本發(fā)明涉及一種用于易氧化金屬的熔模精密鑄造型殼制備工藝方法。

背景技術(shù)：

易氧化金屬(鈦、鋯等)具有密度低、比強(qiáng)高、耐腐蝕等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于航空、航天、核能、化工和醫(yī)療等行業(yè)。易氧化金屬在熔融狀態(tài)下具有較高的活性，能與一般常用耐火材料發(fā)生不同程度的化學(xué)反應(yīng)，并且還能與o2、n2、h2及co2等氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響鑄件的質(zhì)量。因此，易氧化金屬鑄造技術(shù)對(duì)鑄型材料及鑄造設(shè)備要求較高，必須選擇合適的鑄型材料和鑄造工藝方法，保證鑄件的質(zhì)量。

目前，易氧化金屬鑄造技術(shù)主要采用機(jī)加工石墨型和陶瓷型熔模精密鑄造工藝。機(jī)加工石墨型工藝特點(diǎn)為鑄型加工相對(duì)方便簡(jiǎn)單，單件產(chǎn)品生產(chǎn)周期較短，但由于石墨鑄型表面較為粗糙，并且熱導(dǎo)率較高，導(dǎo)致澆注的鑄件表面易出現(xiàn)冷隔、流痕、微裂紋等缺陷。陶瓷型熔模精密鑄造工藝是采用氧化釔惰性陶瓷材料作為面層粉料，采用釔溶膠或醋酸鋯作為面層粘結(jié)劑，并采用熔模精密鑄造技術(shù)制備而成，其特點(diǎn)為鑄件表面質(zhì)量較高，尤其適用于復(fù)雜薄壁鑄件。但該工藝技術(shù)存在一定問(wèn)題，一方面氧化釔材料較為昂貴，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，另一方面釔溶膠粘結(jié)劑在制備過(guò)程中穩(wěn)定性較差，很容易發(fā)生膠凝，醋酸鋯粘結(jié)劑在制殼過(guò)程中膠凝速度較慢，且是可逆的，膠凝后遇水會(huì)發(fā)生“回溶”現(xiàn)象，從蠟?zāi)Ｉ厦撀?，因此型殼需要較長(zhǎng)的干燥時(shí)間，導(dǎo)致鑄型制備周期較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采用鋯酸鈣-氧化釔復(fù)合陶瓷型殼的易氧化金屬熔模精密鑄造技術(shù)。采用該方法生產(chǎn)出的鑄件尺寸精準(zhǔn)，鑄件最小壁厚≤1.0mm，表面粗糙度≤6.3μm，表面污染層≤0.03mm，表面無(wú)冷隔、流痕、微裂紋等缺陷，并且生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)周期縮短。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

(1)型殼面層制備：將耐火粉料加入到粘結(jié)劑中混勻，粉液質(zhì)量比為2︰1～4︰1，并加入0～0.05wt％潤(rùn)濕劑和0～0.05wt％消泡劑，均勻攪拌2～6小時(shí)，制備成面層涂料；把該涂料涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，撒砂采用鋯酸鈣砂，粒度控制在80～150目，干燥時(shí)間控制在6～18小時(shí)，環(huán)境溫度控制在18～26℃，濕度控制在45～65％；重復(fù)上述操作2～3次形成一定厚度的面層型殼；所述耐火粉料的組分變化范圍如下：鋯酸鈣60～90％，氧化釔10～40％；粘結(jié)劑的組分變化范圍如下：納米氧化鋁分散液50～70％，醋酸鋯50～30％；

(2)型殼加固層制備：將鋁礬土粉料加入到硅溶膠粘結(jié)劑中混勻，粉液質(zhì)量比控制在2︰1～5︰1，撒砂采用鋁礬土砂，粒度控制在20～100目，干燥時(shí)間控制在12～24小時(shí)，環(huán)境溫度控制在18～26℃，濕度控制在30～50％；重復(fù)上述操作8～10次形成一定厚度的加固層型殼；

(3)型殼脫蠟與焙燒：型殼脫蠟采用紅外脫蠟工藝，加熱溫度在220～260℃；型殼焙燒的升溫速度控制在100～150℃/h，在1000～1400℃保溫2～4小時(shí)，爐冷到100～200℃出爐備用；

(4)熔煉澆注：采用真空自耗凝殼熔煉方法，首先將易氧化金屬自耗電極放入真空自耗電極凝殼爐中，啟動(dòng)真空泵，抽至真空度≤10^-2pa后，進(jìn)行熔煉，金屬全部熔化后，采用離心澆鑄工藝向鑄型內(nèi)澆鑄合金液，離心轉(zhuǎn)速為150～400轉(zhuǎn)/分，冷卻，即得。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

步驟(1)中所述耐火粉料粒度為270～650目，納米氧化鋁分散液濃度為15％～30wt％，醋酸鋯濃度為30～45wt％；所述潤(rùn)濕劑為jfc，消泡劑為正丁醇。

步驟(2)中所述鋁礬土粉料的粒度控制在220～540目，硅溶膠濃度為30～40wt％。

步驟(3)中型殼焙燒在箱式電阻爐中進(jìn)行。

步驟(4)中真空自耗凝殼熔煉的電壓控制在38～40v，電流控制在16000～20000a。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

