[发明专利]一种钛合金熔模铸造用纤维增强薄壁型壳的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金熔模铸造用型壳的制备方法。

背景技术

高温钛合金由于比强度高、耐腐蚀、耐热等良好的综合性能和结构效益高而被广泛用于航空领域，多用于制造航空发动机中要求强度高与耐热性好的重要零部件和飞机机体结构件。目前，国内外研究的高温钛合金大都是变形高温钛合金，他们一般通过铸锭、锻坯、板材的形式得到应用。目前使用的600℃及更高温度的高温钛合金多为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系，并在此基础上进行多元素的添加(如稀土)，成份更加多元化，多元素的加入使合金的流动性变差，利用熔模铸造法制备时，铸造难度更大，对熔模铸造技术的要求更高。普通工艺制备的型壳一般为7层，如果采用普通工艺制备的型壳浇注高温钛合金，易产生浇不足，憋气，气孔等缺陷。如果减少普通型壳层数，虽然型壳的透气性得到提高，但是型壳的强度会降低，浇注的过程中容易破裂，特别是在离心浇注过程中更容易破裂，导致合金熔体流出。为了提高型壳的强度，如申请号为201010272783.0的中国专利，在型壳制备过程中填加纤维材料，但是将纤维直接添加在浆料中，这将会大大提高浆料的粘度，使型壳的涂层加厚，型壳的透气性变差。纤维在浆料搅拌的过程中还容易发生团聚，分布不均匀，操作难度较大，而且制备后的型壳性能不稳定。

发明内容

本发明是要解决现有的利用纤维提高型壳强度的方法型壳的涂层厚，透气性差及操作难度大的技术问题，而提供一种钛合金熔模铸造用纤维增强薄壁型壳的制备方法。

本发明的一种钛合金熔模铸造用纤维增强薄壁型壳的制备方法按以下步骤进行：

一、耐火纤维预处理：将耐火纤维先放入乙醇中，然后放在超声波清洗器中清洗15～30分钟，然后再放入浓度为0.5～5mol/L的硫酸溶液或盐酸溶液中浸泡5～60分钟，再用水洗、干燥，完成耐火纤维的预处理；其中耐火纤维为玻璃纤维、陶瓷纤维或莫来石纤维，耐火纤维的直径为5～30μm，长度为1～15mm；

二、型壳面层制备：按耐火粉料与粘结剂的质量比为(1.8～2.8)∶1将耐火粉料加入到粘结剂中，搅拌均匀，得到面层浆料；将蜡模浸入到面层浆料中挂涂，提出后，撒砂、干燥，得到面层型壳；

三、型壳过渡层制备：将步骤一处理过的耐火纤维按质量百分含量为0.5％～5％加入到粘结剂中，搅拌均匀，得到过渡层预湿剂；按耐火粉料与粘结剂的质量比为(1.5～1.8)∶1将耐火粉料加入到粘结剂中，搅拌均匀，得到过渡层浆料；将经步骤二制备的面层型壳先浸入过渡层预湿剂中保持3～30s，然后提出型壳，放置10～60min后，再浸入过渡层浆料挂涂浆料，提出后，撒砂、干燥，得到过渡层型壳；

四、型壳背层制备：将步骤一处理过的耐火纤维按质量百分含量为0.5％～10％加入到粘结剂中，搅拌均匀，得到背层预湿剂；按耐火粉料与粘结剂的质量比为(1.2～1.6)：1将耐火粉料加入到粘结剂中，搅拌均匀，得到背层浆料；将步骤三得到的过渡层型壳先浸入背层预湿剂中保持3～30s，然后提出型壳，放置10～60min后，再浸入背层浆料中挂涂浆料，提出后，撒砂、干燥，完成一层背层的制备，重复该步骤中在背层预湿剂中浸渍、放置、在背层浆料中挂涂、撒砂和干燥操作1～3次，得到背层型壳；

五、型壳封浆层制备：将步骤一处理过的耐火纤维按质量百分含量为0.5％～10％加入到粘结剂中，搅拌均匀，得到封浆层预湿剂；按耐火粉料与粘结剂的质量比为(1～1.3)∶1将耐火粉料加入到粘结剂中，搅拌均匀，得到封浆层浆料；将经步骤四得到的背层型壳先浸入封浆层预湿剂中保持3～30s，然后提出型壳，放置10～60min后，再浸入封浆层浆料中挂涂浆料，提出后，干燥，完成型壳封浆层的制备；

六、烧结：将经步骤五制备的完成封浆层制备的型壳，脱蜡后，在温度为900～1200℃的高温炉中焙烧30～90min，得到钛合金熔模铸造用纤维增强薄壁型壳。

本发明的钛合金熔模铸造用纤维增强薄壁型壳，首先对纤维进行预处理，使纤维与浆料间的结合面更加牢固，在制备背层时，将耐火纤维加入到预湿剂中，耐火纤维易于分散，可均匀挂在型壳表面，制备时耐火纤维与背层浆料交替挂涂，利于提高型壳强度，提高型壳的透气性，可使型壳减薄，而且纤维添加预湿剂中，对浆料没有影响，挂涂操作简单易行。