專利名稱：使用接觸層的失蠟鑄造法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用稱為失蠟鑄造的技術(shù)制造部件，例如具有復(fù)雜幾何形狀的金屬葉片和護(hù)罩。
背景技術(shù)：
在采用失蠟鑄造技術(shù)制造渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片和護(hù)罩，例如轉(zhuǎn)子或定子部件或結(jié)構(gòu)部件時(shí)，先使用蠟或者類似的在后道工序中容易處置的材料制得母模。如有必要，可將多個(gè)母模聚集成一組。將該母模在第一造型涂料中驟冷形成與該母模表面接觸的第一層材料，在該母模周圍制得陶瓷模具。為了更容易與隨后各層粘結(jié)，對(duì)該第一層的表面進(jìn)行噴砂增強(qiáng)，隨后將其整體進(jìn)行干燥(包括施加灰泥和干燥操作)。隨后在組成可能不同的造型涂料重復(fù)驟冷操作，每次驟冷操作后均進(jìn)行施加灰泥和干燥，從而形成由多層構(gòu)成的陶瓷殼。所述造型涂料是由陶瓷材料顆粒、特別是粉末(例如氧化鋁、多鋁紅柱石、鋯石等)與膠體無(wú)機(jī)粘合劑和(如有必要根據(jù)所需的流變性加入的)摻合物組成的。這些摻合物能夠控制并穩(wěn)定不同類型陶瓷層的特性，并且不會(huì)由于構(gòu)成造型涂料的原料的不同物理化學(xué)特性而造成開(kāi)裂。它們可以包括濕潤(rùn)劑、稀釋劑或?qū)τ谒璩练e厚度的結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑。
隨后將該殼模脫蠟，該步驟去除構(gòu)成原始母模的材料。在去除母模后，得到陶瓷模具，其模腔復(fù)制所述母模的所有細(xì)節(jié)。接著對(duì)該模具進(jìn)行高溫?zé)崽幚砑础氨簾保怪哂兴璧臋C(jī)械性能。如此得到的殼?？捎糜阼T造金屬部件。
在檢查該殼模的內(nèi)部和外部完整性以后，后續(xù)步驟是將熔融的金屬澆注在模腔內(nèi)，隨后固化所述模腔內(nèi)的金屬。目前在失蠟鑄造領(lǐng)域中，存在有多種固化技術(shù)，因此根據(jù)合金的性能和鑄造部件所需的性能，對(duì)多種鑄造技術(shù)分類。這些技術(shù)分別為柱結(jié)構(gòu)取向固化(DS)、單晶結(jié)構(gòu)取向固化(SX)或等軸固化(EX)。前兩類部件(例如HP渦輪葉片)涉及超耐熱合金，使該部件能承受渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的高負(fù)荷、高熱以及高機(jī)械強(qiáng)度。
在鑄造合金后，抖動(dòng)(shake out)打破該殼模，金屬部件的制造。
在鑄造步驟中，可采用不同的方法使用多種殼。各種殼應(yīng)具有能實(shí)施所需類型固化的特殊性能。
例如，對(duì)于等軸固化，可實(shí)施多種不同的方法，一種方法使用硅酸乙酯基粘合劑，另一種使用膠體二氧化硅基粘合劑。對(duì)于取向固化，可采用不同的批料(二氧化硅-氧化鋁、二氧化硅-鋯石或二氧化硅基批料)形成殼。
這些殼的第一層是一個(gè)重要的元件，它構(gòu)成殼模和鑄造合金之間的界面。在柱結(jié)構(gòu)或單晶結(jié)構(gòu)取向固化的情況下，它應(yīng)對(duì)鑄造合金是非活性的。在等軸固化的情況下，它應(yīng)能使晶粒等軸生長(zhǎng)。除此之外，該接觸層的整體性決定鑄造部件的最終質(zhì)量，尤其是表面狀況。
該第一層實(shí)際上應(yīng)滿足某些要求以避免缺陷，例如陶瓷失去粘合和表面缺陷。
在鑄造前或者鑄造過(guò)程中接觸層失去粘合會(huì)在部件上形成有害標(biāo)記。
源自接觸層過(guò)多微孔度的表面缺陷會(huì)在部件上產(chǎn)生多余的突起。
主要的表面缺陷常源于蠟?zāi)改：偷谝粚又g界面上的表面毛細(xì)現(xiàn)象。在驟冷第一層后，在撒布砂粒過(guò)程中，砂粒會(huì)形成堆疊，形成許多毛細(xì)管。每一根毛細(xì)管就相當(dāng)于一個(gè)吸杯，其形成低壓區(qū)。毛細(xì)管越小，低壓就越大。這相當(dāng)于第一層無(wú)足夠的厚度。低壓促使造型涂料向灰泥方向毛細(xì)管上升，直至如此形成的液柱使壓差復(fù)原。其結(jié)果形成帶有空腔的凹陷區(qū)，導(dǎo)致形成表面缺陷。對(duì)于太薄的第一層，這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。
