含有碳化硅的铸模和表面涂层组合物及铸造钛和铝化钛合金的方法技术

概括地讲，本公开涉及铸模组合物和模铸方法及如此模铸的制品。更具体地讲，本公开涉及含碳化硅的铸模组合物、含碳化硅的本征表面涂层组合物和用于铸造含钛制品的方法及如此模铸的含钛制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景现在燃气涡轮机或燃烧涡轮机必须在可靠性、重量、功率、经济和操作工作寿命方面满足最高需求。在这些涡轮机的研发中，材料选择、对新型合适材料的寻找以及对新制造方法的寻找等在符合标准并满足需求方面起重要作用。用于燃气涡轮机的材料可包括钛合金、镍合金(也称为超合金)和高强度钢。对于飞机发动机，钛合金通常用于压缩机部件，镍合金适合飞机发动机的热部件，且高强度钢用于例如压缩机壳体和涡轮机壳体。高负荷或高应力燃气涡轮机部件如用于压缩机的部件例如一般为锻造部件。另一方面，用于涡轮机的部件一般体现为熔模铸造部件。虽然熔模铸造不是新方法，但是随着对更错综复杂部件的需求增加，熔模铸造市场不断扩大。由于对高品质精密铸件的极大需求，持续需要研发一种更快、有效、便宜且更高品质地制造熔模铸件的新方法。在铸造宝石和假牙工业中使用的由熔融二氧化硅、方英石、石膏等组成的常规熔模铸造铸模配混物通常不适合铸造反应性合金，例如钛合金。一个原因是由于在模制钛和熔模铸造铸模之间存在反应。在熔融合金和铸模之间的任何反应都将大大地使最终铸件的性质变劣。该劣化可简单地为由于气泡引起的不良表面精整，或在更严重的情况下，可损害铸件的化学、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铸模。先前已经采用以陶瓷壳模用于钛合金铸件的途径。在现有实例中，为了减少常规熔模铸造铸模配混物的局限，已经研发了数种另外的铸模材料。例如，研发了一种氧化-膨胀类型的熔模铸造配混物，其中使用氧化镁或氧化锆作为主要组分且将金属锆加到主要组分中，以补偿由于铸造金属凝固导致的收缩。另外，在另一实例中，一种使用氧化镁和氧化铝作为主要组分的熔模铸造配混物，加入细金属钛粉以降低铸模的收缩量并补偿由于铸造金属在凝固时的收缩引起的尺寸误差。然而，上述现有技术熔模铸造配混物具有显著的局限。例如，旨在通过金属锆的氧化-膨胀补偿由于铸造金属凝固引起的收缩的熔模铸造铸模配混物出于多种原因而难以实施。首先，蜡图案的表面涂有具有锆的新熔模铸造配混物且随后将涂覆的蜡图案嵌入常规熔模铸造配混物中，以试图使所需要的锆量尽可能地小；用锆涂覆蜡非常困难且无法高度地重复。第二，复杂形状部件的蜡无法以充分均匀的方式涂覆。另外，当熔模铸造铸模混合物围绕涂覆层和模型以外部方式置放时，涂覆层可离开蜡，结果是钛与以外部方式置放的熔模铸造铸模混合物反应。因此，需要简单且可靠的熔模铸造方法，其允许从不与金属或金属合金显著反应的熔模铸造铸模容易地取出近终形(near-net-shape)金属或金属合金。概述本公开的各方面提供了铸模组合物、铸造方法和克服常规技术的局限的铸造制品。虽然本公开的一些方面可涉及例如发动机涡轮机叶片的部件的制造，然而，本公开的各方面可用于制造在任何工业中的部件，尤其是含有钛和/或钛合金的那些部件。本公开的一方面为用于铸造含钛制品的铸模，其包含：铝酸钙水泥，所述铝酸钙水泥包含单铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石，其中所述铸模在铸模的本体与模腔之间具有约10微米-约500微米的本征含碳化硅表面涂层。在一个实施方案中，所述本征表面涂层为连续的本征表面涂层。在一个实施方案中，所述碳化硅以约15重量%-约45重量%存在。