坩埚及表面涂层成分和用于熔炼钛及铝化钛合金的方法技术

坩埚成分以及使用该坩埚成分来熔炼钛和钛合金的方法。更具体地，坩埚成分具有本征表面涂层以有效熔炼钛和钛合金，以在铸造含钛制品中使用。进一步的实施例是由在坩埚成分中熔炼的钛和钛合金制成的含钛制品。另一个实施例是坩埚固化装置和使用它的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】坩埚及表面涂层成分和用于熔炼钛及铝化钛合金的方法背景现代化的燃气或燃烧涡轮机必须满足关于可靠性，重量，功率，经济性和工作寿命的最高要求。在这种涡轮机的发展中，除其他事项外，材料选择，寻找新的合适的材料，以及寻找新的生产方法，在满足标准和满足需求方面起到重要的作用。用于燃气涡轮机的材料可以包括钛合金，镍合金(也称超级合金)和高强度钢。对于飞机发动机而言，钛合金一般用于压缩机部件，镍合金适用于航空发动机的热部分，高强度钢例如用于压缩机壳体和涡轮机壳体。在高负荷或高应力的燃气轮机部件，例如，用于压缩机的构件，通常是锻造件。在另一方面，用于涡轮机的构件，典型地体现为熔模铸造铸件。虽然熔模铸造不是一个新的工艺，但是，熔模铸造市场持续增长，因为对于更错综复杂的零部件的需求增加。由于对高品质，精密铸造的需求量很大，因此仍有持续需要来开发新的方法来更快速，有效，廉价和更高质量地做出熔模铸造铸件。常规坩埚不适合用于铸造活性合金，如钛合金。一个原因是因为有熔融钛和坩埚之间的反应。熔融合金和坩埚之间的任何反应将恶化最终铸件的属性。恶化可以很简单，如由于气体气泡引起的表面光洁度差，或在更严重的情况下，铸件的化学特性，微结构和性能可能会受到损坏。面临的挑战是生产不显著与钛和铝化钛合金反应的坩埚。在这方面，少量的(如果有的话)现有的倾注的陶瓷熔模铸造合物存在，以满足对结构钛和铝化钛合金的要求。因此，需要一种陶瓷坩埚，它不会显著地与钛和铝化钛合金反应。之前已经采用陶瓷壳坩锅来用于熔炼钛合金。在现有的实例中，为了减少传统熔模铸造坩埚化合物的局限性，已经开发了若干附加坩埚或模具材料。例如，氧化膨胀类型的模具的熔模铸造化合物被开发，其中氧化镁或氧化锆用作主要成分，而金属锆加入到该主要成分中以补偿由于铸造金属凝固引起的收缩。因此还需要简单而可靠的熔炼和熔模铸造方法，其允许金属或金属合金在不显著与金属或金属合金反应的熔模铸造坩埚内易熔炼。感应熔炼通常包括在由非导电难熔合金氧化物制成的坩埚内加热金属，直到坩埚内的金属填充物熔化为液态形式。当熔炼高活性的金属如钛或钛合金时，使用冷壁或石墨坩埚的真空感应熔炼通常优先于氧化物基陶瓷坩埚而被采用。在熔炼高反应性(活性)合金，例如钛合金时，由于在所需的熔炼温度下该合金中的元素的反应性，可能会出现困难。虽然大多数感应熔炼系统使用难熔合金氧化物用在感应炉内的坩埚上，例如铝化钛(TiAl)的合金具有如此之高的反应性，使得它们可以侵蚀坩埚并污染钛合金。例如，陶瓷坩锅，如氧化铝-坩锅，氧化镁-坩锅，以及含有二氧化硅的坩埚，都是通常被避免使用的，这是因为高活性合金能够与坩埚发生反应而利用氧来污染钛合金。同样，如果使用石墨坩埚，则钛和铝化钛基合金能从坩埚溶解大量的碳而进入钛合金，从而导致污染。这种污染会导致钛合金的机械性能的损失。冷坩锅熔炼提供冶金优点，用于加工先前所描述的高反应性的合金，冷坩锅熔炼也具有许多技术和经济方面的限制，包括低的过热，由于结壳导致的产量损失，高的功率要求，以及有限的熔体容量。这些限制可以限制其商业可行性。因此，仍然需要一种在熔炼高活性合金不那么容易受到污染，并导致比目前的应用场合更少的技术和经济限制的陶瓷坩锅。
