[发明专利]用于熔化钛合金的坩锅

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以2007年4月30日提交的序号为60/914,935的美国临时申请的优先权，所述申请全文在此通过引用结合进来。

技术领域

在此描述的实施方案一般涉及适于熔化钛合金的坩锅。更具体地，实施方案在此一般涉及适于熔化高活性钛合金比如铝化钛(titanium aluminide)的耐火坩锅。

背景技术

涡轮发动机设计人员一直在寻求具有如下改进性能的新材料：减轻发动机重量并获得更高的发动机工作温度。钛合金，更具体地是以铝化钛(TiAl)为基础的合金，具有低温力学性能(如室温延展性和韧性)和高中等温度强度和抗蠕变的非常有前途的组合。因为这些原因，TiAl基合金具有代替现有正在用于制造多种涡轮发动机部件的镍基超合金的潜力。

真空感应熔化方法是一种经常用于制作涡轮发动机部件例如螺旋桨的方法，该方法一般包括在由非传导性耐火合金氧化物制成的坩锅内加热金属，直至该坩锅内的金属物料被熔化为液态。当熔化高活性金属例如钛或钛合金时，典型采用的是利用冷壁坩锅或者石墨坩锅的真空感应熔化。这是因为由陶瓷坩锅熔化和铸造会在坩锅上产生明显的热应力，从而能够导致坩锅开裂。这种开裂会降低坩锅的寿命并导致正铸造的部件中产生夹杂。

进一步的，在熔化例如TiAl的高活性合金时会出现困难，这是因为合金中的元素在熔化所需的温度所存在的活性。如前所述，尽管大多数真空感应熔化系统采用耐火合金氧化物制作感应炉中的坩锅，但是合金例如TiAl的活性高得能够侵蚀坩锅中存在的所述耐火合金，而且污染钛合金。例如，典型地避免采用陶瓷坩锅，这是因为高活性的TiAl合金会使得坩锅破裂，并且来自氧化物的氧和耐火合金均污染钛合金。相似地，如果采用石墨坩锅，铝化钛会从坩锅中熔化大量的碳进入钛合金，由此导致污染。这种污染导致钛合金的力学性能的丢失。

另外地，尽管采用冷坩锅熔炼能够在处理如上所述的高活性合金时提供冶金上的优点，但它还是具有很多技术和经济上的局限：包括低的过热、因凝壳(skull)导致的产量损失、高耗能。这些局限会限制商业适用性。

因此，在熔化高活性合金时仍然需要比现有技术具有更低污染合金可能性和更少技术和经济局限性的陶瓷坩锅。

发明内容

本文的实施方案一般涉及用于熔化钛合金的坩锅，其包含表面涂覆物(facecoat)和背衬(backing)，所述表面涂覆物包括至少一个包含选自氧化钪、3.氧化钇、氧化铪、镧系氧化物及其组合的氧化物的表面涂覆物层(facecoat layer)，所述背衬包括至少一个背衬层(backing layer)，其中所述坩锅的背衬与表面涂覆物的厚度比为约6.5∶1到约20∶1。

本文的实施方案也一般涉及用于熔化钛合金的坩锅，其包含表面涂覆物和背衬，所述表面涂覆物包括至少一个包含选自氧化钪、氧化钇、氧化铪、镧系氧化物及其组合的氧化物的表面涂覆物层，所述背衬包括至少一个背衬层，其中所述坩锅的的总体壁厚为约6.5mm到约40mm。

本文的实施方案也一般涉及用于熔化钛合金的坩锅，其包含包括至少一个表面涂覆物层的表面涂覆物、包括至少一个背衬层的背衬、以及施加到每个表面涂覆物层和每个背衬层上的灰泥层(stucco layer)，所述表面涂覆物层包含选自氧化钪、氧化钇、氧化铪、镧系氧化物及其组合的氧化物，所述背衬层由背衬浆料制备，所述背衬浆料包括位于胶态氧化硅悬浮体中的选自氧化铝、硅酸锆、二氧化硅及其组合的耐火材料，其中每个表面涂覆物层的厚度为大约50微米到大约500微米，和其中所述坩锅的背衬与表面涂覆物的厚度比为大约6.5∶1到大约20∶1。

对于本领域技术人员来说，这些和其它特征、方面和优点会在接下来的阐述中变得明显。

附图说明

虽然说明书以具体指明并明确要求对本发明的保护的权利要求作为总结，但是相信接下来的说明结合附图使本文所述的实施方案得以更好的理解，其中相同的附图标记标识相同的要素。

图1是根据本文描述的坩锅的一个实施方案的示意性透视图；

图2是根据本文描述的成型体(form)的一个实施方案的透视图；

图3是根据本文描述的坩锅模具的一个实施方案的示意性横截面视图；

图4是图3所示坩锅模具的实施方案的横截面的一部分的示意性放大图(schematic close-up view)；

图5是根据本文描述的已经移出了所述成型体并且施加了顶涂覆物(topcoat)的坩锅模具的一个实施方案的示意性横截面视图；和