在一个实施方案中，所述含碳化硅的本征表面涂层包含以约15重量%-约45重量%存在的碳化硅。在一个实施方案中，所述铸模还包含碳化硅，其中所述含碳化硅的本征表面涂层具有以重量分数计比所述铸模的本体多至少10%的碳化硅。在另一实施方案中，所述铸模还包含为铸模组合物大于约10重量%且小于约50重量%的氧化钙。在一个实施方案中，如所叙述的铸模还包含小于2%的例如胶体二氧化硅的二氧化硅。在一个实例中，所述铸模包括铸模的本体和本征表面涂层，其中所述铸模的本体和所述本征表面涂层具有不同的组成，且所述含碳化硅的本征表面涂层包含粒度小于约50微米的铝酸钙。在另一实施方案中，所述铸模包括铸模的本体和含碳化硅的本征表面涂层，其中所述铸模的本体和所述含碳化硅的本征表面涂层具有不同的组成且其中所述铸模的本体包含大于约50微米的铝土颗粒。在另一实例中，所述铸模包括铸模的本体和含碳化硅的本征表面涂层，其中所述铸模的本体包含大于约50微米的铝土颗粒且所述含碳化硅的本征表面涂层包含粒度小于约50微米的铝酸钙颗粒。在一个实施方案中，所述铸模包括铸模的本体和含碳化硅的本征表面涂层，其中所述铸模的本体和所述含碳化硅的本征表面涂层具有不同的组成且其中所述含碳化硅的本征表面涂层包含粒度小于约50微米的铝酸钙。在某些实施方案中，所述含碳化硅的本征表面涂层具有按重量分数计比铸模的本体多至少20%的单铝酸钙。在一个实施方案中，所述含碳化硅的本征表面涂层具有按重量分数计比铸模的本体少至少20%的铝土。在另一实施方案中，所述含碳化硅的本征表面涂层具有按重量分数计比铸模的本体多至少20%的铝酸钙、少至少20%的铝土和少至少50%的钙铝石。在一个实施方案中，所述含碳化硅的本征表面涂层还包含铝土且铝土的水平以重量分数计比在铸模的本体中存在的铝土少至少20%。在另一实施方案中，所述含碳化硅的本征表面涂层还包含铝土且铝土的水平以重量分数计比在铸模的本体中存在的铝土水平少至少20%，且其中所述含碳化硅的本征表面涂层具有比所述铸模的本体多至少20%的铝酸钙和少至少50%的钙铝石。在一个实例中，在所述含碳化硅的本征表面涂层中单铝酸钙的重量分数大于0.45且钙铝石的重量分数小于0.10。在一个实施方案中，在所述铸模的本体中单铝酸钙构成约0.05-0.95的重量分数且在所述含碳化硅的本征表面涂层中单铝酸钙为约0.10-0.90。在另一实施方案中，在所述铸模的本体中二铝酸钙构成约0.05-约0.80的重量分数且在所述含碳化硅的本征表面涂层中二铝酸钙为约0.05-0.90。在又一实施方案中，在所述铸模组合物的本体中钙铝石构成约0.01-约0.30的重量分数且在所述含碳化硅的本征表面涂层中钙铝石为约0.001-0.05。在一个特定的实施方案中，在所述铸模的本体中单铝酸钙构成约0.05-0.95的重量分数，且在所述含碳化硅的本征表面涂层中单铝酸钙为约0.1-0.90；在所述铸模的本体中二铝酸钙构成约0.05-约0.80的重量分数，且在所述含碳化硅的本征表面涂层中二铝酸钙为约0.05-0.90；且其中在所述铸模组合物的本体中钙铝石构成约0.01-约0.30的重量分数，且在含碳化硅的本征表面涂层中钙铝石为约0.001-0.05。在一个实例中，所述铸模还包含外部尺寸小于约500微米的在铸模的本体中的氧化铝颗粒。在一个实例中，所述氧化铝颗粒构成用以制造铸模的组合物的约30重量%-约68重量%。在一个实施方案中，所述铸模还包含空心氧化物颗粒，例如空心氧化铝颗粒。在另一实施方案中，所述铝酸钙构成浆料的大于20重量%(也就是说，其构成用以制造铸模的组合物的大于20重量%)。在一个实施方案中，所述铸模还包含占铸模组合物的大于约10重量%且小于约50重量%的氧化钙。