一种镁铬砂镁基陶瓷型芯及其制备方法技术

本发明专利技术的一种镁铬砂镁基陶瓷型芯及其制备方法，属于陶瓷型芯制备领域。本发明专利技术陶瓷型芯的原料包括原料粉末：氧化镁粉末、三氧化二铬粉末、镁铬砂粉末、二氧化钛粉末，以及自制有机粘结剂；镁铬砂中氧化镁的质量百分数为60%~63%，三氧化二铬为20%~22%，粘结剂的各个成分的质量百分比为：石蜡95%，蜂蜡3%，聚乙烯2%。本发明专利技术的陶瓷型芯的制备方法为混合原料粉末，按比例制备粘结剂、浆料，采用热压成型制备生坯，将生坯进行高温脱蜡烧结。本发明专利技术的陶瓷型芯具有收缩率极小，强度高，易用环保有机弱酸脱除，高温稳定性好以及抗热震性好等优良特性。高温稳定性好以及抗热震性好等优良特性。

【技术实现步骤摘要】
一种镁铬砂镁基陶瓷型芯及其制备方法


[0001]本专利技术属于精密铸造领域的陶瓷型芯制备工艺
，具体涉及一种镁铬砂镁基陶瓷型芯及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷型芯被广泛应用于熔模精密铸造工艺中，用来形成形状复杂或者不易成型的铸件的型腔。陶瓷型芯需与型壳配合使用以此来保证铸件壁厚的尺寸精度，但铸件内腔的尺寸精度及其表面质量则取决于陶瓷型芯，陶瓷型芯的性能对铸件内腔的性能有着重要的影响，因此陶瓷型芯是熔模铸造工艺中极为关键的部件，对陶瓷型芯制备工艺的研究与探索具有重大意义。
[0003]目前，对于陶瓷型芯的性能要求主要有以下几点：具有较高的机械强度来应抗浇铸时金属液的冲击；有足够的耐火度，这是因为浇注时合金温度很高，例如镍基单晶高温合金的浇注温度就高达1500
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1650℃；具有较好的化学稳定性，高温时不与合金发生反应；具有较高的抗热震性，其形状在骤冷骤热中保持不变；还需要有良好的溶出性能，在浇注完成后便于从铸件中脱除。鉴于这些性能要求，目前使用的陶瓷型芯多以氧化物为基底原料，例如二氧化硅基陶瓷型芯（简称硅基陶瓷型芯）、三氧化二铝基陶瓷型芯（简称铝基陶瓷型芯）、氧化镁基陶瓷型芯（简称镁基陶瓷型芯）等。目前工业应用主要为硅基陶瓷型芯。
[0004]硅基陶瓷型芯具有优异的去除性能，且热膨胀系数小，抗热震性好等。然而，当工作温度达到 1600℃时，二氧化硅基陶瓷芯很容易与合金中的活性元素发生反应，并且硅基陶瓷型芯的高温尺寸稳定性来自其内部的方石英，方石英含量越高，其高温尺寸稳定性越好。方石英来源石英玻璃的自发析晶因此二氧化硅基陶瓷型芯的高温尺寸稳定性对于陶瓷型芯的制备工艺以及使用条件具有高度敏感性，这些缺点使得二氧化硅陶瓷型芯发展和应用受到了阻碍。氧化铝基陶瓷芯熔点高，相比二氧化硅陶瓷型芯，氧化铝陶瓷型芯能在更高的浇注温度下工作，且具良好的高温化学稳定性及高温尺寸稳定性，高温下不易与合金发生反应，在制备和使用过程中没有相变 。但氧化铝基陶瓷型芯难以溶解，这会影响去除芯阶段的铸造质量从而阻碍了氧化铝基陶瓷型芯的应用和发展。镁基陶瓷型芯综合了前两者的优点，具有高温化学稳定性及易溶出性，但存在收缩率大，抗热震性差等缺点。
[0005]现有公开的镁基陶瓷型芯，均以高纯度氧化镁做为主晶相或晶须制备而成，以二氧化钛等为矿化剂促进烧结，掺入氧化铝生成或者直接加入镁铝尖晶石来降低陶瓷型芯烧结收缩率，提高高温尺寸稳定性等，但高纯度氧化镁所产生的烧结收缩率很大，而且如加入大量镁铝尖晶石会使得陶瓷型芯因尖晶石含量过多难以溶解，从而导致镁基易溶出的优点被掩盖。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种镁铬砂镁基陶瓷型芯及其制备方法，利用镁铬砂提供氧化镁、镁铬尖晶石晶种，镁铬砂所含的杂质作为部分矿化剂，掺入一定比
