含碳化硅的模具和表面涂层组合物，以及铸造钛和铝化钛合金的方法技术

本公开总体上涉及模具组合物和模制方法，以及如此模制的制品。更具体地，本公开涉及含碳化硅的模具组合物、含碳化硅的固有表面涂层组合物和用于铸造含钛制品的方法，以及如此模制的含钛制品。将含碳化硅和铝酸钙的浆料引入含有暂时模板的模腔。使浆料在模具中固化，烧结，并用于铸造钛涡轮叶片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景现代燃气或燃烧涡轮必须满足在可靠性、重量、功率、经济和操作使用寿命方面的最高需求。在这些涡轮的开发中，材料选择、寻找新的适合的材料以及寻找新的生产方法在符合标准和满足需求方面尤其起重要作用。用于燃气涡轮的材料可包括钛合金、镍合金(也称为超合金)和高强度钢。对于航空发动机，通常使用钛合金用于压缩机部件，镍合金适于航空发动机的热部件，而高强度钢例如用于压缩机壳体和涡轮壳体。高负荷或应力的燃气涡轮组件，例如用于压缩机的组件，通常例如为锻造部件。另一方面，用于涡轮的组件通常体现为熔模铸造部件。虽然熔模铸造不是新方法，但随着对更困难和复杂的部件的需求增加，熔模铸造市场持续增长。由于对高品质精密铸件的巨大需求，持续需要开发新方法以使熔模铸造更快速、有效、便宜且更高品质。常规熔模模具化合物由熔凝二氧化硅、方石英、石膏等组成，其用于铸造珠宝和假牙工业，通常不宜用于铸造反应性合金例如钛合金。一个原因是因为模具钛和熔模模具之间有反应。熔融合金和模具之间的任何反应将极大地使最终铸件的性质劣化。劣化可简单为由于气泡造成的差的表面精整，或在更严重的情况下，可损害铸件的化学组成、微观结构和性质。需要不与钛和铝化钛合金显著反应的简单熔模铸造模具。先前已经采取对钛合金铸件使用陶瓷壳模具的方法。在现有实例中，为了减少常规熔模模具化合物的限制，已经开发出数种另外的模具材料。例如，开发了氧化膨胀类型的熔模铸造化合物，其中氧化镁或氧化锆用作主要组分，且将金属锆添加到主要成分中，以补偿由于铸造金属固化造成的收缩。此外，在另一个实例中，添加其中氧化镁和氧化铝用作主要成分的熔模铸造化合物，其为细的金属钛粉末，以便减少模具的收缩量和补偿由铸造金属在固化时收缩所引起的尺寸误差。然而，以上的现有技术熔模铸造化合物具有显著限制。例如，由于数个原因，旨在通过金属锆的氧化膨胀补偿由于铸造金属固化导致的收缩的熔模铸造模具化合物难以实施。首先，用新的熔模铸造化合物与锆在其表面上涂布蜡模，然后将涂布的蜡模嵌入常规的熔模铸造化合物，以图使所需的锆量尽可能小；将蜡连同锆涂布非常困难，且并不高度可重复。第二，不能以足够均匀的方式涂布形状复杂组件的蜡。此外，当熔模铸造模具混合物放置在涂布层和模板外部周围时，涂布层可从蜡脱落，结果是钛与外部放置的熔模铸造模具混合物反应。因此需要简单和可靠的熔模铸造方法，其使得容易从熔模铸造模具取出近终形金属或金属合金，所述熔模铸造模具不与金属或金属合金显著反应。概述本公开的各方面提供克服常规技术限制的铸模组合物、铸造方法和铸造制品。虽然本公开的一些方面可涉及制造组件例如发动机涡轮叶片，然而本公开的各方面可用于制造许多工业中的组件，特别是含有钛和/或钛合金的那些组件。本公开的一个方面为用于铸造含钛制品的模具，其包含：铝酸钙水泥，包括单铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石，其中所述模具在模具本体和模腔之间具有约10微米至约500微米之间的含碳化硅的固有表面涂层。在一个实施方案中，固有表面涂层为连续的固有表面涂层。在一个实施方案中，碳化硅以约15%至约45重量%存在。在一个实施方案中，含碳化硅的固有表面涂层包含碳化硅，其以约15%至约45重量%存在。在一个实施方案中，模具还包含碳化硅，其中含碳化硅的固有表面涂层按重量分数计具有比模具本体多至少10%的碳化硅。在另一个实施方案中，模具还包含比氧化钙，模具组合物的大于约10重量%和小于约50重量%为氧化钙。在一个实施方案中，所述模具还包含小于2%的二氧化硅，例如胶态二氧化硅。在一个实例中，模具包含模具本体和固有表面涂层，其中模具本体和固有表面涂层具有不同组成，且含碳化硅的固有表面涂层包含颗粒尺寸小于约50微米的铝酸钙。在另一个实施方案中，模具包含模具本体和含碳化硅的固有表面涂层，其中模具本体和含碳化硅的固有表面涂层具有不同组成，且其中模具本体包含大于约50微米的氧化铝颗粒。在另一个实例中，模具包含模具本体和含碳化硅的固有表面涂层，其中模具本体包含大于约50微米的氧化铝颗粒，而含碳化硅的固有表面涂层包含小于约50微米尺寸的铝酸钙颗粒。在一个实例中，模具包含模具本体和含碳化硅的固有表面涂层，其中模具本体和含碳化硅的固有表面涂层具有不同组成，且其中含碳化硅的固有表面涂层包含颗粒尺寸小于约50微米的铝酸钙。在某些实施方案中，含碳化硅的固有表面涂层按重量分数计具有比模具本体多至少20%的单铝酸钙。在一个实施方案中，按重量分数计，含碳化硅的固有表面涂层具有比模具本体少至少20%的氧化铝。在另一个实施方案中，按重量分数计，含碳化硅的固有表面涂层具有比模具本体多至少20%的铝酸钙，少至少20%的氧化铝和少至少50%的钙铝石。