[发明专利]一种钛合金熔模铸造用纯钇模壳及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金熔模铸造用纯钇模壳及其制备方法，先将钇溶胶、微米级氧化钇粉、纳米级氧化钇粉、离子钇源、润湿剂和消泡剂混合制成料浆，然后利用该料浆对蜡模进行十一层制备并封浆，最后进行蒸汽脱蜡、烧结，即得。本发明解决高活性金属或含高活性金属的合金在铸造过程中与模壳的材料发生反应，造成制件表面及内部受污染的问题。本发明的纯钇模壳能用于Ti、Nb等高活性金属或含高活性金属的合金的精密铸造或定向凝固。

技术领域

本发明涉及一种钛合金熔模铸造用纯钇模壳及其制备方法。属于熔模精密铸造技术领域。

背景技术

钛合金是一种优良的结构材料，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性能，被广泛应用于航空航天、远洋运输、能源、化工、医疗卫生等行业。钛合金铸件更有其独特的优越性，特别是熔模精密铸件，形状可任意复杂，可近无余量甚至无余量整体成形。

但钛是一种极为活泼的化学元素，液钛几乎与所有造型材料均有不同程度的化学反应，这些反应可增大钛铸件的脆性，增大富氧层厚度和α脆性层厚度，而这些缺陷严重影响了钛铸件的力学性能，给钛合金的铸造带来了较大的困难。这就需要钛合金铸造用的耐火材料及粘结剂具有非常高的化学稳定性，以减弱钛液与型壳发生化学反应，降低表面污染层。因此，熔模型壳的制备工艺是钛合金精密铸造的最大难点。

目前，钛合金熔模精密铸造用粘接剂一般使用硅溶胶和锆溶胶，但这两种粘接剂或多或少都会在高温下与钛合金发生反应。氧化钇具有优良的耐热、耐腐蚀和高温稳定性能，在高温下不易与高活性金属或合金(Ti、Nb、稀土元素等)发生反应。因此，氧化钇作为模壳材料制备纯钇模壳具有很大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种钛合金熔模铸造用纯钇模壳及其制备方法，解决高活性金属或含高活性金属的合金在铸造过程中与模壳的材料发生反应，造成制件表面及内部受污染的问题。本发明的纯钇模壳能用于Ti、Nb等高活性金属或含高活性金属的合金的精密铸造或定向凝固。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种钛合金熔模铸造用纯钇模壳的制备方法，具体步骤如下：

(1)以重量份计，先将12～16份钇溶胶、80～82份微米级氧化钇粉、0.8～1.5份纳米级氧化钇粉、0.2～0.4份离子钇源、0.02～0.05份润湿剂和0.01～0.02份消泡剂加入去离子水中，去离子水补足至100份，搅拌混匀，得到料浆；

(2)然后将料浆均匀淋涂于蜡模上，接着撒上氧化钇砂并干燥完成第一层的制备，接着继续重复料浆淋涂和撒上氧化钇砂并干燥的步骤，按顺序依次完成第二层～第十一层的制备，之后将完成第十一层制备的蜡模完全浸入料浆中，充分润湿后取出，待料浆不再连续滴下时，最终干燥，得到封浆蜡模；

(3)最后将封浆蜡模进行蒸汽脱蜡，常压烧结，即得所述的纯钇模壳。

优选的，步骤(1)中，所述微米级氧化钇粉粒度分布D₉₀＝40～60μm，所述纳米级氧化钇粉粒度分布D₉₀＝60～100nm。

优选的，步骤(1)中，所述微米级氧化钇粉在使用前先进行改性活化处理，具体方法是：在微米级氧化钇粉表面均匀喷涂一层PVP(聚乙烯吡咯烷酮)或PVB(聚乙烯醇缩丁醛)的乙醇溶液，溶液的质量浓度为1～1.8％。改性活化处理可以增加微米级氧化钇粉的活性，提高其与纳米级氧化钇粉及钇离子的结合力，从而在高温焙烧时更易形成牢固的化学键，增加模壳强度。

优选的，步骤(1)中，所述离子钇源选自硝酸钇、醋酸钇、氯化钇或氟化钇中的任一种。离子钇源提供的钇离子可作为高温粘接剂，在高温下与不同粒径的氧化钇颗粒中的氧结合形成网状结构，从而提高模壳的高温强度。