[发明专利]一种氧化钙基陶瓷型芯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化钙基型芯及其制备方法，属于钛合金精密铸造技术领域。

背景技术

合金铸件的复杂内腔主要通过使用预制的陶瓷型芯来成型，并待铸件铸成后设法脱除。其工艺流程如下：陶芯制备、含陶芯的蜡模制备、制壳、型壳脱蜡和焙烧、合金浇铸、脱芯。随着我国发展大型飞机项目和各种新型发动机研制项目的启动，钛合金精密铸件的形体和结构越来越复杂，往往带有复杂内腔，对型芯的综合性能尤其是脱芯性能提出了更高的要求。

目前，研究较为广泛的氧化铝、氧化硅基陶瓷型芯，因型芯材料不具备对熔融钛合金良好的化学反应惰性且脱芯困难不适合应用于钛合金精铸领域。氧化钙因具有对熔融钛合金良好的化学反应惰性以及优良的脱芯性能而引起了相关科研人员的关注，如公开号CN102531648A的中国发明专利申请公开了一种钛合金铸造用氧化钙基体陶瓷型芯及制备方法，其包括有下列重量百分比的成分：1.0～15%的二氧化锆、0.5～10.0%的氧化钇、0.05～0.1%的氧化钍和余量的氧化钙。该专利中氧化钙的含量为74.9～98.45wt％，由于在钛合金精密铸造工艺较为复杂，从含陶芯的蜡模制备到合金的浇注时间一般均在两周以上，型芯在使用过程中要与水基涂料相接触。上述专利制备出的型芯遇水后即发生水化反应而造成型芯的溃散，因此，上述型芯难以实际应用于钛合金精密铸造领域。公开号CN 1793033A的中国发明专利申请公开了一种钛合金精密铸造用陶瓷型芯材料，主体成分为氧化锆，其含量为60～85wt％，其中氧化钙的含量为4～20wt％。目前，型芯的脱芯工艺主要有：机械力破坏脱芯、化学腐蚀脱芯、机械力破坏与化学腐蚀相结合脱芯，对于复杂形状的型芯很难进行机械力破坏脱除只能采用化学腐蚀脱芯方法。上述型芯中氧化锆的含量较多，氧化锆又是一种稳定的化合物，不溶于酸碱溶液，因此，型芯的脱芯困难，且由于型芯中含有一定量的氧化钙，型芯同样面临着在使用过程中水化问题。

钛合金精密铸造工艺复杂、生产周期较长，在制壳等工序中型芯要与含水的涂料接触，而氧化钙陶瓷型芯吸水后会生成粉末状的氢氧化钙使型芯溃散而不能继续使用。因此，开发一种具有抗水化效果的氧化钙基陶瓷型芯是钛工业实际生产中的需要。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种钛合金精密铸造用的氧化钙基陶瓷型芯，由下述重量百分比组成的原料制备而成：增塑剂5～15wt％、余量为稀土氧化物包覆氧化钙粉体，上述组分之和为100%。上述原料中还可以包括矿化剂0.01～20wt％。

所述的矿化剂为ZrO₂、Y₂O₃中的一种或者两种以任意质量比混合组成。

所述的增塑剂由下述重量百分比组成的原料制备而成：石蜡50～80wt％、蜂蜡10～40wt％、油酸为5～10wt％。

本发明还提供一种氧化钙基陶瓷型芯的制备方法，该方法包括如下步骤：

第一步，制备稀土氧化物包覆氧化钙的粉体，具体步骤如下：

步骤一：制备氧化钙悬浮液：将非离子表面活性剂加入到无水乙醇中形成第一混合溶液，其中每10L无水乙醇中含有0.1～1kg非离子表面活性剂；将氧化钙粉加入到第一混合溶液中，搅拌制备出氧化钙悬浮液；

步骤二：制备稀土氧化物前驱体溶液：将氧氯化锆和无机钇盐以任何比例混合作为稀土氧化物前驱体，称取氧氯化锆和无机钇盐放入盛有无水乙醇的容器中加热，加入过氧化氢，搅拌制备稀土氧化物前驱体溶液；

步骤三：将稀土氧化物前驱体溶液加入到氧化钙悬浮液中，搅拌得到第二混合溶液；

步骤四：将氨水加入第二混合溶液中调整溶液的PH值至8～11得到第三混合溶液；

步骤五：烘干第三混合溶液得到烘干粉体；

步骤六：将烘干粉体进行烧结，烧结温度为500～1600℃，时间为0.5～20h。最终得到稀土氧化物包覆氧化钙的粉体。

所述的氧化钙粉，其加入量是10L无水乙醇中加入1～20kg氧化钙粉。

所述的非离子表面活性剂，它可以是聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺中的一种。

所述的无机钇盐可以为氯化钇、硝酸钇。

所述的过氧化氢，加入量为每配制10L稀土氧化物前驱体溶液加入00000.1～0.5kg过氧化氢。

所述的稀土氧化物前驱体溶液，它的摩尔质量百分比浓度为0.01～22mol/L。