[发明专利]一种用于易氧化金属的熔模精密铸造型壳的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于易氧化金属的熔模精密铸造方法，包括如下步骤：(1)将耐火粉料加入到粘结剂中混匀，并加入润湿剂和消泡剂，搅拌均匀制备成面层涂料；把该涂料涂挂在蜡模上，干燥后重复上述操作多次形成面层型壳；(2)将铝矾土粉料加入硅溶胶粘结剂中混匀，撒砂采用铝矾土砂，干燥后重复上述操作多次形成加固层型壳；(3)采用红外脱蜡工艺；(4)采用真空自耗凝壳熔炼方法进行熔炼，采用离心浇铸工艺进行浇注。采用该方法生产出的铸件尺寸精准，最小壁厚≤1.0mm，表面粗糙度≤6.3μm，表面污染层≤0.03mm，表面无冷隔、流痕、微裂纹等缺陷，并且生产成本降低，生产周期缩短，适合批量生产。

技术领域

本发明涉及一种用于易氧化金属的熔模精密铸造型壳制备工艺方法。

背景技术

易氧化金属(钛、锆等)具有密度低、比强高、耐腐蚀等特点，目前已广泛应用于航空、航天、核能、化工和医疗等行业。易氧化金属在熔融状态下具有较高的活性，能与一般常用耐火材料发生不同程度的化学反应，并且还能与O₂、N₂、H₂及CO₂等气体发生化学反应，影响铸件的质量。因此，易氧化金属铸造技术对铸型材料及铸造设备要求较高，必须选择合适的铸型材料和铸造工艺方法，保证铸件的质量。

目前，易氧化金属铸造技术主要采用机加工石墨型和陶瓷型熔模精密铸造工艺。机加工石墨型工艺特点为铸型加工相对方便简单，单件产品生产周期较短，但由于石墨铸型表面较为粗糙，并且热导率较高，导致浇注的铸件表面易出现冷隔、流痕、微裂纹等缺陷。陶瓷型熔模精密铸造工艺是采用氧化钇惰性陶瓷材料作为面层粉料，采用钇溶胶或醋酸锆作为面层粘结剂，并采用熔模精密铸造技术制备而成，其特点为铸件表面质量较高，尤其适用于复杂薄壁铸件。但该工艺技术存在一定问题，一方面氧化钇材料较为昂贵，导致生产成本较高，另一方面钇溶胶粘结剂在制备过程中稳定性较差，很容易发生胶凝，醋酸锆粘结剂在制壳过程中胶凝速度较慢，且是可逆的，胶凝后遇水会发生“回溶”现象，从蜡模上脱落，因此型壳需要较长的干燥时间，导致铸型制备周期较长。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种采用锆酸钙-氧化钇复合陶瓷型壳的易氧化金属熔模精密铸造技术。采用该方法生产出的铸件尺寸精准，铸件最小壁厚≤1.0mm，表面粗糙度≤6.3μm，表面污染层≤0.03mm，表面无冷隔、流痕、微裂纹等缺陷，并且生产成本降低，生产周期缩短。

本发明技术方案如下：

(1)型壳面层制备：将耐火粉料加入到粘结剂中混匀，粉液质量比为2︰1～4︰1，并加入0～0.05wt％润湿剂和0～0.05wt％消泡剂，均匀搅拌2～6小时，制备成面层涂料；把该涂料涂挂在蜡模上，撒砂采用锆酸钙砂，粒度控制在80～150目，干燥时间控制在6～18小时，环境温度控制在18～26℃，湿度控制在45～65％；重复上述操作2～3次形成一定厚度的面层型壳；所述耐火粉料的组分变化范围如下：锆酸钙60～90％，氧化钇10～40％；粘结剂的组分变化范围如下：纳米氧化铝分散液50～70％，醋酸锆50～30％；

(2)型壳加固层制备：将铝矾土粉料加入到硅溶胶粘结剂中混匀，粉液质量比控制在2︰1～5︰1，撒砂采用铝矾土砂，粒度控制在20～100目，干燥时间控制在12～24小时，环境温度控制在18～26℃，湿度控制在30～50％；重复上述操作8～10次形成一定厚度的加固层型壳；

(3)型壳脱蜡与焙烧：型壳脱蜡采用红外脱蜡工艺，加热温度在220～260℃；型壳焙烧的升温速度控制在100～150℃/h，在1000～1400℃保温2～4小时，炉冷到100～200℃出炉备用；

(4)熔炼浇注：采用真空自耗凝壳熔炼方法，首先将易氧化金属自耗电极放入真空自耗电极凝壳炉中，启动真空泵，抽至真空度≤10^-2Pa后，进行熔炼，金属全部熔化后，采用离心浇铸工艺向铸型内浇铸合金液，离心转速为150～400转/分，冷却，即得。