一种高惰性的砂型铸型及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及一种高惰性的砂型铸型及其制备方法、应用。一种高惰性的砂型铸型，包括由里至外依次堆叠的面层、临背层和背层；其中，所述临背层主要由以下原料混合焙烧而成：按重量百分比计，20％～35％的16目～80目的氧化锆和/或氧化钇粉，2％～8％的硅酸盐强化剂，15％～20％的硅溶胶，余量为150目～200目的氧化锆和/或氧化钇粉；所述面层为氧化钇涂料焙烧而成。本发明专利技术能大幅减少钛合金砂型铸件表面沾污层的厚度，提高钛合金铸件表面质量的稳定性。提高钛合金铸件表面质量的稳定性。提高钛合金铸件表面质量的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高惰性的砂型铸型及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及冶金材料
，特别涉及一种高惰性的砂型铸型及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]随着航空、航天、舰船、兵器、石油化工等领域的飞速发展，对于钛及钛合金铸件的需求也越来越多，钛合金砂型铸造技术作为一种环保、低成本的钛合金铸造技术，其应用范围也日益扩大。高惰性的钛合金砂型铸型的制备是关键技术,目前钛合金砂型铸型制备一般是采用成本较低廉的铝矾土粉砂为造型材料，经造型完成后表面涂刷氧化钇等面层惰性涂料，经高温焙烧后制备而成。但实际上对于高温下活性极强的钛合金熔体来说，作为造型材料的铝矾土粉料惰性较差，而惰性好的氧化钇等表面涂层厚度不宜过厚，且均匀性较差，因此采用这种铸型浇注后的钛合金铸件表面沾污层厚大，铸件表面冶金质量不稳定，尤其对于惰性要求极高的大壁厚大尺寸钛合金铸件更为突出。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种高惰性的砂型铸型及其制备方法，其通过在背层和面层之间设置具有高惰性的临背层提高了铸型的惰性，同时保证其具有光滑的表面，利于保证铸件的光洁度，同时又避免整体使用高惰性材料导致成本增加的问题。
[0004]为了实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0005]一种高惰性的砂型铸型，包括依次堆叠的面层、临背层和背层；
[0006]其中，所述临背层主要由以下原料混合焙烧而成：按重量百分比计，20％～35％的16目～80目的氧化锆和/或氧化钇粉，2％～8％的硅酸盐强化剂，15％～20％的硅溶胶，余量为150目～200目的氧化锆和/或氧化钇粉；
[0007]所述面层为氧化钇涂料焙烧而成。
[0008]本专利技术的砂型铸型具有以下特点：
[0009]一方面，利用氧化锆和/或氧化钇粉这些高惰性的原料作为主体材料提高铸型的整体惰性，避免高温金属液体与之反应或者粘连，减少污层厚度。
[0010]另一方面，科学优化了氧化锆和/或氧化钇粉的粒径，将两种不同粒度的金属氧化物粉以特定的比例混合，既增加铸型表面的光洁度，又利于惰性和强度的提高。
[0011]又一方面，优化硅酸盐强化剂、硅溶胶的等辅助原料的类型和比例，提高铸型的强度，从而进一步避免被高温金属液体粘连剥离的问题。
[0012]本专利技术所述硅溶胶可以是本领域典型的几种型号的硅溶胶，包括但不限于TS
‑
15、TS
‑
30、TS
‑
32W、TS
‑
950等，根据不同型号其适宜的浓度略作调整。
[0013]本专利技术还进一步改进了铸型的其他方面，例如各层尺寸、其他层原料等，以进一步提高强度、改善光洁度、降低成本等，具体如下。
[0014]优选地，所述临背层与所述背层的厚度比例为1:1～8。
[0015]考虑到临背层的强度、成本控制、应用的典型合金熔点等因素，临背层与背层的厚度比例控制在1:1～8范围内能获得良好的综合性能，以临背层5mm～20mm为例，背层厚度控制在20～40mm。
[0016]优选地，所述背层主要由以下材料混合焙烧而成：按重量百分比计，20％～35％的16目～80目的铝矾土砂，2％～8％的硅酸盐强化剂，15％～20％的硅溶胶，余量为150目～200目的铝矾土砂。
[0017]虽然理论上背层可采用与临背层相同的原料，但是这极大增加了成本，为此，本专利技术选用铝矾土砂为主体的背层，以解决这一问题。
