[发明专利]熔模铸造用充芯材料及制备方法

说明书

熔模铸造用充芯材料及制备方法，涉及熔模铸造用充芯材料。其成分为：质量百分比纯度≥99.5％的100‑325目熔融石英粉、质量百分比纯度≥99.5％的50‑100目熔融石英粉、质量百分比纯度≥99.5％的20‑50目熔融石英粉、质量百分比纯度≥99.5％的铝酸钙、质量百分比纯度≥99.5％的氯化铵、质量百分比二氧化硅含量为29％‑31％且pH在9.7‑10.5的硅溶胶、表面活性剂和消泡剂。本发明制备的充芯材料主要成分为熔融石英，其热膨胀系数小，尺寸稳定，与大多数型壳均能很好地匹配。表面活性剂的加入增强了浆料的流动性，从而可使浆料具备较高的固体含量。

技术领域

本发明涉及金属冶炼技术领域，具体涉及熔模铸造用充芯材料。

背景技术

近净形熔模精密铸造技术是国际上制备高精度构件的主流技术。该方法通过采用优质模料、铸型材料以及对铸件成型过程中各工艺环节和工艺因素的严格控制，可获得工作面无需机械加工或只进行局部打磨的近净形铸件。熔模精密铸造的铸件尺寸精度和表面粗糙度接近抛光件，尺寸公差可达控制在公称尺寸的±0.5％以内，表面粗糙度可达到Ra3.2。它是CAD/CAM/CAE技术、材料学、冶金物理与化学、精密成型控制、表征与无损检测等多学科交叉的综合技术。因此熔模精密铸造技术具有铸造尺寸精度高、表面粗糙度低、可用于铸造形状复杂(特别是内腔复杂)薄壁件和整体件的优点。

随着铸件的结构越来越复杂，陶瓷型芯在熔模铸造中的应用越来越广泛。常用的陶瓷型芯为预制型芯，然而，这类型芯在某些条件下的使用受到限制，如航空发动机机匣类带有空心结构的大型铸件，其支板内腔虽不复杂，但较为狭长，沾浆淋砂等工序在前几层是可以顺利进行的，但随着型壳厚度的累积，内腔空间越来越狭小，制壳操作越来越难以进行，且易出现浆料堆积和砂料搭桥等情况，造成型壳的局部结构缺陷。这种情况下，支板内腔就需要使用陶瓷型芯。然而，预制型芯价格昂贵，且对于某些内腔尺寸较大且壁厚较薄的部位，蜡模无法承受住预制型芯的较大重量，极易导致蜡模变形甚至破碎。基于这种情况，可以选择将整体熔模先涂挂若干层型壳，在内腔型壳的厚度不足以造成砂料搭桥前，用灌浆成型的方法将陶瓷浆料填充至型壳空腔中，浆料在促凝剂的作用下实现固化，干燥一定时间后即可继续在干燥坯体的外部进行制壳操作，直到达到所需的型壳厚度。填充至型壳内腔的陶瓷材料即为充芯材料，充芯材料与包裹在其外的型壳组合在一起，共同发挥陶瓷型芯的作用。

灌浆成型要求充芯材料在充型前应为流动性良好的液态浆料，且具有延迟固化性。充芯材料被包裹在型壳中，浇注过程中不与金属液直接接触，因此，在材料耐火度、化学稳定性等方面的要求比预制型芯低，然而对充芯材料的湿坯强度提出了更高要求。充芯材料固化在较为封闭的型壳内腔，极难干燥，难以通过溶剂的挥发获得湿强度的提高，这就需要充芯材料具有足够的自硬化性能。如果充芯材料的湿强度不足，在蒸汽脱蜡卸压阶段蒸汽拉应力的作用下极易造成充芯材料开裂破碎。此外，充芯材料在脱蜡、焙烧、合金浇注等过程中要保证足够的尺寸稳定性。铸件浇注冷却后，充芯材料需易从铸件内部清除干净。

目前关于熔模铸造用充芯材料的相关报道很少，四川大学闵小俊等(闵小俊，李宁，何益明.精密铸造磷酸盐粘结自硬型芯的试验研究[J].特种铸造及有色合金，2005，25(7):428-430.)以磷酸二氢氨为粘结剂、氧化镁为促凝剂、高纯二氧化硅为耐火骨料，使用灌浆成型的方法制备出高低温性能优良的磷酸盐陶瓷型芯，并将其作为充芯材料在多家精铸厂获得应用。磷酸盐作为铸造粘结剂是上世纪七十年代国外发展起来的一种新型材料。磷酸盐作为粘结剂可以自硬，通过机械嵌合力、分子间力和化学键力的综合作用，使其具有良好的常温性能和高温性能，其耐火度可达1300～1600℃，并且在溃散型方面表现出有机树脂的特点，被称作无机树脂，这是作为铸造粘结剂所希望的。然而，磷酸盐充芯材料在固化过程中会释放一定的热量，这些在型壳内腔释放的热量会导致蜡模受热膨胀，进而影响蜡模和铸件的尺寸精度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种熔模铸造用充芯材料，以解决上述问题。