[发明专利]一种钛基合金熔模铸造型壳背层的涂挂方法

说明书

一种钛基合金熔模铸造型壳背层的涂挂方法，利用了刚玉型壳的强度比莫来石型壳的强度高的特点，采用刚玉层和莫来石层复合涂挂的方法制备型壳背层。本发明解决了目前广泛应用的莫来石质型壳强度不足、与面层结合不牢固的问题，提供一种操作简单、性能良好，可适用于钛基合金熔模精密铸造的型壳背层涂挂方法。

技术领域

本发明属于钛基合金熔模铸造技术领域，具体涉及一种用于钛基合金熔模铸造型壳背层的涂挂方法。

背景技术

钛是一种性能优良、在发展国家经济和安全中具有战略意义的金属元素，被称为继钢、铝之后而崛起的“第三金属”、“太空金属”、“海洋金属”。钛及钛合金的密度小、比强度高、工作温度范围较宽，并且具有优良的抗蚀性，从20世纪50年代被开发以来，由于航空航天领域的需求，钛合金工业在60多年来有了突飞猛进的发展。

钛合金难以加工和零部件制造成本高造成其使用量受到了一定的限制，熔模铸造技术可以生产出近无余量的铸件，大幅度减少金属损耗，提高材料利用率，缩短生产周期，还可以制备一些形状复杂的零件，因此熔模铸造对于钛合金零件来说是一种经济效益显著的制造方法。氧化物面层陶瓷型壳工艺是目前国内外在钛合金熔模精铸技术中应用最广泛的一种成形工艺，其铸造生产出来的铸件强度高、光洁度好、轮廓清晰、价格相对便宜，并可浇注大型复杂薄壁铸件。

钛基合金熔点高、密度小，在熔融状态下能与几乎所有的耐火材料发生反应，对型壳性能的要求高。目前钛基合金铸造型壳广泛使用莫来石作为背层的耐火材料，但其强度不足，单独使用往往不能满足反重力铸造对型壳的要求。另外，当铸件的蜡模通过快速成形方式制备时，往往使用的是高聚物材料，其脱蜡较困难，型壳容易在脱蜡过程中开裂。因此，针对上述问题，需要寻找一种强度更高，但又不影响透气性的型壳。

在公开号为CN103639359A的发明创造中公开了一种基于复合纤维增强熔模精铸型壳的制备方法，它采用陶瓷和尼龙复合纤维强化熔模精铸型壳，不仅可以增强型壳强度，提高型壳透气性，而且解决了传统工艺制备型壳为了保证其强度而增加型壳厚度导致通气性差的问题；用于生产高熔点复杂结构整体精铸件，尼龙有机纤维在型壳焙烧后形成的微孔隙可以提高型壳透气性，而陶瓷无机纤维保留在型壳中强化型壳强度。该发明在保证型壳一定壁厚的基础上增强了型壳强度，提高了型壳透气性，从而对熔模精铸型壳的金属浇注奠定了良好的基础。

在公开号为CN105290313A的发明创造中公开了一种提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，所述方法是在精密铸造型壳制备过程中添加聚丙稀丝、石墨粉，通过高温焙烧聚丙烯丝、石墨粉得以燃烧，从而在型壳中形成孔隙，提高型壳退让性。具体地，是在精密铸造型壳制备过程的配制浆料、涂挂型壳步骤中，将聚丙烯丝缠绕于氧化物型壳表面，采用含石墨粉的背层浆料挂浆。该发明有效地提高型壳的退让性，从而有效降低铸件在凝固过程中出现冷、热裂纹的倾向。

在公开号为CN101927321A的发明创造中公开了一种反重力铸造用高透气性、高强度陶瓷型壳的制备方法，其工艺过程为：制备背层料浆，背层第一层涂料，背层第二层涂料，添加耐温碳纤维绳：在第二层背层涂料干燥20～24小时后采用规格为12K～24K/股、单丝直径6μm的耐温碳纤维绳将模组进行缠绕，耐温碳纤维绳的缠绕间距为1～3mm，背层第三层及后续背层的型壳涂料，直至涂料到第六层或第七层为止。优点在于，陶瓷型壳透气性、强度达到预期水平；应用该型壳进行的反重力铸造实验表明，有70％的TiAl合金增压器涡轮充型完整。

这些方法均是在型壳的涂挂过程中加入有机纤维、石墨等造孔材料来提高型壳的透气性，在浆料中加入耐火纤维或用其缠绕型壳来提高型壳的强度。这些方法或增加了操作难度，或会使浆料的粘度增大，导致涂层变厚。此外，刚玉质耐火材料自身结构致密，硬度高、断裂强度较高，热膨胀小且均匀，常被用作高合金钢、各种特殊耐热合金和镁合金铸件的制壳耐火材料。因此考虑可以用其来提高钛基合金熔模铸造型壳的强度。

发明内容