[0018]优选地，所述面层的厚度为0.3mm～1.0mm。
[0019]面层通常为典型的氧化钇涂料，其尤其适用于钛合计，但应控制其厚度以降低成本。
[0020]本专利技术另一方面还提供了上述高惰性的砂型铸型的制备方法，包括下列步骤：
[0021]准备所述砂型铸型的模具；
[0022]按照原料组成将所述临背层的材料装入所述模具内腔，覆盖所述模具的表面；
[0023]然后将所述背层的原料装入所述模具的剩余空腔，获得原坯；
[0024]低温焙烧所述原坯，去除水分；
[0025]向所述低温焙烧的原坯表面涂覆氧化钇涂料；
[0026]将涂覆氧化钇涂料的原坯进行高温焙烧。
[0027]在以上方法中，高温焙烧的条件对提升材料特性也很重要，优选采用如下方案。
[0028]优选地，所述高温焙烧的过程为：1000℃～1300℃焙烧3h～5h，之后冷却。
[0029]优选地，所述冷却为随炉冷却。
[0030]优选地，所述低温焙烧的过程为：200℃～450℃下保温1h～6h，待炉内温度冷却到80℃～120℃时取出。
[0031]优选地，所述涂覆时原坯的温度保持在60～80℃。
[0032]综上，与现有技术相比，本专利技术达到了以下技术效果：提供了一种高惰性的砂型铸型，其尤其适用于钛及钛合金铸件，能大幅减少钛合金砂型铸件表面沾污层的厚度，提高钛合金铸件表面质量的稳定性。
附图说明
[0033]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0034]图1为实施例1的铸型结构示意图；
[0035]图2为实施例1的铸型与钛合金铸件的接触结构。
具体实施方式
[0036]下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原药、试剂或仪器未注明生产厂商
者，均为可以通过市售购买获得的常规产品或者可以根据现有技术制备得到。
[0037]实施例1
[0038](1)临背层造型料的配制：
[0039]临背层造型料包括(按重量百分比计)：20％的16目～80目的氧化锆，8％的硅酸盐强化剂，15％的硅溶胶(TS
‑
15)，余量为150目～200目的氧化钇粉，混合均匀。
[0040](2)背层造型材料的混制：
[0041]背层造型料包含(按重量百分比计)：20％的8目～12目的铝矾土砂，8％的硅酸盐强化剂，15％的硅溶胶(TS
‑
15)，余量为80目～100目的铝矾土粉，混合均匀。
[0042](3)铸型原坯成型
[0043]首先将配制备好的临背层造型料填入模具内腔，临背层造型料应覆盖模具全表面或需提高惰性的对应模具局部表面区域，然后轻轻捣实。临背层造型料覆盖最厚度一般控制在5mm。然后再将背层造型料填入模具分层捣实造型，背层填料每层厚度为20mm，直至满整个砂箱，完成后翻转取模干燥获得铸型原坯。
[0044](4)铸型低温焙烧
[0045]将干燥好的砂型铸型原坯放入低温烘箱中进行烘烤，烘烤温度为20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高惰性的砂型铸型，其特征在于，包括依次堆叠的面层、临背层和背层；其中，所述临背层主要由以下原料混合焙烧而成：按重量百分比计，20％～35％的16目～80目的氧化锆和/或氧化钇粉，2％～8％的硅酸盐强化剂，15％～20％的硅溶胶，余量为150目～200目的氧化锆和/或氧化钇粉；所述面层为氧化钇涂料焙烧而成。2.根据权利要求1所述的高惰性的砂型铸型，其特征在于，所述临背层与所述背层的厚度比例为1:1～8。3.根据权利要求1或2所述的高惰性的砂型铸型，其特征在于，所述背层主要由以下材料混合焙烧而成：按重量百分比计，20％～35％的16目～80目的铝矾土砂，2％～8％的硅酸盐强化剂，15％～20％的硅溶胶，余量为150目～200目的铝矾土砂。4.根据权利要求1或2所述的高惰性的砂型铸型，其特征在于，所述面层的厚度为0.3mm～1.0mm。5.权利要求1
‑
4任一项所述的高惰性的砂型铸型的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖强伟，王德季，范世玺，张元光，
申请(专利权)人：北京航空材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：