[发明专利]一种制备薄壁高强度熔模铸造模壳的方法

说明书

本发明属于高温合金熔模精密铸造应用技术领域，具体公开了一种制备薄壁高强度熔模铸造模壳的方法，包括模壳制作和碳纤维包覆等。本发明的一种制备薄壁高强度熔模铸造模壳的方法的有益效果在于：1、采用碳纤维的包覆，与传统的硅溶胶模壳相比，在保证模壳热强度的前提下，减少了模壳层数，从而降低了模壳的整体厚度，提高了模壳的导热能力，有利于温度梯度的提高；2、传统硅溶胶模壳的导热能力受模壳材料，孔隙率的制约，在获得足够热强度时，很难达到理想状态(λ₁0.56W/(m·K))，而所采用的碳纤维布包覆，为模壳的减薄创造了条件，在不降低模壳强度的基础上以明显降低模壳厚度，并明显减少模壳的导热热阻。

技术领域

本发明属于高温合金熔模精密铸造应用技术领域，特别是单晶涡轮叶片的制造工艺问题，具体涉及一种制备薄壁高强度熔模铸造模壳的方法，通过碳纤维增强，减少模壳的层数，制备出导热率更高的薄壁高强度模壳。

背景技术

高温合金的熔模精密铸造和定向凝固，是制造航空发动机和燃气轮机单晶(或定向结晶)涡轮叶片的关键技术之一。目前这种叶片的生产都是在Bridgman真空定向凝固炉中进行的，为此陶瓷模壳需要先在炉体上部的热区内预热到高于合金的熔点温度，再浇入通过感应熔化的高温合金液。随后模壳以预定的速度缓慢下降，穿过隔热挡板进入炉体下部的冷区，整个叶片铸件由下至上逐渐冷却并凝固，得到定向结晶组织。若在壳型下部的设置螺旋选晶器，可使仅有一个晶粒能通过并扩展到整个铸件，从而得到单晶叶片。

为了制造大尺寸的定向结晶或单晶叶片，必须加大陶瓷壳的厚度，以保证在浇注和长时间的定向凝固期间能维持足够的强度，然而模壳厚度的增加，使得铸件的散热冷却变得极为困难，易产生铸造缺陷和生产率低下等问题。为了提高铸件的冷却速度，尤其是凝固界面的温度梯度，人们尝试了运用液体金属冷却(LMC)和气体冷却(GC)的办法，这两种方法虽然有一定效果，但只能强化模壳表面的散热能力，并不能解决厚模壳本身的巨大导热热阻问题。

基于上述问题，本发明提供一种制备薄壁高强度熔模铸造模壳的方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种制备薄壁高强度熔模铸造模壳的方法，通过高强度的碳纤维增强，减少陶瓷模壳的层数，从而减小模壳壁厚，同时保证模壳具有更高的强度，由于壁厚的减少，模壳的导热热阻更小，不仅能提高单晶制备过程中已凝固部分的散热速度，而且能增加凝固区域的过冷度，从而大大减少了杂晶等缺陷的形成。

技术方案：本发明提供的一种制备薄壁高强度熔模铸造模壳的方法，包括模壳制作和碳纤维包覆；所述模壳制作，包含以下步骤，步骤1、挂浆，将蜡模浸入浆桶内数秒，取出，用压缩空气轻轻吹拂，以除去气泡并使浆料涂挂均匀，步骤2、淋砂，挂浆后即进行淋砂，反复转动蜡模，使砂均匀分布，下次挂浆前，吹尽浮砂，步骤3、重复以上操作，直到预定层数，步骤4、封浆，将蜡模浸入浆桶内，充分浸润，取出，干燥；所述碳纤维包覆，制壳完成后，首先进行脱蜡焙烧，冷却至室温，随后在外层涂刷浆料，然后将碳纤维置于浆桶内浸湿，取出后将碳纤维与模壳缠绕贴合，挤出空气，最后进行干燥。

本技术方案的，所述模壳制作中层数为1-15层，砂子粒度为0.1-1mm，浆料粘度为5-25s，干燥温度为25±5℃，湿度为40-80％，干燥时间为4-10h，风速为≤9m·s^-1。

本技术方案的，所述碳纤维包覆中干燥温度为25±5℃，湿度为≤50％，干燥时间为20-50h，风速为≤2-8m·s^-1。

本技术方案的，所述述碳纤维包覆采用微晶石墨材料制得的碳纤维布，导热系数λ₂≥100，抗拉强度≥3500Mpa。

本技术方案的，所述制作的模壳层数为两层，且厚度为5-7mm，外层为碳纤维包覆。