一种钛合金铸造用覆膜锆砂砂型的制备方法

摘要

本发明公开了一种钛合金铸造用覆膜锆砂砂型的制备方法，属于铸造技术领域。本发明首先取硅酸锆，粉碎、过筛后筛选，得两种粒径粉末混合得到的面层硅酸锆，再加入偶联剂、树脂、六亚甲基四胺水溶液等搅拌混合，干燥粉碎后再和氧化钇混合，置于砂模成型机中，烘烤、静置、风干再浸渗钇溶胶后喷涂氧化钇与钇溶胶混合液，焙烧后即得钛合金铸造用覆膜锆砂砂型。本发明以硅酸锆为原料，利用其化学性质稳定，耐高温，在其表面渗透喷涂一层氧化钇，弥补了传统熔融钛因具有很高的化学活性，铸造成形时极易与锆铸型材料发生界面反应的缺陷，具有较佳的机械性能，存在很高的生产价值。

权利要求

1.一种钛合金铸造用覆膜锆砂砂型的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）称取300 500g硅酸锆，加入粉碎机中粉碎，将粉碎后的硅酸锆粉末置于振筛机上筛~分，筛选出粒径为90 106μm与106 125μm硅酸锆，将两种粒径硅酸锆按质量比为2：3，混合均~ ~匀，得面层硅酸锆；

（2）称取200 300g上述面层硅酸锆，加热至190 200℃，保持温度30 40min，倒入混砂机~ ~ ~中以120 200r/min搅拌20 30s，加入20 30mL质量分数为10%硅烷偶联剂KH-550水溶液，降~ ~ ~温至130 135℃，加入5 8g过120目筛的热塑性酚醛树脂，持续搅拌60 100s，降温至120 125~ ~ ~ ~℃，加入2 4g硬脂酸钙，持续搅拌60 80s，降温至90 95℃，加入60 90mL质量分数为50%六亚~ ~ ~ ~甲基四胺水溶液，继续搅拌40 80s，降温至80 85℃，取出覆膜硅酸锆，平铺晾干，转入60 70~ ~ ~℃鼓风干燥箱中干燥4 5h，加入粉碎机粉碎，过100目筛，得覆膜面层硅酸锆粉末；

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（3）称取200 300g上述覆膜面层硅酸锆粉末与3 4g氧化钇混合，加入砂模成型机中，激~ ~光烧结成型，转入170 190℃烘干炉中，烘烤2 3h，得锆砂砂型，将质量分数为10%钇溶胶均~ ~匀喷洒在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入质量分数为10%钇溶胶至完全浸没砂型型腔，转入0.2 0.3MPa压力罐中，静置10 12min，取出砂型，并置于20 25℃，湿度为55 65%，背阴~ ~ ~ ~条件下，自然风干，得浸渗处理砂型；

（4）称取15 20g氧化钇，加入25 30g质量分数为10%钇溶胶中，以300 400r/min搅拌混~ ~ ~合均匀，将混合液加入喷枪中，均匀喷涂在上述浸渗处理砂型型腔表面，并置于240 250℃~焙烧炉中，焙烧3 4h，得钛合金铸造用覆膜锆砂砂型。

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说明书

一种钛合金铸造用覆膜锆砂砂型的制备方法

技术领域

[0001] 本发明公开了一种钛合金铸造用覆膜锆砂砂型的制备方法，属于铸造技术领域。

背景技术

[0002] 随着经济竞争日益全球化，新型材料在航空、军工、电子及汽车工业领域的研制及应用得到了快速发展，同时对材料性能及制造工艺提出了更高的要求和挑战。快速成形技术作为现代先进制造技术领域中备受关注的焦点，它所具备的不受零件复杂程度的制约、成形工艺简单快捷、制件尺寸精确、性能稳定及市场响应速度快等特点开辟了复杂零件和快速模具制造的新途径，具有广泛的应用前景，必将成为推动先进材料研究和铸造模具行业发展的新动力。