技术实现思路
本系统的各方面提供了坩埚成分，熔融方法，铸造方法，并且公开了克服现有技术的局限性的制品。虽然本说明书的某些方面可能涉及航空工业构件的制造，例如，发动机的涡轮叶片，但是，本系统的各方面可用在任何行业的任何构件的制造中，特别是那些含有钛和/或钛合金的构件。一个实施例是用于熔炼钛和钛合金的坩埚，包括：本体，其包括铝酸钙水泥，所述铝酸钙水泥含单铝酸钙；和用于在其中熔炼钛和钛合金的腔。在另一个实施例中，坩埚可以进一步包括被布置在所述本体与腔之间的约10微米至约450微米的本征表面涂层，其中所述本征表面涂层包括铝酸钙水泥，其含单铝酸钙。在另一个实施例中，铝酸钙水泥还可以包含二铝酸钙，钙铝石，或者二铝酸钙和钙铝石两者。一个实施例是用于熔炼钛和钛合金的坩埚，包括：含单铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石的铝酸钙水泥，其中，所述坩埚在坩埚的本体和坩埚的腔之间具有约10微米到约450微米的本征表面涂层。在另一个实施例中，表面涂层是连续的本征表面涂层。表面涂层被定义为邻近坩埚内的表面或坩埚腔的区域。为了更有效，表面涂层是连续的。在表面涂层后面并且进一步远离坩埚腔的区域被称为坩埚的本体。在进一步的实施例中，所称的坩埚包括二氧化硅，例如胶态二氧化硅。在一个实例中，坩埚包括坩埚的本体和本征表面涂层，其中坩埚的本体和本征表面涂层具有不同的成分，并且本征表面涂层具有小于大约50微米粒度的铝酸钙。在另一个实施例中，坩埚包含坩埚的本体和其本征表面涂层，其中所述坩埚的本体和本征表面涂层具有不同的成分，并且其中坩埚的本体包括大于约50微米的氧化铝颗粒。在另一实例中，坩埚包括坩埚的本体和本征表面涂层，其中坩埚的本体包括大于约50微米的氧化铝颗粒，并且本征表面涂层包含比在尺寸上小于约50微米的铝酸钙颗粒。在某些实施例中，本征表面涂层具有比坩埚本体要少按重量计至少20％的单铝酸钙。在一个实施例中，本征表面涂层具有与该坩埚的本体相比要少按重量计至少20％的氧化铝。在另一个实施例中，本征表面涂层具有与该坩埚的本体相比要多按重量计比值为至少20％以上的铝酸钙，具有与该坩埚的本体相比要少至少20％的氧化铝，并且具有与该坩埚的本体相比要少至少50％的钙铝石。在一个例子中，在本征表面涂层中单铝酸钙的重量比值大于0.60，并且钙铝石的重量比值小于0.10。在一个实施例中，在坩埚的本体中单铝酸钙具有约0.05到0.95的重量比值，并且在本征表面涂层中单铝酸钙具有约0.10至0.90的重量比值。在另一个实施例中，在坩埚的本体中二铝酸钙构成约0.05至约0.80的重量比值，并在本征表面涂层中二铝酸钙的重量比值为约0.05至0.90。在又一个实施例中，在坩埚的本体成分中钙铝石构成约0.01至约0.30的重量比值，并在本征表面涂层中钙铝石的重量比值为约0.001至0.05。在一个具体的实施例中，在坩埚的本体中单铝酸钙构成约0.05到0.95的重量比值，并且在本征表面涂层中单铝酸钙的重量比值是约0.1至0.90；在坩埚的本体中二铝酸钙构成约0.05至约0.80的重量比值，并在本征表面涂层中二铝酸钙的重量比值为约0.05至0.90；且其中在所述坩埚的本体的成分中钙铝石构成约0.01至约0.30的重量比值，并在本征表面涂层中钙铝石的重量比值为约0.001至0.05。