[发明专利]一种反重力铸造用高透气性、高强度陶瓷型壳的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于熔模精密铸造技术领域，特别是提供了一种反重力铸造用高透气性、高强度陶瓷型壳的制备方法。

背景技术

钛铝合金是一种轻质的新型高温材料(3.9g/cm³)，用于车用发动机增压器涡轮铸件可因部件减重而改善发动机的加速性能、提高燃烧效率。但是，钛铝合金的低密度特点不利于铸造成形，且其凝固区间较窄，熔体流动性差，因而需用采用特殊的铸造方法成形。日本大同制钢株式会社采用反重力铸造法研制出了车用钛铝合金增压器涡轮，现已成功进入商业应用(Toshimitsu Tetsui.Mater Sci Eng[J]，2002，A329～331，582)。

反重力铸造是20世纪中期发展起来的一种铸造浇注成形工艺，它是使坩埚中的金属熔体在熔体液面和型腔内压差的作用下沿升液管自下而上克服重力及其他阻力充填铸型，并在压力下获得铸件的一种铸造工艺方法。

目前，提高型壳强度的方法主要是增加陶瓷型壳的致密度或厚度。如文献(周丽红，等.提高熔模铸造型壳强度的途径[J].特种铸造及有色合金，1999(3)：12-15)通过耐火粉料的粒度分散分布和背层溶剂的模数优化形成涂料完整包覆砂粒的致密结构，增加型壳致密度从而提高了型壳强度。但是，提高陶瓷型壳致密度或厚度，则又导致透气性降低。本研究采用常规方法制备的陶瓷型壳进行反重力铸造实验时，钛铝合金增压器涡轮的充型难以完整，有10％的钛铝l合金增压器涡轮充型完整，但型壳却未发生过开裂，即型壳的强度足以满足反重力铸造要求。经测试，该型壳在1000℃时的抗弯强度为4.11MPa。

因而，有必要开发一种新的陶瓷型壳制备技术，在增加型壳透气性(1000℃不低于0.045cm³/g.min)的同时，提高其抗弯强度(1000℃不低于4.11MPa)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反重力铸造用高透气性、高强度陶瓷型壳的制备方法，实现了在增加型壳透气性(1000℃不低于0.045cm³/g.min)的同时，提高其抗弯强度(1000℃不低于4.11MPa)。

针对反重力铸造钛铝合金增压器涡轮对陶瓷型壳透气性和强度的双重要求，本发明在制备精铸用陶瓷型壳的背层工艺过程如下：

(1)制备背层料浆：在恒温恒湿(温度22±4℃，相对湿度55～75％)条件下，按硅溶胶、煤矸石粉、食用糊精按重量比例为1∶(1.2～1.3)∶(0.01～0.05)的配比称取背层原材料；

将硅溶胶倒入背层涂料桶中，转动涂料桶，然后将煤矸石粉加入到背层涂料桶(与上面的煤背层涂料桶是同一物品吗？如果是，请统一用语)中。用铲子搅动料浆，将团状物搅散，随后加入食用糊精并搅拌均匀，制成背层料浆，随后将背层料浆机械搅拌1～2小时后待用。

(2)背层第一层涂料：将模组浸入到背层料浆中进行沾浆，让模组与料浆充分润湿后取出，手持模组不断转动，控掉模组上多余料浆，随后撒30～60目煤矸石砂，将模组放置在干燥架上干燥20～24小时。

(3)背层第二层涂料：操作过程与第一层背层涂料过程完全一致。

(4)添加耐温碳纤维绳：在第二层背层涂料干燥20～24小时后采用规格为12K～24K/股、单丝直径6μm的耐温碳纤维绳将模组进行缠绕，耐温碳纤维绳的缠绕间距为1～3mm，以此来提高型壳强度。

(5)背层第三层及后续背层的型壳涂料：将缠绕耐温碳纤维绳的模组进行后续的背层涂料，涂料沾浆与控料操作过程与第一层一致，但随后撒16～30目的煤矸石砂，之后模组放置20～24小时进行干燥。后续背层涂料过程与第三层完全一致，直至涂料到第六层或第七层为止。

(6)所有背层涂料完成后进行模组的脱蜡、焙烧，制备出陶瓷型壳。

本技术将型壳涂料层数减少到6～7层，原来陶瓷型壳常规涂料层数为8层，这样的型壳制备技术能够满足反重力铸造钛铝合金增压器涡轮对陶瓷型壳的透气性和型壳强度的双重要求。