[发明专利]一种用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳及制备该模壳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳及制备该模壳的方法，属于熔模精密铸造模壳的制备技术领域。

背景技术

TiAl基金属间化合物具有熔点高(1460℃)、密度低(3.9-4.2g/cm³)、高温强度优良、抗蠕变及抗氧化等优点，是850℃～1050℃温度区间内唯一候选的减重结构材料，在航空发动机领域有非常好的应用前景。TiAl基合金熔模精密铸造技术可实现任意形状零部件的近无余量甚至无余量整体成形，是制备TiAl基合金零部件的首选方法。研究表明，TiAl基合金的性能对组织非常敏感，采用定向凝固技术控制初生相的取向和片层生长方向，可获得具有最佳综合性能的合金组织。采用定向凝固精密铸造技术对TiAl基合金进行制备，不仅能控制晶粒的取向，得到具有最佳综合性能的合金组织，还可以实现叶片类复杂铸件的近净成形，对于提高发动机的性能、降低生产成本具有重要意义。然而，TiAl基合金熔体具有很高的化学活性，精密铸造或定向凝固过程中容易与型壳材料发生反应，对合金造成污染，这限制了精密铸造或定向凝固精密铸造技术在TiAl基合金中的应用。

发明内容

本发明针对TiAl基合金的高活性及精密铸造或定向凝固工艺的要求，为了消除或降低精密铸造或定向凝固过程中TiAl基合金与模壳材料间的反应，制备表面及内部无污染的TiAl基合金部件。

本发明提出一种适用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳，该模壳焙烧后的面层和临面层成分为Y₂O₃与Y₃Al₅O₁₂、Y₄Al₂O₉和YAlO₃三种钇铝氧化物中的至少一种。该模壳的使用温度为1500～1800℃，可用于TiAl基合金的精密铸造或定向凝固。

本发明采用熔模精密铸造工艺制备用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳的方法，具体步骤如下：

步骤一：配制模壳惰性层浆料

惰性层浆料由氧化钇粉、氧化铝粉、铝溶胶、分散剂、消泡剂、表面活性剂组成，其中，氧化钇粉和氧化铝粉占浆料总重量的45～85％，氧化铝粉占氧化钇粉和氧化铝粉总重量的比例不高于30％；铝溶胶占料浆总重量的14％～54％，消泡剂占料浆总重量的0.01％～1％、分散剂占料浆总重量的0.01～1％，表面活性剂占料浆总重量的0.01％～1％；并且铝溶胶、氧化钇粉、氧化铝粉、消泡剂、分散剂和表面活性剂的总量之和为100％；

步骤二：配制模壳过渡层浆料及背层浆料

过渡层浆料及背层浆料均由氧化铝粉、铝溶胶、分散剂、消泡剂和表面活性剂组成，其中，氧化铝粉占料浆总重的45～85％，铝溶胶占料浆总重的14～54％，消泡剂占料浆总重的0.01％～1％，分散剂占料浆总重量的0.01～1％，表面活性剂占料浆总重量的0.01～1％；并且氧化铝粉、铝溶胶、消泡剂、分散剂和表面活性剂的总量之和为100％；

步骤三：制备模壳惰性层

将形状为铸件形状的蜡模浸入步骤一制得的惰性层浆料中3～15s后取出，均匀撒上电熔氧化钇砂，干燥8～24h；重复上述挂浆、撒砂和干燥过程2～4次，形成模壳惰性层；

步骤四：制备模壳过渡层

将步骤三制备好的模壳惰性层浸入步骤二制得的过渡层浆料中3～20s后取出，均匀撒上电熔白刚玉砂，干燥7～20h；并重复该挂浆、撒砂和干燥过程1～3 次；

步骤五：制备模壳背层

将步骤四制备好的模壳过渡层浸入步骤二制得的背层浆料中3～20s后取出，均匀撒上电熔白刚玉砂，干燥7～15h；并重复该挂浆、撒砂和干燥过程3～7次，最后一层只挂浆不撒砂，制备完成后干燥8～36h，制得模壳预成型件；

步骤六：脱蜡

将步骤五中制得的模壳预成型件置于温度为200～500℃脱蜡炉内，脱蜡5～25 分钟，制得模壳生坯；

步骤七：焙烧

将步骤六中脱蜡后的模壳生坯放入电阻炉内进行焙烧，设定升温速率为0.2～6℃/min，焙烧温度为1000℃～1800℃，并在1000℃～1800℃条件下保温1h～6h，然后随炉冷却至室温后取出，制得用于TiAl基合金精密铸造或定向凝固的模壳。

消泡剂是正辛醇、正戊醇、有机硅树脂中的一种；分散剂是OP-10、JFC、 OP-7中的一种。