這兩種缺陷(鑄造的主要缺陷)與接觸層固有的對(duì)抗特性有關(guān)。事實(shí)上，為了避免陶瓷失去粘合，需要獲得薄而均勻沉積的第一層，而為了避免表面缺陷，第一層應(yīng)沉積得均勻且厚。
因此接觸層的性能應(yīng)兼顧所述對(duì)抗特性以便使部件的所有缺陷均不會(huì)造成開(kāi)裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用下列方法達(dá)到該目的。
一種多層陶瓷殼模的制造方法，所述殼模包括用蠟或其它相似材料的母模上制造接觸層，該方法包括在含有陶瓷顆粒、粘合劑和摻合物的造型涂料中驟冷母模，以形成所述接觸層，在該層上沉積黑色顆粒并干燥所述接觸層。根據(jù)本發(fā)明，該方法的特征在于所述造型涂料的陶瓷顆粒是多鋁紅柱石顆粒。更具體地說(shuō)，所述摻合物包括濕潤(rùn)劑、稀釋劑和結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑。
由于造型涂料的組成，因此可以達(dá)到對(duì)所有鑄造模具設(shè)定的目的，使模具性能滿足鑄造條件，尤其滿足DS和SX固化方法的要求。具體地說(shuō)，該接觸層不會(huì)與鑄造的超耐熱合金反應(yīng)。
為了滿足與廢棄物有關(guān)的經(jīng)濟(jì)上的要求，造型涂料較好包括65-90重量％多鋁紅柱石粉末，不含鋯石。同樣，用于該接觸層的砂粒即“灰泥”由多鋁紅柱石顆粒而非鋯石顆粒組成。
向造型涂料中加入摻合物能控制在蠟上的沉積并確保在部件上的有關(guān)厚度和分布的最佳性能。
較好的是，為了滿足環(huán)境要求，所述粘合劑是一種水基膠體溶液，例如膠體二氧化硅，而非醇基粘合劑。
將接觸層沉積在蠟上并通過(guò)撒布粒度分布范圍為80-250微米的多鋁紅柱石砂進(jìn)行增強(qiáng)可獲得具有很好粘合性的第一層和很好表面狀況的鑄造部件。
具體實(shí)施例方式
下面更詳細(xì)地描述所述方法。
所述制造殼模方法包括第一步用蠟或本領(lǐng)域已知的另一種相似材料制造母模。最常用的是蠟。根據(jù)部件的類型，可將多個(gè)母模集合成一組以便同時(shí)制造多個(gè)模具。母模的尺寸和形狀與最終部件的尺寸和形狀相同，要考慮合金的收縮。
殼的制造步驟較好由機(jī)器人實(shí)施，該機(jī)器人動(dòng)作的控制程序能使沉積的質(zhì)量最佳并使不同的幾何形狀的葉片和外罩不開(kāi)裂。
同時(shí)制備造型涂料和連續(xù)驟冷母?；蚰改＝M以沉積陶瓷材料。
第一造型涂料以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的組成如下-多鋁紅柱石粉65-80；-膠體二氧化硅粘合劑 20-35；-水 0-5％；-三種物料的摻合物濕潤(rùn)劑、稀釋劑和結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑。
所述三種物料分別起下列作用-在制造該層的過(guò)程中稀釋劑能獲得所需的更快速的流變性。它起分散劑的作用。它較好選自下列化合物氨基酸類、聚丙烯酸銨類或帶羥基的三元羧酸類；-在驟冷過(guò)程中濕潤(rùn)劑有助于層的涂覆。濕潤(rùn)劑較好選自下列化合物聚亞烷基脂肪醇類或烷氧基化的醇類；-結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑能使層最佳化以獲得合適的沉積。它較好選自環(huán)氧乙烷聚合物類、黃原膠或瓜耳膠。
一旦從第一造型涂料的浸漬步驟中取出母模后，即將如此涂覆的母模瀝干，隨后涂覆。接著通過(guò)撒布施加“灰泥”顆粒(砂粒)以便不影響薄的接觸層。使用多鋁紅柱石，在該第一層中該多鋁紅柱石的粒度分布是窄的，為80-250微米。最終的部件的表面狀況部分與該粒度分布有關(guān)。
干燥第一層。
試驗(yàn)表明為獲得令人滿意的流變特性，就是在非必要的情況下加入摻合物也是有利的。
隨后在第二造型涂料中進(jìn)行驟冷步驟，以形成所謂的“中間”層。
