[发明专利]一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO3型壳及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO₃型壳及其制备方法。 

背景技术

钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀，生物相容性好等一系列优异的特性，广泛应用于航空、航天、化工、医疗等各个领域。但是钛是高化学活性金属，在熔融状态下，几乎会与所有已知的耐火材料发生化学反应。这就需要钛合金铸造使用的耐火材料和粘结剂的具有非常高的化学稳定性。 

目前使用较多的钛合金精密铸造用型壳，大致可分为：石墨型壳、钨面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳等。其中，石墨型壳所浇注出来的铸件，在表面上有一层渗碳的α脆性层，厚度大约为0.2～0.3 mm，它有可能在应力作用下引发裂纹的产生与扩展。石墨型壳的热稳定性有一定的限度，当石墨与钛液接触，在达到反应激活能的条件下，有可能发生急剧的放热连锁反应，因此石墨型壳不宜浇注大型复杂钛合金铸件。另外，石墨型壳的收缩率高，是普通熔模陶瓷型壳的两倍，这影响了熔模石墨型壳钛合金精铸件的精度。钨面层陶瓷型壳制备时，钨粉作为涂料中的填料使用，钨粉的性能对型壳的品质有重大的影响，钨粉应具较高的纯度，杂质含量不能超过规定的标准，氧、碳含量的超标，将影响钛铸件的品质。钨面层熔模型壳必须采用溶剂脱蜡 ,因而对人体健康有很大的伤害，同时也污染环境。钨面层型壳在还原性气氛下焙烧，脱蜡后沉积在型壳表面上的模料灰分很难烧掉，在浇注时很容易与液钛反应，在铸件表面形成气孔。氧化物陶瓷型壳的面层和邻层涂料中主要使用了氧化锆、氧化钇、氧化钙等与钛液反应较小的氧化物，其中以氧化钇作为填料的面层涂料铸造性能较好，但氧化钇容易发生水化作用，其浆料对pH值变化十分敏感，易胶凝。另外氧化物陶瓷型壳无法避免在铸件表面形成α粘污层，α粘污层的厚度从0.02~0.2mm不等。 

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO₃型壳及其制备方法。 

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO₃型壳，由面层、次面层和背层组成，所述面层由面层填料和面层粘结剂组成，所述面层填料为锆酸钙，所述锆酸钙为小于200目的粉末颗粒，所述面层粘结剂为不与钛合金反应的粘结剂，面层填料与面层粘结剂的重量配比为3:1～5:1；所述背层或次面层由背层或次面层粘结剂以及背层或次面层填料组成。

上述面层粘结剂为胶体氧化锆、胶体氧化钇、醋酸锆、硝酸锆或钇溶胶的一种。 

上述背层或次面层粘结剂为水玻璃、硅熔胶或硅酸乙酯的一种。 

上述背层或次面层填料为莫来石粉。 

一种用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO₃型壳的制备方法，具有以下的过程和步骤： 

a 锆酸钙原料的预处理：将酸洗后的锆酸钙粉粒经球磨磨细，得到小于200目的锆酸钙颗粒；

b 面层涂料的制备：在面层粘结剂中加入经过预处理的锆酸钙，并用搅拌器不断搅拌，适量加入添加剂；添加剂由表面活性剂和消泡剂组成；面层涂料的重量配比为：65~84.5wt%锆酸钙、15~35wt%面层粘结剂、0.1~0.5wt%表面活性剂和0.1~0.5wt%消泡剂组成；使用美制4号流杯控制涂料浆的粘度在15~65s；

c背层或次面层涂料的制备：背层或次面层涂料的重量配比为：背层或次面层填料：背层或次面层粘结剂=(3.5-4.5):1；

d 型壳的制备：涂料制备好后，将蜡模浸入面层涂料中，当多余的面层涂料流淌下来，并使面层涂料均匀地涂挂在蜡模上时进行撒砂，将80~120目的锆酸钙粉末均匀地撒在涂挂了涂料蜡模上；涂料充分干燥和硬化后，再重复1-2次上述步骤；然后再涂背层或次面层涂料，组成的涂料其粘度控制在10~20s，然后再用莫来石粉撒砂；重复2-3次；然后干燥；

e 型壳的脱蜡：将干燥好的型壳使用高压蒸汽釜或微波脱蜡；

f 型壳的烧结：将已脱蜡的型壳放入焙烧炉中在空气中烧结，焙烧温度850~1350℃，烧结一小时，然后在300℃下保温2~3小时，随后随炉冷却至室温，即得型壳成品。

上述步骤b中的表面活性剂为如硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠的一种。 

上述步骤b中的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯的一种。 

与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著的进步：