[发明专利]一种空心叶片陶瓷铸型及其脱芯方法

说明书

技术领域

本发明属于空心涡轮叶片加工制造领域，具体涉及一种空心叶片陶瓷铸型及其脱芯方法。

背景技术

高温合金空心叶片用陶瓷型芯必须具有良好的化学稳定性和高温抗蠕变性能，常用的陶瓷型芯主要有氧化硅基和氧化铝基两种。氧化铝基陶瓷型芯的化学稳定性更好，使用温度更高，最高可达1850℃，具有与氧化铝基陶瓷型壳相匹配的膨胀系数，更适于大尺寸定向叶片的生产。氧化铝难与酸碱脱芯液发生反应，因此陶瓷型芯的脱出很困难，其脱除技术是制约氧化铝基陶瓷型芯使用的一大瓶颈。

目前，国内外研究的脱芯速度的影响因素主要有孔隙率、添加剂的含量和分布、混料工艺三方面。而对于孔隙率来说，孔隙率越大脱芯性能越好，但是孔隙率增大会直接导致型芯强度的降低，强度过低就会在压蜡模阶段或者在浇铸过程中金属液的冲击下断裂。所以孔隙率不易过大，一般控制在35％～50％之间。

发明目的

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种能够在保证强度要求的前提下，有效提高脱芯速度的空心叶片陶瓷铸型及其脱芯方法。

为了实现上述目的，本发明空心叶片陶瓷铸型采用的技术方案为：

包括型壳以及固定在型壳里的叶片原型，型壳的内腔中灌注有陶瓷浆料；所述的陶瓷浆料中分布设置有若干根芯骨棒，型壳上设置有用于固定芯骨棒的芯骨棒预定位装置；所述的芯骨棒由抗腐蚀芯部以及包裹在抗腐蚀芯部外层的易腐蚀镀层组成；所述的易腐蚀镀层被腐蚀掉以后，抗腐蚀芯部与陶瓷型芯之间产生空隙，抗腐蚀芯部能够沿此空隙拔出，在陶瓷型芯中形成通孔，增加了陶瓷型芯与脱芯液的接触面积。

所述的抗腐蚀芯部由氧化铝或氧化锆制成。

所述的易腐蚀镀层由氧化硅、氧化镁或氧化钙制成。

所述的脱芯液采用浓度为30-70wt％的氢氧化钾溶液。

型壳上方开口，芯骨棒预定位装置为搭接在开口上的桥板，桥板上开有芯骨棒穿出孔。

所述的型壳以及叶片原型均通过3D打印制备而成。

所述的芯骨棒在型壳内腔中占有的体积比率为5％～10％。

本发明空心叶片陶瓷铸型脱芯方法采用的技术方案，包括以下步骤：

1)制备芯骨棒；

首先制作抗腐蚀芯部，然后在抗腐蚀芯部表面沉积易腐蚀镀层；

2)穿插芯骨棒；

在型壳上设置芯骨棒预定位装置，将芯骨棒定位安装在型壳内部；

3)制备铸型及叶片；

向具有叶片原型的型壳内腔中灌注陶瓷浆料，使得芯骨棒包覆在陶瓷浆料中；成型之后，去除外层的型壳，制备出含有陶瓷型芯的叶片铸型，经过干燥、烧结及金属浇铸后制备出含陶瓷型芯的金属叶片；

4)叶片脱芯；

使用腐蚀液对含有陶瓷型芯的叶片进行脱芯，当芯骨棒表面的易腐蚀镀层已腐蚀完毕时，将抗腐蚀芯部取出，再将叶片继续脱芯，直至陶瓷型芯脱除完毕。

所述抗腐蚀芯部直径范围为0.1mm～0.8mm，长度为10mm～30mm；所述的易腐蚀镀层的厚度范围为0.2mm～0.3mm；沉积方法采用化学气相沉积法或溶胶凝胶涂层法。

将叶片放入高压脱芯釜进行脱芯，脱芯液的温度为200-350℃，釜内压力为5MPa-25MPa，当芯骨棒表面的易腐蚀镀层已腐蚀完毕时，将抗腐蚀芯部取出，再将叶片放入高压脱芯釜继续脱芯，通过X射线检测，直至陶瓷型芯脱除完毕。

与现有技术相比，本发明铸型大大增加了空心涡轮叶片的通孔率，加快了空心涡轮叶片的脱芯速度，使得陶瓷铸型内部更易脱除。芯骨棒的易腐蚀镀层不与抗腐蚀芯部及叶片原型反应，脱芯时易腐蚀镀层能够与脱芯液快速反应，易腐蚀镀层被腐蚀掉后，抗腐蚀芯部与陶瓷型芯之间产生空隙，抗腐蚀芯部能够沿此空隙拔出，进而在型芯内部形成通透孔腔，含有通透孔的型芯进行脱芯处理时，通透孔内渗透进脱芯液，这样脱芯液与型芯能够增大接触面积，提高了反应的速度，加快反应速率，为解决空心涡轮叶片脱芯提供了一种新的方法途径。

与现有技术相比，本发明脱芯方法在陶瓷浆料中设置芯骨棒，芯骨棒外表面沉积耐高温、的易腐蚀镀层，脱芯过程中，芯骨棒外部的易腐蚀镀层被腐蚀掉后，抗腐蚀芯部与陶瓷型芯之间产生空隙，抗腐蚀芯部能够沿此空隙拔出，增加陶瓷型芯与脱芯液的接触面积，致使脱芯液渗入量增多，加快对型芯的腐蚀，从而提高空心涡轮叶片的脱芯速度。该方法能够增加陶瓷型芯的腐蚀速度，同时芯骨棒的存在能够减小铸型的蠕变变形量，在叶片浇铸过程中，增加陶瓷型芯的强度，防止形变，该方法在加速叶片脱芯速率上具有明显技术优势。