[发明专利]一种电磁冷坩埚复合陶瓷铸型的定向凝固方法

说明书

本发明属于合金制备技术领域，尤其涉及一种电磁冷坩埚复合陶瓷铸型的定向凝固方法，具体步骤为：将合金母锭切割后固定于根据构件形状自制的Y₂O₃陶瓷铸型内并置于电磁冷坩埚腔体中；铸件下端浸入液态金属冷却液中；将定向凝固装置抽真空后返充氩气；利用电磁感应将合金母锭加热至熔化后在一定温度下以一定速度向下抽拉铸型，当抽拉距离达到要求时，停止抽拉和加热，降温后即得合金定向凝固构件。本发明提供的定向凝固方法在满足构件形状要求的同时，能够降低铸型与合金熔体，尤其是高活性合金熔体的反应，减少铸型造成的污染；还可以缩短过渡区长度，细化合金的柱状晶和片层结构，改善合金显微组织，显著提升合金构件的力学性能。

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，尤其涉及一种电磁冷坩埚复合陶瓷铸型的定向凝固方法。

背景技术

TiAl基合金是目前最具有发展前景的一种金属间化合物。随着航空事业的快速发展，轻质快速是航空两个重要的参数和指标。与传统的Ti合金相比，TiAl基合金具有优良的高温性能和低的密度，因而，这种合金将会有取代Ti合金的趋势和前景。TiAl基合金的出现弥补了650～850℃用高温材料的空缺，又具有较高的比强度，促进了其在航空发动机叶片中应用和发展的趋势。

类似于高温合金的定向凝固技术，如果将TiAl基合金的凝固组织相应地调整为定向排列的组织结构，可以使合金的高温使用性能得到进一步的提高和改善。同时，定向凝固技术是航空高温构件制备的必须手段。

陶瓷铸型定向凝固是最为常见的一种制备定向凝固TiAl基合金的方法。其主要原理是采用电阻等间接加热方式将铸型内的TiAl基合金加热熔化，然后通过控制热流方向进而保证试样顺序凝固，最终获得柱状晶组织。该方法优势包括可以制备复杂形状的定向凝固试样，其装置也简易，然而由于TiAl基合金熔体化学活性较高，加之定向凝固过程时间较长，会存在比较严重的合金/铸型界面反应，导致TiAl基合金中氧含量升高、合金性能下降。

发明内容

为解决合金熔体与铸型界面反应严重导致TiAl基合金中氧含量升高、合金性能下降的问题，本发明提供了一种电磁冷坩埚复合陶瓷铸型的定向凝固方法。

本发明的技术方案：

一种电磁冷坩埚复合陶瓷铸型的定向凝固方法，步骤如下：

步骤一、制备陶瓷铸型：

(1)模具制备：根据定向凝固构件形状制备内腔与定向凝固构件形状一致的铝模具，利用该模具浇注蜡模；

(2)溶胶配制：将钇溶胶与Y₂O₃细粉以一定质量比混合在一起，搅拌至成为白色均匀胶体为止；

(3)面层制备：采用机械和人工法将一层钇溶胶、一层面层Y₂O₃粉均匀涂在蜡模外表面，在一定温度和湿度下进行干燥，晾干后重复上述步骤10次；

(4)背层添加：面层稳定干燥后，采用机械和人工法将一层钇溶胶、一层背层Y₂O₃粗粉均匀涂在面层外表面，在一定温度和湿度下进行干燥，晾干并重复上述步骤5次；

(5)脱蜡：将步骤(4)所得模型置于一定温度下保温至模型壳体内蜡模全部消失；

(6)烧结：脱蜡后模型以一定的烧结工艺进行烧结，冷却后获得陶瓷铸型；

步骤二、定向凝固：

合金母锭切割后固定放置于步骤一制备的铸型内，将合金母锭和铸型放入电磁冷坩埚腔体内，铸型的下端浸入液态金属Ga-In冷却液中；将定向凝固装置抽真空后返充氩气；对电磁冷坩埚内的合金母锭进行电磁感应加热，使合金母锭熔化后保温一定时间；在一定温度下以一定的速度向下抽拉铸型，当抽拉距离达到长度要求时，停止抽拉和加热，降温后即得定向凝固合金构件。