在一个实例中，坩埚还包括在坩埚的本体中的小于大约500微米的外部尺寸的氧化铝颗粒。在一个实例中，氧化铝颗粒构成用于制造该坩埚的成分的约40％(重量)至约68％(重量)。这些氧化铝颗粒可以是中空的。在另一个实施例中，铝酸钙水泥构成用于制造该坩埚的成分的多于30％(重量)。在一个实施例中，坩埚中的氧化钙还构成坩埚成分的大于约10％(重量)且少于约50％(重量)。在一个实例中，该坩埚还包含氧化铝颗粒，氧化镁颗粒，氧化钙颗粒，氧化锆颗粒，二氧化钛颗粒，氧化硅颗粒，或它们的组合。在一个实例中，在用于制造坩埚的初始铝酸钙-液态水泥混合物中的固体的百分比是从约60至约80％。在另一实例中，在用于制造坩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于熔炼钛和钛合金的坩埚，包括：包括铝酸钙水泥的本体，所述铝酸钙水泥含单铝酸钙；和用于在其中熔炼钛和钛合金的腔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.27 US 13/5596561.一种用于熔炼钛和钛合金的坩埚，包括：包括铝酸钙水泥的本体，所述铝酸钙水泥含单铝酸钙；和用于在其中熔炼钛和钛合金的腔；其中，所述坩埚还包括：被设置在所述本体和所述腔之间的为10微米至450微米的本征表面涂层，所述本征表面涂层包括含单铝酸钙的铝酸钙水泥。2.如权利要求1所述的坩埚，其中，所述本征表面涂层包括连续的本征表面涂层或非连续的本征表面涂层。3.如权利要求1所述的坩埚，其中，所述铝酸钙水泥进一步包括二铝酸钙，钙铝石，或二铝酸钙和钙铝石两者。4.如权利要求1所述的坩埚，其中，所述坩埚的本体和所述本征表面涂层具有不同的成分，并且所述本征表面涂层包含具有小于50微米的粒度的铝酸钙。5.如权利要求1所述的坩埚，其中，所述坩埚的本体和所述本征表面涂层具有不同的成分，并且其中所述坩埚的本体包括大于50微米的氧化铝颗粒。6.如权利要求1所述的坩埚，其中，所述坩埚的本体包括大于50微米的氧化铝颗粒，并且所述本征表面涂层包含尺寸小于50微米的铝酸钙颗粒。7.如权利要求1所述的坩埚，其中，所述本征表面涂层具有比所述坩埚的本体要多至少20％重量的单铝酸钙。8.如权利要求1所述的坩埚，其中，所述本征表面涂层具有比所述坩埚的本体要少至少20％重量的氧化铝。9.如权利要求3所述的坩埚，其中，所述本征表面涂层具有比所述坩埚的本体要多至少20％重量的单铝酸钙，比所述坩埚的本体要少至少20％重量的氧化铝，以及比所述坩埚的本体要少至少50％的钙铝石。10.如权利要求3所述的坩埚，其中，在所述本征表面涂层中的单铝酸钙的重量比值为大于0.60，并且钙铝石的重量比值小于0.10。11.如权利要求1所述的坩埚，其中，在所述坩埚的本体中的所述单铝酸钙构成0.05到0.95的重量比值，并且在所述本征表面涂层中的单铝酸钙为0.10至0.90的重量比值。12.如权利要求3所述的坩埚，其中，所述坩埚的本体中的所述二铝酸钙构成0.05至0.80的重量比值，并且所述本征表面涂层中的所述二铝酸钙为0.05至0.90的重量比值。13.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：BP布莱，S班撤里，J麦基弗，B爱丽斯，RA吉丁斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US