[0003] 传统方法制备覆膜砂型常将砂芯分成几块分别制备，然后进行组装，需要考虑装配定位和精度问题，制作周期长，加工难度大，成本高，一些复杂型腔模具的制造非常困难，往往成为制约各企业开发新产品的瓶颈。尤其在航空、航天、国防、汽车等制造行业，其基础的核心部件大多是非对称的，具有不规则自由曲面或内部含有精细结构的复杂金属零件，模具的制造难度非常大。而锆砂覆膜砂具有较高的热态抗拉强度和常温抗拉强度，在生产表面质量要求高和尺寸精度高的铸件上具有较大的优越性。锆砂的特性是耐热性高，热膨胀系数小，激冷作用强，因此，锆砂覆膜砂壳型壳芯法生产工艺比硅砂覆膜砂生产工艺具有更大的优越性，生产的铸件尺寸精度高、表面质量好、内部组织致密。但是熔融钛因具有很高的化学活，铸造成形时极易与常规铸型材料发生界面反应，导致钛铸件表面产生较厚的氧化层、黏砂、表面夹杂及气孔等一系列的铸造缺陷，限制了覆膜砂型(芯) 在钛合金铸造中的应用。

发明内容

[0004] 本发明主要解决的技术问题：针对熔融钛具有很高的化学活性，铸造成形时极易与常规铸型材料发生界面反应，导致钛铸件表面产生较厚的氧化层、黏砂、表面夹杂及气孔等一系列的铸造缺陷，提供了一种钛合金铸造用覆膜锆砂砂型的制备方法。本发明首先取硅酸锆，粉碎、过筛后筛选，得两种粒径粉末，混合两种粒径粉末得面层硅酸锆，再加入偶联剂、树脂、六亚甲基四胺水溶液等搅拌混合，干燥粉碎后再和氧化钇混合，置于砂模成型机中，烘烤、静置、风干再浸渗钇溶胶后喷涂氧化钇与钇溶胶混合液，焙烧后即得钛合金铸造用覆膜锆砂砂型。本发明以硅酸锆为原料，利用其化学性质稳定，耐高温，在其表面渗透喷涂一层氧化钇，弥补了传统熔融钛因具有很高的化学活性，铸造成形时极易与锆铸型材料发生界面反应的缺陷，具有较佳的机械性能，存在很高的生产价值。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

[0006] （1）称取300 500g硅酸锆，加入粉碎机中粉碎，将粉碎后的硅酸锆粉末置于振筛机~上筛分，筛选出粒径为90 106μm与106 125μm硅酸锆，将两种粒径硅酸锆按质量比为2：3，混~ ~
合均匀，得面层硅酸锆；

[0007] （2）称取200 300g上述面层硅酸锆，加热至190 200℃，保持温度30 40min，倒入混~ ~ ~砂机中以120 200r/min搅拌20 30s，加入20 30mL质量分数为10%硅烷偶联剂KH-550水溶~ ~ ~
液，降温至130 135℃，加入5 8g过120目筛的热塑性酚醛树脂，持续搅拌60 100s，降温至~ ~ ~
120 125℃，加入2 4g硬脂酸钙，持续搅拌60 80s，降温至90 95℃，加入60 90mL质量分数为~ ~ ~ ~ ~
50%六亚甲基四胺水溶液，继续搅拌40 80s，降温至80 85℃，取出覆膜硅酸锆，平铺晾干，转~ ~
入60 70℃鼓风干燥箱中干燥4 5h，加入粉碎机粉碎，过100目筛，得覆膜面层硅酸锆粉末；
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[0008] （3）称取200 300g上述覆膜面层硅酸锆粉末与3 4g氧化钇混合，加入砂模成型机~ ~中，激光烧结成型，转入170 190℃烘干炉中，烘烤2 3h，得锆砂砂型，将质量分数为10%钇溶~ ~
胶均匀喷洒在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入质量分数为10%钇溶胶至完全浸没砂型型腔，转入0.2 0.3MPa压力罐中，静置10 12min，取出砂型，并置于20 25℃，湿度为55 65%，~ ~ ~ ~
背阴条件下，自然风干，得浸渗处理砂型；

[0009] （4）称取15 20g氧化钇，加入25 30g质量分数为10%钇溶胶中，以300 400r/min搅~ ~ ~拌混合均匀，将混合液加入喷枪中，均匀喷涂在上述浸渗处理砂型型腔表面，并置于240~
250℃焙烧炉中，焙烧3 4h，得钛合金铸造用覆膜锆砂砂型。
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[0010] 本发明的应用方法是：取200 300g的金属熔液加入制得的钛合金铸造用覆膜锆砂~砂型中，将砂型置于平稳的平面，直至冷却到室温，制得的金属表面平整，棱角清晰，尺寸精度高，金属成型性优良，本发明制备的型砂抗压强度为160 180Kpa，抗剪强度为40 42Kpa，~ ~
抗拉强度为11 13Kpa。
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[0011] 本发明的有益效果是：

