一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝的制作方法
【專利摘要】一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝，陶瓷型芯芯料由70％—85％的石英玻璃粉和15％—30％M75型莫來石粉組成，增塑劑由97％的白石蠟和3％的聚乙烯組成；型芯壓制工藝參數為：模具預熱溫度30—45℃，料漿溫度95—110℃，壓注壓力2.0—3.0MPa，保壓時間15—20s；型芯燒結工藝參數為：200℃保溫4h，400℃保溫4h，600℃保溫1h，900℃保溫1h，終燒溫度1150—1160℃保溫4h；燒結后，采用硅酸乙酯強化劑進行高溫強化，用環(huán)氧樹脂、聚酰胺樹脂、丙酮按一定比例配制的低溫強化劑進行低溫強化；最后進行烘烤。采用該工藝制備的薄壁硅基陶瓷型芯，成品率可達到85％以上，澆注過程中斷芯率低于8％，收縮率小，室溫、高溫強度好，尺寸精度高，在鑄造過程中不變形，易脫芯，能夠滿足腔道復雜的薄壁鑄件的鑄造需求。
【專利說明】一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及熔模精密鑄造，特別是一種用于熔模鑄造航空發(fā)動機空心鑄件的薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝。

【背景技術】
[0002]近年來世界各國在不斷改善航空發(fā)動機的綜合性能，特別是提高葉片的承溫能力。因此，不斷改善葉片冷卻結構，提高冷卻性能成為目前渦輪葉片設計與制造追求的目標。
[0003]航空發(fā)動機鑄件熔模鑄造目前廣泛采用陶瓷型芯形成鑄件錯綜復雜的內腔結構。隨著發(fā)動機技術的不斷提升，氣冷葉片(目前主要為定向、單晶高溫合金葉片)的冷卻結構更為復雜，壁更薄(如有的葉片排氣縫厚度甚至只有0.2mm)，與傳統(tǒng)的空心葉片有很大的不同，其制備工藝是技術難點。這類氣冷葉片的關鍵制造技術是陶瓷型芯的制造，要求陶瓷型芯必須具有良好的耐火度、室溫強度、高溫強度、高溫熱穩(wěn)定性、孔隙率及脫芯性能。采用常規(guī)陶瓷型芯制備工藝制造這類結構復雜的薄壁陶瓷型芯，存在型芯壓不足、易出現(xiàn)壓制裂紋和燒結裂紋等技術問題，導致陶瓷型芯的合格率很低，一般不超過40% ;而且這種型芯在澆注過程中容易發(fā)生斷芯，由斷芯造成的鑄件廢品占到總廢品的60%以上。顯然，常規(guī)陶瓷型芯制備工藝已不能滿足制備這類結構復雜的薄壁陶瓷型芯的工藝要求。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對常規(guī)陶瓷型芯制備工藝存在的上述技術問題加以改進，提供一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝。
[0005]為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供的薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝，包括以下步驟:
[0006]步驟1:配料
[0007]芯料配比按重量百分比計，由石英玻璃粉(基體材料)70% — 85%和M75型莫來石粉(礦化劑)15%—30%組成；增塑劑按重量百分比計，由97%的白石蠟和3%的聚乙烯組成；增塑劑按占石英玻璃粉和M75型莫來石粉總重量的15%—20%添加；
[0008]步驟2:制備料漿
[0009]先將增塑劑加入攪料筒中加熱熔化，全部熔化后，將烘干稱完重量的芯料逐漸加入攪料筒內，芯料全部加入后，攪拌24h以上，料漿溫度控制在120— 130°C范圍內，攪拌均勻后，靜止10 — 20min排除氣泡；
[0010]步驟3:型芯壓制
[0011]然后利用型芯模具和50t高壓壓芯機壓制成形，壓制工藝參數為:
[0012]模具預熱溫度:30—45°C，
[0013]料漿溫度:95— 110°C，
[0014]壓注壓力'2.0—3.0MPa,
[0015]保壓時間:15—20s;
[0016]步驟4:型芯燒結
[0017]將壓制成形的濕態(tài)陶瓷型芯放入裝有工業(yè)氧化鋁粉填料的專用陶瓷罐中燒結，燒結工藝參數為:
[0018]2000C，升溫時間lh，保溫4h，
[0019]400°C,升溫時間lh，保溫4h，
[0020]600°C，升溫時間lh，保溫Ih,
[0021]900°C，升溫時間lh，保溫Ih,
[0022]終燒溫度1150— 1160 °C,升溫時間2h，保溫4h ；
[0023]然后隨爐冷卻，至300°C以下開爐門，200°C以下出爐，100°C以下出芯；
[0024]步驟5:型芯高溫強化
[0025]將燒結好的陶瓷型芯浸入粘度為(3.0-4.5) X 10_6m2/s的硅酸乙酯強化劑中，待氣泡完全消失(約40— 50min)后取出，置于自干架上自干24h以上；
[0026]步驟6:型芯低溫強化
[0027]將經高溫強化的陶瓷型芯浸入按重量比環(huán)氧樹脂:聚酰胺樹脂:丙酮=1:1:6配制的低溫強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上；
[0028]步驟7:型芯烘烤
[0029]將經低溫強化的陶瓷型芯整齊放置于DHl型電熱鼓風恒熱干燥箱中進行烘烤，烘烤工藝參數為:
[0030]溫度50± 10°C，保溫 30min，
[0031]100±10°C，保溫 30min，
