[发明专利]抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳及制备方法

说明书

本发明公开了一种抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳制备方法，包括：步骤一、制备陶瓷型壳的面层涂料；在搅拌状态下，将电熔刚玉粉以及六方氮化硼、煅烧高岭土和二氧化钛的复合粉体、乳胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和防腐剂加入到硅溶胶中后，继续搅拌2～12h，得到陶瓷型壳的面层涂料；步骤二、制备陶瓷型壳。本发明还公开了一种抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳。本发明可以抑制“润湿～反应”所造成的化学粘砂，减少金属熔体机械热渗透所造成的粘砂。

技术领域

本发明涉及精密铸造技术领域，具体涉及一种抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳及制备方法。

背景技术

在高温合金涡轮叶片定向凝固熔模精密铸造过程中，合金熔体与陶瓷型壳固～液两相界面的元素扩散、润湿性与合金成分、陶瓷组分、型壳表面粗糙度等密切相关。型壳面层具有多孔结构，在合金熔体浇注时的静压力作用下，熔体易渗入到型壳面层孔隙中，凝固冷却后，叶片表面生成包围砂粒的金属毛刺。同时，合金和砂粒组成的混合物也会牢固地粘附在叶片表面，形成机械粘砂。机械粘砂多发生在型壳表面受热作用强烈且致密度较低的部位，如冒口附近、铸件厚大截面、内角以及凹槽处。

镍基高温合金中的活性元素通常包括C、Hf、Cr、Al和Ti等，型壳面层则多由电熔刚玉或煅烧α～Al2O3及硅溶胶组成。合金中的活性元素与型壳的高温化学反应主要包括陶瓷氧化物的分解及陶瓷氧化物与合金熔体之间的置换反应，生成产物为金属氧化物和气体，其后果是导致叶片表面形成化学粘砂缺陷，改变了叶片表面成分，恶化了叶片表面质量，造成脱壳困难甚至叶片报废；另一方面，叶片表面严重的化学粘砂层很难通过普通的机械方法去除，使得叶片不得不以有余量的方式铸造，而通过后续机加工去掉粘砂层，不仅造成了叶片生产成本的提高和生产率的降低，而且为叶片尺寸超差和表面再结晶等缺陷的形成埋下了隐患。

综上所述，研制和开发可抑制镍基高温合金涡轮叶片定向凝固过程中表面粘砂的陶瓷型壳材料体系及型壳制备方法，依然是精密铸造技术领域中的重要研究方向之一。

发明内容

本发明的目的之一：提供一种抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳制备方法，该方法可以抑制“润湿～反应”所造成的化学粘砂，减少金属熔体机械热渗透所造成的粘砂。

本发明的目的之二：提供一种抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳。

为了达到上述目的之一，本发明采用硅溶胶为粘结剂，电熔刚玉粉体为耐火粉料，六方氮化硼、煅烧高岭土和二氧化钛的混合粉体作为面层的粘砂抑制剂，乳胶为流变改性剂，辅以润湿剂、消泡剂、分散剂和防腐剂若干，制备陶瓷型壳的面层涂料。通过在陶瓷型壳面层中添加六方氮化硼，降低合金液在型壳面层表面的润湿性；在陶瓷型壳面层中添加煅烧高岭土和氧化钛，可使型壳面层在煅烧时形成低熔点相，型壳面层更加致密，强度增加。具体技术方案如下：

一种抑制高温合金涡轮叶片表面粘砂的陶瓷型壳制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、制备陶瓷型壳的面层涂料；

在搅拌状态下，将电熔刚玉粉以及六方氮化硼、煅烧高岭土和二氧化钛的复合粉体、乳胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和防腐剂加入到硅溶胶中后，继续搅拌2～12h，从而得到陶瓷型壳的面层涂料；

所述陶瓷型壳的面层涂料中的化学组分及其质量百分含量分别为：硅溶胶，20～30wt％；电熔刚玉粉，60～75wt％；六方氮化硼、煅烧高岭土和二氧化钛的复合粉体为2～8wt％；乳胶，1.5～2.5wt％；润湿剂、消泡剂、分散剂和防腐剂的质量百分含量均为0.125wt％；

步骤二、制备陶瓷型壳；

步骤21、将清洗好并吹干的蜡模浸入到陶瓷型壳的面层涂料中，待面层涂料均匀地涂挂在蜡模上后，再将面层电熔刚玉砂撒在蜡模表面的涂料上后在室温下自然干燥；