[发明专利]一种基于复合纤维增强熔模精铸型壳的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特种铸造的领域，尤其涉及一种基于复合纤维增强熔模精铸型壳的制备方法。

背景技术

熔模精铸作为一种材料近净成形技术，不仅能铸出形状十分复杂的零件，还可以铸造组合的、整体的铸件，常用于复杂航空、航天、汽车工业耐热构件的成形。随着技术发展，熔模精铸已可以生产更大、更精、更薄、更强的产品，但是熔模精铸型壳存在强度与透气性相互制约的关系，为了保证精铸型壳强度，往往采用增加型壳厚度，导致散热困难，晶粒粗大，而且透气性差，充型困难，必须提高金属液浇注温度，使得型壳与金属发生反应的程度加剧，大大影响了产品的表面质量，同时金属液的高温使得型壳变形严重，从而影响精铸件质量。陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，尼龙纤维也有质轻、透气、耐磨、强韧、高强力或高张力的性能。采用陶瓷和尼龙复合纤维强化精铸型壳，复合纤维在精铸型壳中形成立体网状结构，可以提高脱蜡时型壳湿强度，型壳焙烧后，尼龙有机纤维被燃烧，在型壳内部形成微孔隙，从而提高精铸型壳透气性，而陶瓷无机纤维仍将在型壳内强化型壳，复合纤维增强型壳同时保证了型壳的透气性和强度。因此本发明旨在用陶瓷与尼龙复合纤维强化精铸型壳，纤维特性必将会对精铸型壳强度和透气性产生较大影响，并最终影响精铸件质量和性能。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于复合纤维增强熔模精铸型壳的制备方法，它具有增强型壳强度和提高型壳透气性的优点。

本发明是这样来实现的，熔模精铸型壳的质量和性能（强度和透气性等）对铸件的精度和表面质量影响很大，因此制壳是熔模精铸的一个关键环节。型壳最本质的特点是具有整体的、无分型面、发气性低的、光洁的型腔表面，而选择适合的制壳材料对于获得优质的型壳是至关重要的。采用陶瓷和尼龙复合纤维作为耐火纤维，按一定的比例加入到粘结剂中，用超声振动与机械搅拌相结合的方法，将复合纤维制备的浆料放在超声振动和机械搅拌组合容器中，容器上部用带有浸入式探头的超声波设备间歇振动，使超声产生的空化作用和声流作用得到更好的发挥，增大浆料的紊乱度，容器下部用机械搅拌设备进行无极调速，使复合纤维在浆料中均匀分散，实现纤维之间的良好交织。从而该复合纤维浆料制备出强化型壳，尼龙有机纤维在型壳焙烧后形成的微空隙可以提高型壳的透气性，而陶瓷无机纤维保留在型壳中强化型壳强度。

本发明的基于复合纤维增强熔模精铸型壳的制备方法包括步骤：

步骤一，复合纤维的制备：先将直径为6~18μm、长度为2~16mm的陶瓷纤维、尼龙纤维放入乙醇中，再放入超声波清洗器中清洗10~20分钟，然后再放入浓度为0.5~10mol/L盐酸溶液中浸泡10~30分钟，再用水清洗、干燥，完成复合纤维的制备；

步骤二，面层：按耐火粉料与粘结剂的质量比2~3：1将耐火粉料加入到粘结剂中，搅拌均匀，再将步骤一制备的耐火复合纤维按质量百分含量3%~15%加入其中，用超声振动和机械搅拌相结合的方法将其搅拌均匀（其中超声波频率：20kHz~80kHz，机械搅拌速度：120r/min~180r/min），形成面层浆料；然后将蜡模浸入到面层浆料中挂涂，提出后，撒砂、干燥/硬化，得到面层型壳。

步骤三，背层：按耐火粉料与粘结剂的质量比2~3：1将耐火粉料加入到粘结剂中，搅拌均匀，再将步骤一制备的耐火复合纤维按质量百分含量5%~15%加入其中，用超声振动和机械搅拌相结合的方法将其搅拌均匀（其中超声波频率：20kHz~80kHz，机械搅拌速度：120r/min~180r/min），形成背层浆料；将步骤二得到面层型壳浸入背层浆料中挂涂，提出后，撒砂、干燥/硬化，完成一层背层的制备，重复该步骤在背层浆料中挂涂、撒砂和干燥或硬化操作若干次，得到背层型壳；

步骤四，封浆：按耐火粉料与粘结剂的质量比2~3：1将耐火粉料加入到粘结剂中，搅拌均匀，再将步骤一制备的耐火复合纤维按质量百分含量5%~15%加入其中，用超声振动和机械搅拌相结合的方法将其搅拌均匀（其中超声波频率：20kHz~80kHz，机械搅拌速度：120r/min~180r/min），形成封浆层浆料；将经步骤三得到的背层型壳浸入封浆层浆料中挂涂，提出后，干燥/硬化，完成型壳封浆层的制备；

步骤五，焙烧：将经步骤四制备的封浆层型壳，脱蜡后存放12~24h，然后放在焙烧设备为75kw的箱式电炉中焙烧，焙烧温度选为1000±30℃，焙烧1～1.5h，得到复合纤维增强的熔模精铸型壳；