[发明专利]具有保护层的合金铸件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般性涉及合金铸件(alloy casting)领域，特别涉及液体冷却的合金 铸件(liquid cooled alloy casting)及其制造方法。

背景技术

一般的，超合金铸件通过在模具中高于大约700℃的高温下在模具中浇注熔 融金属形成。典型地，模具被放入液态金属浴以冷却模具，并促进熔体的凝固。 合意的是在液态金属浴中使用这样的金属，其具有相对低的密度、低熔点(低 于700℃)和低成本。典型地被用于金属浴中的金属包括锂(186℃)，钠(98℃)， 镁(650℃)，铝(660℃)，钾(63℃)，锌(419℃)，铟(156℃)，锡(232℃)， 锑(630℃)，铯(28℃)，碲(450℃)，等等。金属如锂，钠，钾和铯具有 低的熔融温度，但它们很易燃，因此导致安全问题。另一方面，金属如锌和锑 具有低的蒸气压，由于此这些金属会蒸发从而导致铸造合金存在被污染的危险。 其他的一些金属，如汞，本质上是有毒的。铝和锡通常作为液态金属浴中的优 选金属。铝比锡的熔点高。值得注意的是，铸件和冷却剂(液态金属浴)之间 的热传递是温差的函数，因此，液态锡由于其更低的熔点，通常比液态铝更优 选用于从铸件上移除热量。

由于浇铸过程中涉及非常高的温度，模具容易产生裂纹。例如，模具和其内 部的超合金之间的热膨胀系数不匹配，可能导致模具中产生裂纹。一旦裂纹形 成，液态锡可以渗入模具并污染铸件。液态锡侵蚀铸件表面，导致铸件表面的 蚀坑。值得注意的是，蚀坑是从表面向铸件芯部延伸的缺陷。蚀坑的产生是由 于锡与超合金的组分发生反应生成锡化合物。

避免在这些铸件表面产生蚀坑的貌似合理的解决办法是制造不会开裂的模 具，从而阻止液态金属接触到铸件表面。然而，不可能制造出这样的模具。另 外，由于铸件和模具间的热膨胀不匹配，这种坚固的模具可能导致铸件开裂。

因此，需要为铸件提供抗液态金属侵蚀层(a liquid metal attack resistant layer)， 以通过减少或消除铸件上的蚀坑来改善铸件的表面光洁度。

发明内容

根据本发明技术的一个方面，提供了在合金铸件表面上设置有保护层的合金 铸件。该保护层抵抗液态金属的侵蚀，其中所述保护层包括在所述合金中存在 的元素的氧化物。

根据本发明技术的另一个方面，提供了在铸件表面上设置有连续的天然氧化 物层的镍基合金铸件(a casting of a nickel-based alloy)。该天然氧化物层抵抗液 态金属的侵蚀。

根据本发明技术的又一个方面，提供了在合金铸件表面上形成保护层的方 法。该方法包括将合金置于模具内，以及氧化所述合金中的元素以在所述铸件 的表面上形成保护层。

根据本发明技术的又一个方面，提供了在铸件上形成氧化铝层的方法。该方 法包括提供在内表面上设置有内涂层的模具，将合金置于模具内，其中所述合 金中的至少一部分铝还原了所述内涂层中的一部分成分以形成氧化铝。

根据本发明技术的又一个方面，提供了在铸件上形成氧化铝层的方法。该方 法包括提供模具，将合金置于所述模具内以形成铸件，以及在模具中提供氧化 性气氛用以氧化存在于所述合金中的至少一部分铝。

附图说明

当结合附图阅读下列具体实施方式时，将使得本发明的这些以及其他特征、 方面和优点变得更容易被理解，所述附图中相似的附图标记在全部附图中表示 相似的部件，其中：

图1是根据本发明技术的某些实施方案的具有保护层的铸件的透视图；

图2是流程图，用以举例说明根据本发明技术的某些实施方案的具有保护层 的铸件的形成方法；

图3是根据参考图2中描述的示范方法，用于形成具有保护层的合金铸件的 装置的断面侧视图；和

图4-5是流程图，用以举例说明根据本发明技术的某些实施方案，在铸件上 形成保护层的替换性方法。

具体实施方式