例的氧化镁和三氧化二铬生成镁铬尖晶石，利用二氧化钛作为矿化剂，从而使该种陶瓷型芯具有强度高、缩率小、热震性好、易溶出等优点。
[0007]本专利技术的一种镁铬砂镁基陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：（1）混料：将镁铬砂粉末、氧化镁粉末、三氧化二铬粉末和二氧化钛粉末进行混料，混料完成后，干燥冷却后，过筛得到混合粉料；（2）粘结剂制备：将石蜡和蜂蜡混合，油浴加热，完全熔化后加入聚乙烯，聚乙烯全部熔化后，搅拌并加热，到熔融的粘结剂；（3）浆料配制 ：预热上述步骤（1）中的混合粉料，将上述步骤（2）中的粘结剂进行加热熔化处理，将预热后的混合粉料分批加入熔融的粘结剂中，搅拌得到浆料；（4）模压成型：预热热压注射机浆桶，将上述步骤（3）中的浆料倒入预热后的热压注射机浆桶中，加热并搅拌，得到熔化的浆料；将热压注射机注射口预热，开启气控系统，增加热压注射机浆桶内气压，启动压铸，使上述熔化的浆料注入预热后的注射机注射口，进入模具，熔化的浆料在模具中冷却固化，脱模，得到生坯；（5）生坯烧结：将上述步骤（4）中所得的生坯置于坩埚中，使用中性氧化铝填料进行填埋，震动并摇匀；对坩埚进行烧结，得到陶瓷型芯；上述所用镁铬砂为合成镁铬砂，是用镁质原料(烧结镁砂、天然菱镁矿或海(卤)水氢氧化镁制得的轻烧镁粉)和铬铁矿配合，经人工合成(烧结或电炤)得到的以方镁石和镁铬尖晶石为主要组成矿物的碱性耐火原料。其化学成分复杂，主要为氧化镁，质量占比为60%~63%，三氧化二铬为20%~22%，三氧化二铁为5%~7%，三氧化二铝为4%~5%，氧化钙为0.5%~1%、氧化硅0.5%~1%、其余还有一些可忽略不计的氧化物杂质。镁铬砂的矿物组成主要为方镁石、镁铬尖晶石，FeO、MgO 与Fe2O3、Al2O3、Cr2O3组成的多种尖晶石以及镁钙橄榄石、镁橄榄石等杂质。其中方镁石为58%~60%，尖晶石含量37%~40%。
[0008]上述的氧化镁的粒径为1~20μm；三氧化二铬的粒径为1~5μm；镁铬砂的粒径35~75μm；二氧化钛的粒径为0.5~1 5μm；上述步骤（1）中，所述镁铬砂粉末、氧化镁粉末、三氧化二铬粉末的质量份数分别为镁铬砂粉末（20~50）、氧化镁粉末（70~85）、三氧化二铬粉末（15~30）；所述的二氧化钛添加量为原料粉末的10%~18%；上述步骤（1）中所述的混料为采用湿法混料法进行混料，所述湿法混料法的溶剂为无水乙醇；所述无水乙醇的加入量为粉料质量的40%~60%；所述混料具体为以60~80r/min的转速正反各旋转3~4h进行混合；上述步骤（1）中所述过筛为过200目筛；上述步骤（2）中按质量百分数配比，石蜡为90~95%，蜂蜡为3~6%，聚乙烯为2~4%；上述步骤（2）中所述油浴加热，温度为90~95℃；上述步骤（2）中所述搅拌并加热具体为加热至100~110℃，搅拌速度为80~100r/min，搅拌时间为2.5~3h；所述的步骤（3）中， 所述分批加入混合粉料，具体为由多至少分批次加入，第一次加入不超过总原料的30%，逐次递减，分8~12次加入，每批混合粉料加入后搅拌时间为20~30min；搅拌速度为80~120r/min；上述步骤（3）中所述预热温度为65~70℃，预热时间为30~40min；