[0012] （1）本发明的砂型结构可以简化砂型制作难度，降低生产成本，提高砂型制作效率，缩短生产周期；

[0013] （2）本发明制得的钛合金铸造用覆膜锆砂砂型整体机械性能较佳，脱壳现象显著减少；

[0014] （3）本发明结构合理，设计巧妙，结实耐用，节约成本，出型快，不变形，光洁度高，对环境无污染。

具体实施方式

[0015] 首先称取300 500g硅酸锆，加入粉碎机中粉碎，将粉碎后的硅酸锆粉末置于振筛~机上筛分，筛选出粒径为90 106μm与106 125μm硅酸锆，将两种粒径硅酸锆按质量比为2：3，~ ~
混合均匀，得面层硅酸锆；称取200 300g上述面层硅酸锆，加热至190 200℃，保持温度30~ ~ ~
40min，倒入混砂机中以120 200r/min搅拌20 30s，加入20 30mL质量分数为10%硅烷偶联剂~ ~ ~
KH-550水溶液，降温至130 135℃，加入5 8g过120目筛的热塑性酚醛树脂，持续搅拌60~ ~ ~
100s，降温至120 125℃，加入2 4g硬脂酸钙，持续搅拌60 80s，降温至90 95℃，加入60~ ~ ~ ~ ~
90mL质量分数为50%六亚甲基四胺水溶液，继续搅拌40 80s，降温至80 85℃，取出覆膜硅酸~ ~
锆，平铺晾干，转入60 70℃鼓风干燥箱中干燥4 5h，加入粉碎机粉碎，过100目筛，得覆膜面~ ~
层硅酸锆粉末；称取200 300g上述覆膜面层硅酸锆粉末与3 4g氧化钇混合，加入砂模成型~ ~
机中，激光烧结成型，转入170 190℃烘干炉中，烘烤2 3h，得锆砂砂型，将质量分数为10%钇~ ~
溶胶均匀喷洒在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入质量分数为10%钇溶胶至完全浸没砂型型腔，转入0.2 0.3MPa压力罐中，静置10 12min，取出砂型，并置于20 25℃，湿度为55~ ~ ~ ~
65%，背阴条件下，自然风干，得浸渗处理砂型；称取15 20g氧化钇，加入25 30g质量分数为~ ~
10%钇溶胶中，以300 400r/min搅拌混合均匀，将混合液加入喷枪中，均匀喷涂在上述浸渗~
处理砂型型腔表面，并置于240 250℃焙烧炉中，焙烧3 4h，得钛合金铸造用覆膜锆砂砂型。
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[0016] 实例1

[0017] 首先称取300g硅酸锆，加入粉碎机中粉碎，将粉碎后的硅酸锆粉末置于振筛机上筛分，筛选出粒径为90μm与106μm硅酸锆，将两种粒径硅酸锆按质量比为2：3，混合均匀，得面层硅酸锆；称取200g上述面层硅酸锆，加热至190℃，保持温度30min，倒入混砂机中以120r/min搅拌20s，加入20mL质量分数为10%硅烷偶联剂KH-550水溶液，降温至130℃，加入
5g过120目筛的热塑性酚醛树脂，持续搅拌60s，降温至120℃，加入2g硬脂酸钙，持续搅拌
60s，降温至90℃，加入60mL质量分数为50%六亚甲基四胺水溶液，继续搅拌40s，降温至80℃，取出覆膜硅酸锆，平铺晾干，转入60℃鼓风干燥箱中干燥4h，加入粉碎机粉碎，过100目筛，得覆膜面层硅酸锆粉末；称取200g上述覆膜面层硅酸锆粉末与3g氧化钇混合，加入砂模成型机中，激光烧结成型，转入170℃烘干炉中，烘烤2h，得锆砂砂型，将质量分数为10%钇溶胶均匀喷洒在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入质量分数为10%钇溶胶至完全浸没砂型型腔，转入0.2MPa压力罐中，静置10min，取出砂型，并置于20℃，湿度为55%，背阴条件下，自然风干，得浸渗处理砂型；称取15g氧化钇，加入25g质量分数为10%钇溶胶中，以300r/min搅拌混合均匀，将混合液加入喷枪中，均匀喷涂在上述浸渗处理砂型型腔表面，并置于240℃焙烧炉中，焙烧3h，得钛合金铸造用覆膜锆砂砂型。

[0018] 本发明的应用方法是：砂型抗压强度为160Kpa，抗剪强度为40Kpa，抗拉强度为11Kpa，取200g的金属熔液加入制得的钛合金铸造用覆膜锆砂砂型中，将砂型置于平稳的平面，直至冷却到室温，制得的金属表面平整，棱角清晰，尺寸精度高，金属成型性优良。