在一个实施方案中，含碳化硅的固有表面涂层还包含氧化铝，且氧化铝含量按重量分数计比存在于模具本体的少至少20%。在另一个实施方案中，含碳化硅的固有表面涂层还包含氧化铝，且氧化铝含量按重量分数计比存在于模具本体的少至少20%，且其中含碳化硅的固有表面涂层具有比模具本体多至少20%的铝酸钙和少至少50%的钙铝石。在一个实例中，含碳化硅的固有表面涂层中单铝酸钙的重量分数大于0.45，而钙铝石的重量分数小于0.10。在一个实施方案中，模具本体中的单铝酸钙占约0.05至0.95的重量分数，而含碳化硅的固有表面涂层中的单铝酸钙为约0.10至0.90。在另一个实施方案中，模具本体中的二铝酸钙占约0.05至约0.80的重量分数，而含碳化硅的固有表面涂层中的二铝酸钙为约0.05至0.90。在又一个实施方案中，模具组合物本体中的钙铝石占约0.01至约0.30的重量分数，而含碳化硅的固有表面涂层中的钙铝石为约0.001至0.05。在一个具体实施方案中，模具本体中的单铝酸钙占约0.05至0.95的重量分数，而含碳化硅的固有表面涂层中的单铝酸钙为约0.1至0.90；模具本体中的二铝酸钙占约0.05至约0.80的重量分数，而含碳化硅的固有表面涂层中的二铝酸钙为约0.05至0.90；且其中模具组合物本体中的钙铝石占约0.01至约0.30的重量分数，而含碳化硅的固有表面涂层中的钙铝石为约0.001至0.05。在一个实例中，模具还在模具本体中包含外尺寸小于约500微米氧化铝颗粒。在一个实例中，氧化铝颗粒占用于制造模具的组合物的约30重量%至约68重量%。在一个实施方案中，模具还包含空心氧化物颗粒，例如空心氧化铝颗粒。在另一个实施方案中，铝酸钙占泥浆的大于20重量%(即，大于用于制造模具的组合物的20重量%)。在一个实施方案中，模具还包含氧化钙，模具组合物的大于约10重量%和小于约50重量%为氧化钙。在一个实例中，模具还包含氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒、氧化硅颗粒或它们的组合物。在一个实例中，用于制造模具的初始铝酸钙-液体水泥混合物中的固体百分比为约60%至约78%。在另一个实例中，用于制造模具的最终铝酸钙-液体水泥混合物(即，具有大尺寸氧化铝)中的固体百分比为约70%至约95%。本公开的一个方面为本文公开的模具中形成的含钛制品。在一个实例中，制品包括含有铝化钛的涡轮叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成用于铸造含钛制品的模具的方法，所述方法包含：将铝酸钙和碳化硅与液体混合以产生浆料，其中浆料中固体的百分比为浆料的约60重量%至约80重量%，且浆料粘度为约30至约1500厘泊；将浆料引入含有暂时模板的模腔中；和使浆料在模腔中固化以形成用于铸造含钛制品的模具。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 14/0909741.一种形成用于铸造含钛制品的模具的方法，所述方法包含：
将铝酸钙和碳化硅与液体混合以产生浆料，其中浆料中固体的百分比为浆料的约60重量%至约80重量%，且浆料粘度为约30至约1500厘泊；
将浆料引入含有暂时模板的模腔中；和
使浆料在模腔中固化以形成用于铸造含钛制品的模具。
2.权利要求1的方法，其中所述碳化硅颗粒为约10微米至约50微米外尺寸。
3.权利要求1的方法，其中所述铝酸钙占浆料的大于20重量%。
4.权利要求1的方法，其中铝酸钙的颗粒尺寸小于约50微米外尺寸。
5.权利要求1的方法，其中所述浆料还包含氧化物颗粒。
6.权利要求5的方法，其中所述氧化物颗粒为空心的。
7.权利要求5的方法，其中所述氧化物颗粒选自氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒、氧化硅颗粒和它们的组合物。
8.权利要求5的方法，其中所述氧化物颗粒为氧化铝颗粒。
9.权利要求8的方法，其中所述氧化铝颗粒占浆料的约30重量%至约68重量%。
10.权利要求8的方法，其中所述氧化铝颗粒为约50微米至约1500微米外尺寸。
11.权利要求1的方法，其中在将所述浆料引入模腔内之前，将大尺寸空心氧化物颗粒添加到浆料以形成最终的铝酸钙-液体水泥混合物，使得浆料中的固体为浆料的约70重量%至约95重量%。
12.权利要求1的方法，其进一步包含添加氧化钙，使得浆料的大于约10重量%和小于约50重量%为氧化钙。
13.权利要求1的方法，其中浆料中固体的百分比为约60%至约78%。
14.权利要求1的方法，其进一步包含将小于2%二氧化硅添加到浆料。
15.一种铸造钛和钛合金的方法，所述方法包含：
获得熔模铸造模具组合物，其包含铝酸钙和大尺寸氧化铝，其中将所述铝酸钙和氧化铝与液体和碳化硅组合，以产生最终的铝酸钙/液体混合物浆料，且其中所述最终混合物中的固体为浆料的约70重量%至约95重量%；
将所述熔模铸造模具组合物灌注到含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：BP布莱，J麦基弗，BM埃利斯，NV麦克拉斯基，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US