[发明专利]改善单晶叶片沉积物的定向凝固装置及其工艺方法

说明书

本发明公开了一种定向凝固装置，尤其是公开了一种改善单晶叶片沉积物的定向凝固装置及其工艺方法，属于单晶铸造工艺装备设计制造技术领域。提供一种能有效提高选晶质量，降低或减少微量成分沉积的改善单晶叶片沉积物的定向凝固装置及其工艺方法。所述的定向凝固装置包括水冷盘和布置在模壳底部的选晶器，所述选晶器的底部座接在水冷盘上，所述的定向凝固装置还包括气膜隔离系统，在水冷盘与选晶器之间通过所述气膜隔离系统输出的惰性气体形成一层气膜隔离层。所述的工艺方法采用先通过气膜隔离系统通入气体形成气膜隔离层，然后再进行单晶叶片的浇筑、抽拉以及冷却凝固。

技术领域

本发明涉及一种定向凝固装置，尤其是涉及一种改善单晶叶片沉积物的定向凝固装置，属于单晶铸造工艺装备设计制造技术领域。本发明还涉一种采用所述定向凝固装置生产单晶叶片的工艺方法。

背景技术

单晶涡轮叶片广泛应用于航空发动机和燃气轮机。目前，工业上采用定向凝固技术，通过选晶法制备单晶叶片。定向凝固是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，以获得具有特定取向柱状晶的技术。

选晶法是在铸件或是叶片底部加一个选晶器，然后通过定向凝固技术适当的控制固液界面的温度梯度和抽拉速率来制备单晶的方法。选晶器的关键结构包括引晶段和螺旋段，引晶段主要完成晶粒激冷形核和竞争生长，确保一定数量取向偏向角小的晶粒生长进入螺旋段。而螺旋段狭长通道的特殊结构保证最终只有一个晶粒被选择出来成为单晶。

由于选晶器底部水冷盘温度较低，定向凝固恒温和抽拉过程中炉内气氛、模壳中微量成分会沉积到水冷盘、模壳底板或者选晶器内，造成选晶失败或者最终选出的单晶组织不符合技术要求，从而叶片出现夹杂或杂晶缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效提高选晶质量，降低或减少微量成分沉积的改善单晶叶片沉积物的定向凝固装置，以及采用所述定向凝固装置生产单晶叶片的工艺方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种改善单晶叶片沉积物的定向凝固装置，包括水冷盘和布置在模壳底部的选晶器，所述选晶器的底部座接在水冷盘上，所述的定向凝固装置还包括气膜隔离系统，在水冷盘与选晶器之间通过所述气膜隔离系统输出的惰性气体形成一层气膜隔离层。

进一步的是，所述的水冷盘包括上水冷盘和下水冷盘，所述的气膜隔离系统包括设置在上水冷盘中的输气通道和喷气孔，所述喷气孔的气体输入端与输气通道连通，所述喷气孔通过其气体输出端与上水冷盘的顶面连通，所述的气膜隔离层通过输气通道输送的惰性气体在喷气孔的配合下形成。

上述方案的优选方式是，所述的喷气孔为锥形喷气孔，锥形喷气孔的大端与输气通道连通，锥形喷气孔通过其小端与上水冷盘的顶面连通。

进一步的是，在上水冷盘中设置的输气通道呈十字型布置，布置在十字型输气通道上的锥形喷气孔的数量与选晶器的数量相当，各组锥形喷气孔在上水冷盘上沿水平面均布，并与相应选晶器的中心位置对应。

上述方案的优选方式是，所述的气膜隔离系统还包括气体输送组件，在输气通道的气体输入端上设置进气连接口，气体输送组件的气体输出端通过进气连接口与输气通道连通。

进一步的是，所述的气体输送组件包括输气钢管和输气软管，所述的气膜隔离系统还包括固定安装组件，所述的定向凝固装置还包括含有减重腔的抽拉轴，输气钢管的气体输出端与进气连接口连接，输气钢管通过气体输入端在固定安装组件的配合下穿入抽拉轴的减重腔中，输气软管的气体输出端与输气钢管的气体输入端连接。

上述方案的优选方式是，在输气软管上还串接有流量阀和控制开关。