[发明专利]一种镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳的制备方法

说明书

本发明公开了一种镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳的制备工艺，属于陶瓷型壳制备技术领域。该工艺包括面层料浆配置、加固层料浆配制、型壳的涂挂操作、型壳的脱蜡和型壳的焙烧，其中面层料浆组成为刚玉粉、铝溶胶、润湿剂JFC和消泡剂(正辛醇)；各组分比例为：铝溶胶与刚玉粉重量比例为1：(3.5～4.25)，润湿剂和消泡剂的体积均为铝溶胶体积的0.1～0.15％。采用该方法制备的陶瓷型壳在保证型壳强度和铸件表面质量基础上，改善杂质元素硅在单晶定向凝固过程中由型壳进入合金液污染合金，进而保证铸件合金质量。

技术领域

本发明涉及陶瓷型壳制备技术领域，具体涉及一种镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳的制备方法，该方法适用于镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳制备。

背景技术

单晶定向凝固工艺经过不断改进和完善，越来越成熟，已被成功地应用于制造航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片等铸件。随着航空及燃机涡轮叶片使用温度越来越高，铸件尺寸越来越大，因此造成了定向凝固用陶瓷型壳的工作条件十分苛刻，型壳需要在1500～1600℃的高温下长时间接触合金液，这要求型壳具有很高的耐火度，很高的荷重软化温度和热化学稳定性，以保证型壳在预热、高温入炉、浇注和定向凝固过程中，具有足够的热强度和热化学稳定性，并保持原有的几何形状，保证铸件具有无余量叶片要求的尺寸精度和表面光洁度。

陶瓷型壳是由陶瓷耐火材料和粘结剂组成。高温合金单晶定向凝固用陶瓷型壳常用的耐火材料是以莫来石为主晶相的A1203-SiO2系烧结而成的耐火材料，粘结剂主要为硅溶胶和硅酸乙酯，耐火材料和粘结剂中均存在大量硅元素。单晶定向凝固过程中，合金保持液态的时间长达几十分钟到几小时，型壳材料各组分很容易与液态合金发生化学反应，因此陶瓷型壳表面层耐火材料不仅要软化点高，杂质含量低，而且材料本身的化学稳定性要好，以防止型壳表面与熔融合金发生化学反应，造成合金液被污染，尤其是陶瓷型壳中硅元素极易污染合金。因此，探索一种新的高温合金单晶定向凝固用陶瓷型壳制备工艺，在保证铸件表面质量基础上改善合金液在单晶定向凝固过程中被陶瓷型壳中硅元素污染，成为了科研生产中急需解决的问题。

发明内容

为了解决现有高温合金单晶定向凝固用陶瓷型壳存在的型壳表面与熔融合金易发生化学反应的问题，本发明的目的在于提供一种镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳的制备方法，采用该方法制备的陶瓷型壳在保证型壳强度和铸件表面质量基础上，改善杂质元素硅在单晶定向凝固过程中由型壳进入合金液污染合金，进而保证铸件合金质量。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种镍基高温合金单晶/定向凝固用陶瓷型壳的制备工艺，包括如下步骤：

(1)面层料浆配置：

面层料浆组成为：刚玉粉、铝溶胶、润湿剂JFC和消泡剂(正辛醇)；各组分比例为：铝溶胶与刚玉粉重量比例为1：(3.5～4.25)，润湿剂和消泡剂的体积均为铝溶胶体积的0.1～0.15％；(2)加固层料浆配制：

加固层料浆组成为：EC95(320目)、硅溶胶1430、润湿剂(JFC)和消泡剂(正辛醇)；各组分比例为：硅溶胶与EC95(320目)的重量比例为：1：(1.5～1.75)，润湿剂和消泡剂的体积均为硅溶胶体积的0.1％～0.15％；

(3)撒砂材料的配置：撒砂材料选择EC95砂；

(4)型壳的涂挂操作：

蜡型表面第一层和第二层涂挂面层料浆，粘度控制在35～40s，撒砂为EC95砂；第三层和第四层涂挂加固层料浆，粘度控制在12～18s，撒砂为EC95砂；第四层后面的几层涂挂加固层料浆，粘度控制在12～18s，撒砂为EC95砂；

(5)型壳的脱蜡：

将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，压力控制在0.6～0.7MPa，温度165～170℃，脱蜡时间为15～20分钟；