如前面所述，沉積“灰泥”，隨后干燥。
隨后將母模浸漬在第三造型涂料中形成第三層，它是所謂的增強(qiáng)層的第一層。
接著施加灰泥，隨后干燥。重復(fù)所述第三造型涂料驟冷、施加灰泥和干燥步驟，以獲得所需的殼厚度。對(duì)于最后一層，進(jìn)行上釉操作。
所述第二和第三造型涂料可包括45-95重量％的氧化鋁粉和多鋁紅柱石粉的混合物以及0-25重量％多鋁紅柱石顆粒的混合物。
對(duì)于不同的層其驟冷操作是不同的以獲得均勻的厚度分布并(尤其在截留區(qū))防止形成氣泡。
最后干燥最外層。
因此，殼包含5-12層。
模具的焙燒周期包括在設(shè)定時(shí)間內(nèi)的升溫階段、在焙燒溫度下的保溫時(shí)間和冷卻階段。選擇焙燒周期以優(yōu)化殼的機(jī)械性能，使之能冷處理而無(wú)開(kāi)裂危險(xiǎn)，并將其對(duì)熱沖擊(可能在各種鑄造階段出現(xiàn))的敏感性降至最小。
上面使用本發(fā)明接觸層描述了制造殼模的方法。該接觸層可與所有類型的適合各種條件的層結(jié)合，如有必要，甚至可與鋯石顆粒形成的層結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種多層陶瓷殼模的制造方法，所述殼模包括用蠟或其它類似材料的母?；蛘咭圃斓牟考圃斓闹辽僖粚咏佑|層，所述方法包括下列步驟在含有陶瓷顆粒和粘合劑的第一造型涂料中浸漬該母模，形成所述接觸層；在所述接觸層上沉積黑色顆粒；干燥所述接觸層；其特征在于所述造型涂料的陶瓷顆粒是多鋁紅柱石顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述陶瓷顆粒不含鋯石。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述造型涂料包括濕潤(rùn)劑、稀釋劑和結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述濕潤(rùn)劑選自聚亞烷基脂肪醇類或烷氧基化的醇類。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述稀釋劑選自氨基酸類、聚丙烯酸銨類或帶羥基的三元羧酸類。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑選自環(huán)氧乙烷聚合物類、黃原膠或瓜耳膠。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述粘合劑基于水基無(wú)機(jī)膠體溶液，尤其是膠體二氧化硅。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述砂粒由多鋁紅柱石顆粒組成。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述砂粒的粒度分布為80-250微米。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述砂粒是通過(guò)撒布施加的。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述造型涂料包括65-80重量％的多鋁紅柱石粉末。
12.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的殼模在柱結(jié)構(gòu)取向固化制造部件中的用途。
13.如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的殼模在單晶結(jié)構(gòu)取向固化制造部件中的用途。
全文摘要
一種多層陶瓷殼模的制造方法，所述殼模包括用蠟或其它類似材料的母模或者要制造的部件制造的至少一層接觸層，所述方法包括下列步驟在含有陶瓷顆粒和粘合劑的第一造型涂料中浸漬該母模，形成所述接觸層；在所述接觸層上沉積黑色顆粒；干燥所述接觸層。該方法特征在于所述造型涂料的陶瓷顆粒是多鋁紅柱石顆粒。
文檔編號(hào)B22C9/04GK1895815SQ20051008471
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者A·比拉本, C·馬蒂, P·拉戈, J·-C·霍森, F·特拉爾, P·舍瓦利耶, S·法爾格斯 申請(qǐng)人:斯內(nèi)克馬公司