[发明专利]一种氧化铝陶瓷型芯的脱芯装置及脱芯方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化铝陶瓷型芯，特别提供一种氧化铝陶瓷型芯的脱芯装 置及脱芯方法，适用于脱出具有复杂内腔的燃气轮机空心气冷涡轮叶片中 的氧化铝陶瓷型芯，也适用于脱出其它具有复杂内腔的高温合金空心铸件 中的氧化铝陶瓷型芯。

背景技术

航空、船舶、发电等工业的发展迫切要求不断提高燃气轮机的热效率， 提高涡轮前进口温度是提高燃气轮机热效率的重要途径，这要求涡轮叶片 的耐高温能力不断提高，通过预制陶瓷型芯生产具有复杂内通道的空心气 冷叶片成为最有效的途径。目前先进的航空发动机涡轮前进口温度已达到 1757℃，重型燃气轮机透平前进口温度也达到1600℃，在这种情况下，叶 片内腔结构变得非常复杂，相应地对陶瓷型芯的性能要求也越来越高。氧 化铝陶瓷型芯化学稳定性高、抗蠕变性能好，且具有与刚玉型壳相匹配的 热膨胀系数，特别适合于生产定向凝固和单晶条件下生长的大尺寸高温合 金空心气冷涡轮叶片。

氧化铝陶瓷型芯由于基体材料Al₂O₃化学稳定性较好，很难与酸碱腐蚀 液发生反应，因此脱芯性能较差。工业上曾经使用的氟盐脱芯法由于氟离 子的挥发对人体和环境的危害而被禁用，目前常使用碱溶液和熔融碱液脱 芯法。

美国专利(专利号：6241000B1)公开了一种使用碱溶液喷射脱芯的方 法，碱溶液为浓度45％的KOH溶液，温度100-150℃，碱溶液喷射压力可 达3MPa，利用压缩空气将铸件中的脱芯反应产物吹除，使陶瓷型芯新断面 暴漏出来，脱芯过程中周期性喷射碱溶液和压缩空气，达到快速脱芯的目 的，但此种方法对于具有蛇形弯曲内通道的叶片，脱芯效果不理想。英国 专利(专利号：6739380)公开了一种压力搅拌脱芯法，脱芯液为KOH、 NaOH、RuOH、CeOH溶液或其混合物的溶液，通过反复交替改变系统压 力，产生搅拌效果，提高脱芯效率。如采用浓度为85％的KOH溶液为脱芯 液，脱芯温度220℃-250℃，改变系统压力使其在0.1MPa-0.02MPa范围内 变化，产生搅拌效果，脱出型芯，但压力的交替变化给设备运行的稳定性 带来隐患。中国专利(申请号：101229975A)公开了一种熔融碱液脱芯方 法，使用温度为400-450℃的熔融KOH，通过交替施加正压力和负压力使 KOH渗入陶瓷型芯的内部，待陶瓷型芯整体溃散后采用沸水煮芯，重复碱 煮-水煮-碱煮的过程，直至陶瓷型芯全部溶解脱出，熔融碱液脱芯法反应温 度高，且工艺步骤较为复杂。

氧化铝陶瓷型芯的脱芯工艺复杂，脱芯周期较长，且对设备的耐温、 耐压和耐蚀性能要求较为严格，型芯脱出困难已成为制约氧化铝型芯使用 的一大瓶颈。

发明内容

针对氧化铝陶瓷型芯脱芯困难的问题，本发明提供了一种脱芯装置及 脱芯方法，使脱芯碱液在300-400℃下沸腾，在此温度下，Al₂O₃与脱芯碱 液具有较快的反应速率，且高温沸腾的碱液具有扩散快、扰动大的特点， 能渗入复杂型芯的内部将其腐蚀，及时冲刷型芯表面的反应产物，使脱芯 碱液能连续接触新的型芯断面，保证腐蚀反应的连续性，提高涡轮叶片中 氧化铝陶瓷型芯的脱芯效率。

本发明具体提供了一种氧化铝陶瓷型芯的脱芯装置，其特征在于：所 述装置包括耐压壳体5、耐腐蚀料桶6、电磁线圈10、泄压阀1、料桶进气 管2、壳体进气管8、压力传感器4以及温度传感器7，其中：

耐腐蚀料桶6可由哈氏合金C-276或蒙乃尔合金400制成，设置于耐 压壳体5内部，其下面设有电磁线圈10，用于为耐腐蚀料桶6升温；使用 时，将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件12和脱芯碱液11置于耐腐蚀料桶6内， 温度传感器7插入耐腐蚀料桶6内碱液液面以下，用于监控脱芯碱液11的 温度；

耐压壳体5可由16MnR制成，为脱芯装置的外壳承压部件，其上设有 料桶进气管2和壳体进气管8，分别为耐腐蚀料桶6内部以及耐腐蚀料桶6 与耐压壳体5之间的空间输送气体，每条进气管上均设有泄压阀1，分别为 耐压壳体5和耐腐蚀料桶6泄压。耐压壳体5上还设有两个压力传感器4， 分别用于监测耐腐蚀料桶6内以及耐腐蚀料桶6与耐压壳体5之间空间的 压力。