在一个实例中，所述铸模还包含氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒、氧化硅颗粒或其组合物。在一个实例中，在用于制造铸模的初始铝酸钙-液体水泥混合物中固体的百分数为约60%-约78%。在另一实例中，在用本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于铸造含钛制品的铸模，其包含：包含单铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石的铝酸钙水泥，其中所述铸模具有在所述铸模的本体与模腔之间的约10微米‑约500微米的含碳化硅的本征表面涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 14/090,7731.用于铸造含钛制品的铸模，其包含：包含单铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石的铝酸钙水泥，其中所述铸模具有在所述铸模的本体与模腔之间的约10微米-约500微米的含碳化硅的本征表面涂层。2.权利要求1的铸模，其中所述含碳化硅的本征表面涂层为连续的本征表面涂层。3.权利要求1的铸模，其中所述碳化硅以约15重量%-约45重量%存在。4.权利要求1的铸模，其中所述铸模包括所述铸模的本体和所述含碳化硅的本征表面涂层，且其中所述铸模的本体和所述含碳化硅的本征表面涂层具有不同的组成，且其中所述含碳化硅的本征表面涂层包含粒度小于约50微米的铝酸钙。5.权利要求1的铸模，其中所述铸模包括所述铸模的本体和所述含碳化硅的本征表面涂层，且其中所述铸模的本体和所述含碳化硅的本征表面涂层具有不同的组成，且其中所述铸模的本体包含大于约50微米的铝土颗粒。6.权利要求1的铸模，其中所述铸模包括所述铸模的本体和所述含碳化硅的本征表面涂层，且其中所述铸模的本体包含大于约50微米的铝土颗粒且所述含碳化硅的本征表面涂层包含粒度小于约50微米的铝酸钙颗粒。7.权利要求1的铸模，其中所述含碳化硅的本征表面涂层具有按重量分数计比所述铸模的本体多至少20%的单铝酸钙。8.权利要求1的铸模，其中所述含碳化硅的本征表面涂层还包含铝土且铝土的水平以重量分数计比在所述铸模的本体中存在的铝土少至少20%。9.权利要求1的铸模，其中所述含碳化硅的本征表面涂层还包含铝土且铝土的水平以重量分数计比在所述铸模的本体中存在的铝土少至少20%，且其中所述含碳化硅的本征表面涂层具有比所述铸模的本体多至少20%的铝酸钙和少至少50%的钙铝石。10.权利要求1的铸模，其还包含碳化硅，其中所述含碳化硅的本征表面涂层具有以重量分数计比所述铸模的本体多至少10%的碳化硅。11.权利要求1的铸模，其中在所述含碳化硅的本征表面涂层中单铝酸钙的重量分数大于0.45且钙铝石的重量分数小于0.10。12.权利要求1的铸模，其中在所述铸模的本体中所述单铝酸钙构成约0.05-0.95的重量分数且在所述含碳化硅的本征表面涂层中所述单铝酸钙为约0.10-0.90。13.权利要求1的铸模，其中在所述铸模的本体中所述二铝酸钙构成约0.05-约0.80的重量分数且在所述含碳化硅的本征表面涂层中所述二铝酸钙为约0.05-0.90。14.权利要求1的铸模，其中在所述铸模组合物的本体中所述钙铝石构成约0.01-约0.30的重量分数且在所述含碳化硅的本征表面涂层中所述钙铝石...

【专利技术属性】
技术研发人员：BP布莱，J麦基弗，BM艾利斯，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