[发明专利]机匣类精密铸件支板充芯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机机匣类部件的熔模精密铸造技术，具体地说是涉及一种机匣类精密铸件支板充芯材料及其制备方法。

背景技术

提高航空发动机推重比的主要途径是不断提高涡轮前进气温度、减轻发动机整体重量。随着航空发动机推重比的不断提高，对其四大关键部件，即涡轮盘、涡轮叶片、涡轮轴及机匣的承载、结构强度及轻量化要求越来越高，使得部件的结构设计日趋复杂，这些都对高温合金及其加工技术提出了更加严苛的要求。

航空发动机中的机匣类部件的作用主要是承载发动机的推力和振动载荷，其质量的好坏极大地影响着航空发动机的性能、寿命和可靠性。从世界航空发达国家发展的历程和未来趋势看，在发动机推力一定的情况下，通过机匣类部件薄壁化设计和采用整体精铸技术，使发动机本身减重并且提高可靠性，大大提升了发动机性能，也是提高推重比的有效途径之一。

从机匣类部件的结构来看，大多具有空心的支板，而支板的最薄壁厚可以达到1.5mm左右。采用熔模精密铸造技术制作机匣类部件的蜡模可由若干个与支板尺寸、结构相同的蜡模经组焊而成。将组合的蜡模进行面层和背层沾浆、淋砂，重复多次获得陶瓷型壳。但是，由于蜡模支板的内壁表面很难被型砂覆盖，因此须采用合适的陶瓷充芯材料，将空心部位完全充填。同时要求充芯材料与型壳材料具有相近的热膨胀系数、抗热冲击性和优良的高温力学性能，从而保证在脱蜡、型壳焙烧以及熔体浇注、凝固与冷却过程中，充填的陶瓷芯的尺寸与形状保持稳定。铸件浇注完毕后，首先脱除型壳，然后将陶瓷芯用机械或化学方法从支板中脱除，即获得支板具有空心结构的机匣。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种机匣类精密铸件支板充芯材料及其制备方法，以使获得的充芯材料与所述型壳材料具有相近的热膨胀系数、抗热冲击性和优良的高温力学性能，进而保证在脱蜡、型壳焙烧以及熔体浇注、凝固与冷却过程中，充填的陶瓷芯的尺寸与形状保持稳定。

为了解决上述技术问题，本发明提供的机匣类精密铸件支板充芯材料是以各种粒度的熔融石英粉为原料，与水玻璃结合剂、氟硅酸钠促凝剂混合而成，各组分配比如下：

所述的熔融石英粉是纯度大于99wt.％的熔融石英粉。

所述的水玻璃结合剂，可以是摩尔数为2-4的固体硅酸钠粉末，粒度小于100目。

所述的氟硅酸钠促凝剂，是纯度为80-99.5wt.％的工业品，粒度小于100目。

本发明提供的所述机匣类精密铸件支板充芯材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按照比例称取四种不同粒度的熔融石英粉，放入到V型混料机中；

(2)按照比例分别称取固体硅酸钠粉末和氟硅酸钠粉末，放入到装有熔融石英粉的V型混料机中；

(3)开启V型混料机，将四种不同粒度的熔融石英粉、固体硅酸钠粉末和氟硅酸钠粉末进行干混，混合时间不低于120min，得到充芯材料。

本发明提供的上述充芯材料的使用方法包括：在使用前与水混合，调制成具有流动性的浆料，然后进行机匣蜡模的支板充芯，所述浆料形成固体的型芯，从而填充了支板蜡模的空心部位。

以熔融石英为主的浆料在水玻璃结合剂与氟硅酸钠促凝剂的作用下，随着时间的推移，会逐渐形成固体的型芯，从而填充了支板蜡模的空心部位。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本发明制备陶瓷芯所用的充芯材料主要成分为不同粒度的熔融石英，而型壳背层的主要的陶瓷材料也为熔融石英，所以在型壳焙烧与熔体浇注过程中，陶瓷芯与陶瓷型壳的热膨胀系数相近，所以较好地防止了机匣斜支板大面积薄壁处的变形和厚薄不均。(2)本发明所采用的充芯材料，其固化时间可以通过调整水玻璃结合剂与氟硅酸钠促凝剂的加入比例来调整，即充芯材料的固化时间随着固化剂加入量的增加而缩短。充芯材料固化时间的可控性保证了操作者能够预留出充分的时间来完成蜡模支板充芯的过程。

具体实施方式

以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方案的描述，并不对本发明的范围有任何限制。本发明充芯材料的配比及其性能见表1和表2。

实施例1

以不同粒度的熔融石英粉为原料，将所述熔融石英粉与水玻璃结合剂和氟硅酸钠促凝剂按照比例加入到V型混料机中，混合120min以上，得到充芯材料；然后与水按照比例进行混合，得到充芯用浆料，进行蜡模支板充芯。

实施例2

实施方法按照实施例1。

实施例3