[发明专利]定向凝固铌硅基合金空心涡轮叶片陶瓷型芯制备方法

说明书

本发明公开了一种定向凝固铌硅基合金空心涡轮叶片陶瓷型芯制备方法，包括：步骤一、将氧化铪粉体、氧化钇粉体和氧化铝晶须进行混合，获得陶瓷粉料后保温；步骤二、按照80～95wt％的陶瓷粉料和5～20wt％的增塑剂，将陶瓷粉料加入到熔融后的增塑剂后搅拌2～10h，得到型芯浆料后冷却成料饼；步骤三、在110～130℃下熔化料饼，在35～45℃下预热模具，采用陶瓷压芯机压制陶瓷型芯坯体；步骤四、将陶瓷型芯坯体置于轻质氧化镁中进行排蜡和焙烧，从而得到铌硅基合金涡轮叶片定向凝固用陶瓷型芯。

技术领域

本发明涉及熔模铸造型芯技术领域，具体涉及一种定向凝固铌硅基合金空心涡轮叶片陶瓷型芯制备方法。

背景技术

提高航空发动机推重比和工作效率的主要途径是不断提高涡轮前进气口温度、减轻发动机整体重量，这对发动机材料，特别是叶片材料的承温性能提出了更高的要求，可以说航空发动机的核心热端部件-空心涡轮叶片的承温能力直接决定了发动机的性能。目前，第三代镍基单晶高温合金的使用温度极限为1150℃，通过热障涂层和气冷技术手段提高其工作温度的空间有限，因此发展具有更高承温性能的合金叶片材料是发展新型高推重比航空发动机的重要基础。铌硅(NbSi)基合金具有熔点高(≥1750℃)、密度低(≤7.2g/cm3)等优点，承温能力比镍基合金高出250℃左右，从而受到越来越广泛的关注，是用于高推重比航空发动机叶片最有潜力的备选材料。因此，新一代高推重比航空发动机用耐高温铌硅涡轮叶片的材料及其成形技术成为当前研究的热点之一。

铌硅合金空心叶片的空腔结构的形成需要使用陶瓷型芯。陶瓷型芯是形成铸件空心内腔结构的转接件，其作用是形成铸件内腔形状，并与外形模和型壳共同保证铸件壁厚的尺寸精度，铸件完成浇注后，再通过机械或化学的方法将陶瓷型芯从铸件中清除，获得具有空心结构的精密铸件。铌硅基合金定向凝固用的陶瓷型芯需要达到1900℃以上的耐火度，要求在叶片成形过程中抗高温蠕变性能优良，与合金熔体中的活性元素不发生显著的高温界面化学反应，且易于清除。目前常用的硅基、铝基等陶瓷型芯，均难以同时满足上述要求。专利 CN102815940A公开了一种用于铌硅基合金熔模铸造的氧化钙与氧化锆复合陶瓷型芯，该陶瓷型芯可承受2000℃的高温而不发生变形，具有良好的高温化学惰性，且可用沸水蒸煮方法去除型芯，但是该专利中的型芯中氧化钙的含量高达30～50wt％，而铌硅基合金叶片铸造工艺比较复杂，从含陶芯的蜡模制备到叶片的铸造时间一般需要两周以上，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易发生水化而造成型芯强度降低甚至溃散，较难应用于实际的铌硅基合金叶片的批量铸造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定向凝固铌硅基合金空心涡轮叶片陶瓷型芯制备方法，该方法制备的陶瓷型芯可以承受2000℃的高温而不变形，在定向凝固超高温度梯度下不开裂。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种定向凝固铌硅基合金空心涡轮叶片陶瓷型芯制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、将氧化铪粉体、氧化钇粉体和氧化铝晶须进行混合，获得陶瓷粉料后保温待用；

步骤二、按照80～95wt％的陶瓷粉料和5～20wt％的增塑剂，将陶瓷粉料加入到熔融后的增塑剂后搅拌2～10h，得到型芯浆料后冷却成料饼；

步骤三、在110～130℃下熔化料饼，在35～45℃下预热模具，在0.6～2.4MPa 的压力下压铸，压铸时间为10～30s，保压时间10～30s，压铸成陶瓷型芯坯体；

步骤四、将陶瓷型芯坯体置于轻质氧化镁中，在1～2h内从室温升到120℃，保温0.5～1h；2～3h内从120℃升到250℃，保温1～2h；从250℃升到1000℃，保温1～2h；从1000℃升到1450～1700℃，保温4～6h；随炉冷却至室温，得到陶瓷型芯烧结体；将陶瓷型芯烧结体用氧化钇溶胶进行浸渍后焙烧强化，从而得到铌硅基合金涡轮叶片定向凝固用陶瓷型芯。