[0019] 实例2

[0020] 首先称取400g硅酸锆，加入粉碎机中粉碎，将粉碎后的硅酸锆粉末置于振筛机上筛分，筛选出粒径为98μm与115μm硅酸锆，将两种粒径硅酸锆按质量比为2：3，混合均匀，得面层硅酸锆；称取250g上述面层硅酸锆，加热至195℃，保持温度35min，倒入混砂机中以160r/min搅拌25s，加入25mL质量分数为10%硅烷偶联剂KH-550水溶液，降温至133℃，加入
7g过120目筛的热塑性酚醛树脂，持续搅拌80s，降温至123℃，加入3g硬脂酸钙，持续搅拌
70s，降温至93℃，加入80mL质量分数为50%六亚甲基四胺水溶液，继续搅拌60s，降温至83℃，取出覆膜硅酸锆，平铺晾干，转入65℃鼓风干燥箱中干燥4.5h，加入粉碎机粉碎，过100目筛，得覆膜面层硅酸锆粉末；称取250g上述覆膜面层硅酸锆粉末与3.5g氧化钇混合，加入砂模成型机中，激光烧结成型，转入180℃烘干炉中，烘烤2.5h，得锆砂砂型，将质量分数为
10%钇溶胶均匀喷洒在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入质量分数为10%钇溶胶至完全浸没砂型型腔，转入0.25MPa压力罐中，静置11min，取出砂型，并置于23℃，湿度为60%，背阴条件下，自然风干，得浸渗处理砂型；称取17g氧化钇，加入27g质量分数为10%钇溶胶中，以
350r/min搅拌混合均匀，将混合液加入喷枪中，均匀喷涂在上述浸渗处理砂型型腔表面，并置于245℃焙烧炉中，焙烧3.5h，得钛合金铸造用覆膜锆砂砂型。

[0021] 本发明的应用方法是：砂型抗压强度为170Kpa，抗剪强度为41Kpa，抗拉强度为12Kpa，取250g的金属熔液加入制得的钛合金铸造用覆膜锆砂砂型中，将砂型置于平稳的平面，直至冷却到室温，制得的金属表面平整，棱角清晰，尺寸精度高，金属成型性优良。

[0022] 实例3

[0023] 首先称取500g硅酸锆，加入粉碎机中粉碎，将粉碎后的硅酸锆粉末置于振筛机上筛分，筛选出粒径为106μm与125μm硅酸锆，将两种粒径硅酸锆按质量比为2：3，混合均匀，得面层硅酸锆；称取300g上述面层硅酸锆，加热至200℃，保持温度40min，倒入混砂机中以200r/min搅拌30s，加入30mL质量分数为10%硅烷偶联剂KH-550水溶液，降温至135℃，加入
8g过120目筛的热塑性酚醛树脂，持续搅拌100s，降温至125℃，加入4g硬脂酸钙，持续搅拌
80s，降温至95℃，加入90mL质量分数为50%六亚甲基四胺水溶液，继续搅拌80s，降温至85℃，取出覆膜硅酸锆，平铺晾干，转入70℃鼓风干燥箱中干燥5h，加入粉碎机粉碎，过100目筛，得覆膜面层硅酸锆粉末；称取300g上述覆膜面层硅酸锆粉末与4g氧化钇混合，加入砂模成型机中，激光烧结成型，转入190℃烘干炉中，烘烤3h，得锆砂砂型，将质量分数为10%钇溶胶均匀喷洒在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入质量分数为10%钇溶胶至完全浸没砂型型腔，转入0.3MPa压力罐中，静置12min，取出砂型，并置于25℃，湿度为65%，背阴条件下，自然风干，得浸渗处理砂型；称取20g氧化钇，加入30g质量分数为10%钇溶胶中，以400r/min搅拌混合均匀，将混合液加入喷枪中，均匀喷涂在上述浸渗处理砂型型腔表面，并置于250℃焙烧炉中，焙烧4h，得钛合金铸造用覆膜锆砂砂型。

[0024] 本发明的应用方法是：砂型抗压强度为180Kpa，抗剪强度为42Kpa，抗拉强度为13Kpa，取300g的金属熔液加入制得的钛合金铸造用覆膜锆砂砂型中，将砂型置于平稳的平面，直至冷却到室温，制得的金属表面平整，棱角清晰，尺寸精度高，金属成型性优良。