本發(fā)明采用鋯酸鈣和氧化釔混合作為型殼面層粉料，采用納米氧化鋁分散液和醋酸鋯作為面層粘結(jié)劑，一方面鋯酸鈣材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，極大降低了制殼成本，進(jìn)而使得易氧化金屬鑄件的生產(chǎn)成本也得到了降低。另一方面，納米氧化鋁分散液干燥速度快，穩(wěn)定性較好，極大地避免了醋酸鋯粘結(jié)劑的回溶，制殼效率得到提高，與單獨(dú)采用醋酸鋯粘結(jié)劑相比，制殼周期減少了20％。另外，該制殼工藝中，面層粉料粒度控制在270～650目，形成粒度級(jí)配，小粒子鑲嵌于大粒子的間隙中，改善了粉料的緊密堆積能力，型殼致密性提高。同時(shí)，面層漿料配置方法簡(jiǎn)單，易于涂掛，制備的型殼強(qiáng)度高，澆注的易氧化金屬鑄件污染層小，適合批量生產(chǎn)。該發(fā)明可廣泛應(yīng)用于高質(zhì)量高性能易氧化金屬精密鑄件的研制和生產(chǎn)中。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種用于易氧化金屬的熔模精密鑄造方法，以生產(chǎn)材料牌號(hào)為zta15的鈦合金泵體為例，工藝步驟如下：

(1)型殼面層制備：將耐火粉料加入到粘結(jié)劑中混勻，粉液質(zhì)量比為3︰1，并加入0.02wt％潤(rùn)濕劑jfc和0.02wt％消泡劑正丁醇，均勻攪拌6小時(shí)，制備成面層涂料；其中耐火粉料的組成為鋯酸鈣80％、氧化釔20％，粒度為270～650目，粘結(jié)劑的組成為納米氧化鋁分散液50％，醋酸鋯50％，納米氧化鋁分散液濃度為20wt％，醋酸鋯濃度為40wt％。把該涂料涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，撒砂采用鋯酸鈣砂，粒度控制在80目，干燥時(shí)間控制在12小時(shí)，環(huán)境溫度控制在26℃，濕度控制在50％。重復(fù)上述操作3次形成一定厚度的面層型殼。

(2)型殼加固層制備：將鋁礬土粉料加入到硅溶膠粘結(jié)劑中混勻，粉液質(zhì)量比控制在4︰1，其中鋁礬土粒度控制在220～540目，硅溶膠濃度為30wt％，撒砂采用鋁礬土砂，粒度控制在20～100目，干燥時(shí)間控制在24小時(shí)，環(huán)境溫度控制在26℃，濕度控制在40％。重復(fù)上述操作10次形成一定厚度的加固層型殼。

(3)型殼脫蠟與焙燒：型殼脫蠟采用紅外脫蠟工藝，加熱溫度在260℃。型殼焙燒在箱式電阻爐中進(jìn)行，升溫速度控制在100℃/h，在1000℃保溫4小時(shí)，爐冷到100℃出爐備用。

(4)熔煉澆注：采用真空自耗凝殼熔煉方法，首先將鈦合金自耗電極放入真空自耗電極凝殼爐中，啟動(dòng)真空泵，抽至真空度≤10^-2pa后，進(jìn)行熔煉，電壓控制在38v，電流控制在18000a。鈦合金全部熔化后，采用離心澆鑄工藝向鑄型內(nèi)澆鑄鈦合金液，離心轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分，冷卻，即得。

澆注出的鑄件最小壁厚≤1.0mm，表面光潔，粗糙度≤6.3μm，表面污染層≤0.01mm。

實(shí)施例2

一種用于易氧化金屬的熔模精密鑄造方法，以生產(chǎn)材料牌號(hào)為702c的鋯合金旋塞閥為例，工藝步驟如下：

(1)型殼面層制備：將耐火粉料加入到粘結(jié)劑中混勻，粉液質(zhì)量比為2︰1，并加入0.02wt％潤(rùn)濕劑jfc和0.02wt％消泡劑正丁醇，均勻攪拌6小時(shí)，制備成面層涂料；其中耐火粉料的組成為鋯酸鈣60％、氧化釔40％，粒度為270～650目，粘結(jié)劑的組成為納米氧化鋁分散液60％，醋酸鋯40％；納米氧化鋁分散液濃度為20wt％，醋酸鋯濃度為40wt％。把該涂料涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，撒砂采用鋯酸鈣砂，粒度為80目，干燥時(shí)間12小時(shí)，環(huán)境溫度控制在26℃，濕度控制在50％。重復(fù)上述操作3次形成一定厚度的面層型殼。

(2)型殼加固層制備：將鋁礬土粉料加入到硅溶膠粘結(jié)劑中混勻，粉液質(zhì)量比控制在3︰1，其中鋁礬土粒度控制在220～540目，硅溶膠濃度為30wt％，撒砂采用鋁礬土砂，粒度控制在20～100目，干燥時(shí)間控制在12小時(shí)，環(huán)境溫度控制在26℃，濕度控制在40％。重復(fù)上述操作8次形成一定厚度的加固層型殼。

(3)型殼脫蠟與焙燒：型殼脫蠟采用紅外脫蠟工藝，加熱溫度在260℃。型殼焙燒在箱式電阻爐中進(jìn)行，升溫速度控制在100℃/h，在1000℃保溫2小時(shí)，爐冷到100℃出爐備用。

(4)熔煉澆注：采用真空自耗凝殼熔煉方法，首先將鋯合金自耗電極放入真空自耗電極凝殼爐中，啟動(dòng)真空泵，抽至真空度≤10^-2pa后，進(jìn)行熔煉，電壓控制在40v，電流控制在20000a。鋯合金全部熔化后，采用離心澆鑄工藝向鑄型內(nèi)澆鑄鋯合金液，離心轉(zhuǎn)速為220轉(zhuǎn)/分，冷卻，即得。

澆注出的鑄件最小壁厚≤1.0mm，表面光潔，粗糙度≤6.3μm，表面污染層≤0.03mm。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。