[发明专利]一种液态金属冷却定向凝固叶片表面防粘锡方法

说明书

技术领域

 本发明属于高温合金技术领域，特别涉及高温合金定向凝固叶片的制备工艺。

背景技术

高性能高温合金叶片通常采用定向凝固设备制备。定向凝固是从熔体中定向地生长出晶体的一种工艺方法，定向凝固技术和单晶技术的进步对高温合金的发展起了重大的促进作用。定向凝固主要方法有发热剂法(EP)、功率降低法(PD)、高速凝固法(HRS)、液态金属冷却法(LMC)、流态床冷却法(FBQ)、区域熔化液态金属冷却法(ZMLMC)和气体冷却技术(GCC)等方法。

目前，镍基高温合金的定向凝固主要采用高速凝固法(High Rate Solidification, HRS)和液态金属冷却(Liquid Metal Cooling, LMC)方法。传统的HRS法通过移动壳型的方式来提高温度梯度。具体方式为将模壳置于水冷底盘上，并用辐射挡板将热区隔离出来，单晶生长开始后，壳型以预设速度经过辐射挡板从热区移出。而LMC技术的显著特点是利用液态金属作为冷却介质，通过热传导替代通常的热辐射方式来加速已凝固部分（即固相区）的热量转移，使凝固过程温度梯度显著提高。相对于HRS技术，LMC技术利用液态金属作为冷却介质，凝固过程温度梯度显著提高，这样可能得到缺陷更少的单晶组织，提高合金的力学性能和环境性能。另外，LMC的优势还表现在扩大凝固速率的控选范围，通过工艺的改善不仅可以对合金的组织和性能进行控制，而且节省凝固时间，简化生产过程。二十世纪八十年代，俄罗斯开始用以液态金属Al为冷却介质的LMC设备生产小尺寸的定向和单晶铸件，相对于以Al为冷却介质的LMC，以Sn为冷却介质的LMC更有优势，冷却效果更好，可以获得更高的温度梯度。该种冷却介质在国外已广泛应用于叶片的工业生产中，但该种介质也存在问题，那就是在叶片凝固过程中，由于模壳与凝固后的合金之间存在一定的微小空隙，液态金属锡在静压力和毛细管力的作用下会通过渗透到该空隙中，进而会粘接在叶片的表面。锡不但会损害叶片合金的性能，而且还会使叶片的表面质量严重下降，严重时还会使叶片报废。因此，如何防止柱状晶或单晶叶片粘锡是液态金属冷却定向凝固方法制备叶片必须解决的问题。

发明内容

发明目的：

本发明涉及一种液态金属冷却定向凝固叶片表面防粘锡方法，其目的是开发出一种简单可行的叶片定向凝固工艺方法，防止叶片表面粘锡，进而提高叶片的表面质量。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种液态金属冷却定向凝固叶片表面防粘锡方法，其特征在于：在叶片的起晶段蜡模的外周镶嵌有具有一定厚度高熔点金属片，金属片一部分露在起晶段蜡模外面，一部分插进起晶段蜡模内；蜡模涂料制壳后，脱除蜡模，金属片便镶嵌在模壳上；在叶片浇注及以后的凝固过程中，当合金液从水冷盘开始凝固到金属片位置时，已凝固的铸件部分与金属片及模壳形成可以阻挡锡液沿模壳与凝固合金形成的间隙进行渗透到金属片以上部分而使锡液与金属片以上部分铸件表面的浸润或接触造成粘锡现象的封闭结构，该结构下方为水冷盘，水冷盘上方为模壳，模壳内部为合金液，进而保证了叶片的表面质量。

金属片的材质为与叶片材质完全一致的合金或不锈钢材料；金属片的表面需进行磨光处理，表面没有氧化层及其他杂质存在；金属片在安装到起晶段蜡模前需进行清洗处理。

金属片的厚度在2-5毫米之间，金属片插入模壳的深度为3-8毫米，露出模壳的长度为2-5毫米。

起晶段蜡模的长度为10-30毫米，金属片的安装高度低于起晶段蜡模的最大长度。

进行合金浇注的过程中确保金属片不能被全部熔化，以保证合金液在金属片上激冷快速凝固而与模壳及已凝固的铸件部分形成封闭结构。

蜡模涂料制壳时，模壳面层涂料采用刚玉粉与硅溶胶材料制备，壳型材料采用锆英粉、刚玉粉或电熔莫来石粉制备。

硅溶胶为胶粒半径为8-20nm，二氧化硅含量为30%-35%。

模壳面层涂料的粉液质量比为3.2-3.5:1。

水冷盘的材质为不锈钢材质。

定向凝固叶片的材质为定向或单晶镍基高温合金。

优点及效果： 

本发明涉及一种液态金属冷却定向凝固叶片表面防粘锡方法，具有如下优点：