上述步骤（3）中所述所述的粘结剂质量为原料粉末质量的18%~24%；上述步骤（3）中所述加热熔化温度为90~95℃；上述的步骤（4）中所述预热热压注射机浆桶的预热温度为70~80℃，所述加热为加热至90~95℃，所述搅拌的时间为1~2h，所述搅拌转速为80~120r/min；上述的步骤（4）中所述热压注射机注射口预热的温度为90~95℃；上述的步骤（4）中所述的增加热压注射机浆桶内气压为增压至4~12MPa，保压20~40s；上述的步骤（4）中所述的注入预热后的注射机注射口的注入时间为25~40s；上述的步骤（5）中，所述的中性氧化铝也可替换为工业氧化铝，先将中性氧化铝高温烧结，所述高温烧结的温度为1200~1400℃，冷却后用50或100目过筛；上述的步骤（5）中，生坯与生坯之间、生坯与坩埚内壁的间距至少2~3cm；上述步骤（5）中的烧结具体为，先由室温升高至100℃，保温40~本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁铬砂镁基陶瓷型芯，其特征在于，所述陶瓷型芯的原料包括氧化镁粉末、三氧化二铬粉末、镁铬砂粉末，二氧化钛粉末以及粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种镁铬砂镁基陶瓷型芯，其特征在于，所述的镁铬砂粉末的化学组分及质量百分含量为：氧化镁60%~63%，三氧化二铬20%~22%，三氧化二铁5%~7%，三氧化二铝4%~5%，氧化钙0.5%~1%、氧化硅0.5%~1%、其余为氧化物杂质；所述的氧化镁的粒径为1~20μm；所述的三氧化二铬的粒径为1~5μm；所述的镁铬砂的粒径为35~75μm；所述的二氧化钛的粒径为0.5~1 5μm。3.根据权利要求1所述的一种镁铬砂镁基陶瓷型芯，其特征在于，所述的镁铬砂粉末、氧化镁粉末、三氧化二铬粉末的质量份数分别为镁铬砂粉末（20~50）、氧化镁粉末（70~85）、三氧化二铬粉末（15~30）；所述的二氧化钛添加量为原料粉末的10%~18%。4.根据权利要求1所述的一种镁铬砂镁基陶瓷型芯，其特征在于，所述的陶瓷型芯的室温三点抗弯强度为7~20MPa；烧结收缩率为
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0.4%~1.84%；显气孔率30%~40%；质量分数为18%~22%的乙酸溶出率为70%~96.34%；所述的陶瓷型芯的使用温度为1600~1800℃，抗热震循环次数30~50次。5.权利要求1
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4任意一项所述的一种镁铬砂镁基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）混料：将镁铬砂粉末、氧化镁粉末、三氧化二铬粉末和二氧化钛粉末进行混料，混料完成后，干燥冷却后，过筛得到混合粉料；（2）粘结剂制备：将石蜡和蜂蜡混合，油浴加热，完全熔化后加入聚乙烯，聚乙烯全部熔化后，搅拌并加热，到熔融的粘结剂；（3）浆料配制 ：预热上述步骤（1）中的混合粉料，将上述步骤（2）中的粘结剂进行加热熔化处理，将预热后的混合粉料分批加入熔融的粘结剂中，搅拌得到浆料；（4）模压成型：预热热压注射机浆桶，将上述步骤（3）中的浆料倒入预热后的热压注射机浆桶中，加热并搅拌，得到熔化的浆料；将热压注射机注射口预热，开启气控系统，增加热压注射机浆桶内气压，启动压铸，使上述熔化的浆料注入预热后的注射机注射口，进入模具，熔化的浆料在模具中冷却固化，脱模，得到生坯；（5）生坯烧结：将上述步骤（4）中所得的生坯置于坩埚中，使用中性氧化铝填料进行填埋，震动并摇匀；对坩埚进行烧结，得到陶瓷型芯。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力，任士平，迟家宝，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：