透到带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片的所有空隙中，并发生腐蚀反应 15min ；
[0048]步骤3，将反应釜内压力降至0.5MPa，使碱液沸腾翻滚进入空心叶片的通道，该过程持续20s ；
[0049]步骤4，恢复反应釜内压力，使碱液停止沸腾，并恢复稳定状态；
[0050]将步骤2?4重复12次，直至氧化铝基陶瓷型芯完全脱除为止；
[0051]步骤5，将残余的碱液和脱除的陶瓷残芯从空心芯片中去除，最后利用浓度为4%的盐酸中和掉空心叶片上残留的碱液，得到空心叶片。
[0052]实施例3
[0053]步骤1，将浓度为60%的KOH充入反应釜内，然后将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片置于零件筐中，然后将反应釜密封；
[0054]步骤2，通过高温高压密闭环境，温度控制在150°C，压力控制在0.5MPa，对反应釜进行加热，使KOH渗透到带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片的所有空隙中，并发生腐蚀反应 30min ；
[0055]步骤3，将反应釜内压力降至1.5MPa，使碱液沸腾翻滚进入空心叶片的通道，该过程持续30s ；
[0056]步骤4，恢复反应釜内压力，使碱液停止沸腾，并恢复稳定状态；
[0057]将步骤2?4重复10次，直至氧化铝基陶瓷型芯完全脱除为止；
[0058]步骤5，将残余的碱液和脱除的陶瓷残芯从空心芯片中去除，最后利用浓度为5%的盐酸中和掉空心叶片上残留的碱液，得到空心叶片。
[0059]实施例4
[0060]步骤I，将浓度为45%的KOH和NaOH的混合物充入反应釜内，然后将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片置于零件筐中，然后将反应釜密封；
[0061]步骤2，通过高温高压密闭环境，温度控制在350°C，压力控制在5MPa，对反应釜进行加热，使KOH和NaOH渗透到带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片的所有空隙中，并发生腐蚀反应IOmin ；
[0062]步骤3，将反应釜内压力降至2.0MPa，使碱液沸腾翻滚进入空心叶片的通道，该过程持续IOs ；
[0063]步骤4，恢复反应釜内压力，使碱液停止沸腾，并恢复稳定状态；
[0064]将步骤2?4重复6次，直至氧化铝基陶瓷型芯完全脱除为止；
[0065]步骤5，将残余的碱液和脱除的陶瓷残芯从空心芯片中去除，最后利用浓度为3%的盐酸中和掉空心叶片上残留的碱液，得到空心叶片。
【权利要求】
1.一种脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施: 步骤1，将带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片置于充有碱液的反应釜中，然后将反应釜密封； 步骤2，通过高温高压密闭环境，对反应釜进行加热，使碱液渗透到带有氧化铝基陶瓷型芯的空心叶片的所有空隙中，并发生腐蚀反应10?30min ； 步骤3，将反应釜内压力降至碱液的饱和蒸气压以下，使碱液沸腾翻滚进入空心叶片的通道，该过程持续10?30s; 步骤4，恢复反应釜内压力，使碱液停止沸腾，并恢复稳定状态； 步骤5，将残余的碱液和脱除的陶瓷残芯从空心叶片中去除，最后利用酸中和掉空心叶片上残留的碱液，用清水清洗得到空心叶片。
2.根据权利要求1所述的脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，其特征在于，步骤I中碱液为浓度为40%?60%的KOH、NaOH或两者的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，其特征在于，步骤2中温度控制在150。。?350°C，压力控制在0.5?5MPa。
4.根据权利要求1所述的脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，其特征在于，步骤5实施前，将步骤2?4重复2次以上，直至氧化铝基陶瓷型芯完全脱除为止。
5.根据权利要求1所述的脱除氧化铝基陶瓷型芯的方法，其特征在于，步骤5中的酸为浓度为3%?5%的盐酸。
6.根据权利要求1?5任一所述的脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备，其特征在于，包括高压釜(1)，所述高压釜(I)内设有反应釜(3)，所述反应釜(3)与高压釜(I)之间设有加热体(5)，所述高压釜(I)上面设有高压釜盖(2)，热电偶(6)穿过高压釜盖(2)进入反应釜(3 )内，所述热电偶(6 )与温控仪器(7 )连接，压力表(8 )通过管道穿过冷却装置(I I)和高压釜盖(2)与反应釜(3)连通，压力表(8)的管道上设有泄压阀(9)和安全阀(10)，所述反应釜(3)内设有零件筐(4)。
7.根据权利要求6所述的脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备，其特征在于，所述高压釜盖(2)通过紧固螺栓(12)与高压釜(I)连接。
8.根据权利要求6所述的脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备，其特征在于，所述高压釜(I)内侧上部设有凸台，所述零件筐(4 )连接在所述凸台上。
9.根据权利要求6所述的脱除氧化铝基陶瓷型芯的专用设备，其特征在于，所述热电偶(6)外设有保护套管，所述反应釜(3)、高压釜盖(2)和所述保护套管采用抗热腐蚀镍基高温合金材料制备而成。
【文档编号】B22D29/00GK103752810SQ201410007414
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】韩志宇, 曾光, 梁书锦, 陈小林, 张鹏, 张平祥 申请人:西安欧中材料科技有限公司