[0032]150±10°C，保溫 Ih ;
[0033]然后隨爐冷卻至室溫后取出。
[0034]與原有傳統(tǒng)陶瓷型芯制備工藝相比較，本發(fā)明陶瓷型芯制備工藝具有以下有益效果:
[0035]1、配料時，增加礦化劑的用量，有利于型芯的燒結和型芯的高溫抗變形能力；適當提高增塑劑，可保證型芯薄壁部分壓制成形。
[0036]2、料漿溫度控制在120— 130°C，有利于漿料在模具中的流動；型芯壓制工藝參數選擇模具預熱溫度30—45°C，料漿溫度:95 — 110°C，壓注壓力2.0—3.0MPa，有利于型芯薄壁部分壓制成形和強度，可使陶瓷型芯的壓制成形率達到95%以上。
[0037]3、型芯的燒結分成排蠟和終燒兩大階段，其中排蠟階段采取在不同溫度下保溫一定時間，可以使型芯內的增塑劑被熔化后通過型芯表面向氧化鋁粉填料擴散，被填料吸收后進一步向外揮發(fā)，直到去除干凈，從而避免型芯中因增塑劑殘留產生的起皮、鼓泡和層裂等缺陷；終燒采取1150— 1160°C高溫保溫4小時，既可滿足型芯的強度要求，同時又不易產生燒結裂紋和變形，型芯燒結完好率可提升到85%—90%。
[0038]4、型芯燒結后采用由硅酸乙酯配制的高溫強化劑和環(huán)氧樹脂、聚酰胺樹脂、丙酮按一定比例配制的低溫強化劑，按專用工藝參數分別進行高溫和低溫強化，可使型芯的尺寸穩(wěn)定性、高溫和室溫強度達到精密鑄造高溫合金鑄件要求。
[0039]5、型芯的烘烤采取不同溫度下保溫一定時間，有利于高溫、低溫強化劑的滲入，進一步提升型芯的強度，并減少型芯的形變。
[0040]基于以上有益效果，采用本發(fā)明工藝生產形狀不規(guī)則薄壁硅基陶瓷型芯，其成品率可達到85%以上；同時可大幅度減少澆注過程中因斷芯造成的廢品，對降低航空發(fā)動機生產成本和提升航空發(fā)動機熔模鑄造技術具有重大作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明陶瓷型芯燒結工藝曲線；
[0042]圖2為本發(fā)明陶瓷型芯烘烤工藝曲線。

【具體實施方式】
[0043]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0044]本實施例為熔模鑄造某航空發(fā)動機空心葉片時采用本發(fā)明工藝制作薄壁硅基陶瓷型芯。該陶瓷型芯形狀為不規(guī)則曲面結構，排氣邊布滿0.3_小孔，型芯長度120_，進氣邊厚度3mm，排氣邊厚度0.2mm。按以下步驟進行制作:
[0045]1.配料
[0046]按重量百分比:石英玻璃粉80%，M75型莫來石粉20%配制陶瓷型芯芯料；增塑劑按重量由97%的白石蠟和3%的的聚乙烯組成，增塑劑按占陶瓷型芯芯料總重的18%添加；
[0047]2.制備漿料
[0048]先將占芯料重量18%的增塑劑加入攪料筒中加熱熔化，待全部熔化后，將烘干稱重后的芯料逐漸加入攪料筒內，待芯料全部加入后，攪拌30h，料漿溫度控制在130°C，攪拌均勻后，靜止20min排除氣泡。
[0049]3.型芯壓制
[0050]利用型芯模具和50t高壓壓芯機壓制成形，壓制工藝參數為:
[0051]模具預熱溫度:40°C，
[0052]料漿溫度:105°C，
[0053]壓注壓力:2.5MPa,
[0054]保壓時間:20s ;
[0055]4.型芯燒結
[0056]將壓制成形的濕態(tài)陶瓷型芯放入裝有工業(yè)氧化鋁粉填料的專用陶瓷罐中燒結，燒結工藝曲線如圖1所示:200°C，升溫時間lh，保溫4h ;400°C，升溫時間lh，保溫4h ；600°C,升溫時間lh，保溫Ih ；9000C，升溫時間lh，保溫Ih ;終燒溫度1155°C，升溫時間2h，保溫4h ；然后隨爐冷卻，至200 V時開爐門，100°C時出爐，室溫時出芯；
[0057]5.型芯高溫強化
[0058]將燒結好的陶瓷型芯浸入粘度為(3.0-4.5) X 10_6m2/s的硅酸乙酯強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干25h ；
[0059]6.型芯低溫強化
[0060]將經步驟5高溫強化的陶瓷型芯浸入按重量比環(huán)氧樹脂:聚酰胺樹脂:丙酮=I:
1:6配制的低溫強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干30h ;
[0061]7.型芯烘烤
[0062]將經步驟6低溫強化的陶瓷型芯整齊放置于DHl型電熱鼓風恒熱干燥箱中進行烘烤，烘烤工藝曲線如圖2所示:50±101:，保溫301^11 ;100±10°C，保溫30min ;150±10°C，保溫Ih ;然后隨爐冷卻到室溫后取出。
[0063]采用上述方法制備的陶瓷型芯，型芯表面光潔、平整，收縮率小，室溫、高溫強度很好，尺寸精度高，在鑄造過程中不變形，易脫芯，能夠滿足氣冷葉片的鑄造需求。經批量生產和使用證明，該型芯燒結完好率達到90%以上，斷芯率低于8%。
【權利要求】
1.一種薄壁硅基陶瓷型芯制備工藝，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:配料 芯料配比按重量百分比計，由石英玻璃粉70 %—85 %和M75型莫來石粉15 %—30 %組成；增塑劑按重量百分比計，由97%的白石蠟和3%的聚乙烯組成；增塑劑按占石英玻璃粉和M75型莫來石粉總重量的15%—20%添加； 步驟2:制備料漿 先將增塑劑加入攪料筒中加熱熔化，全部熔化后，將烘干稱完重量的芯料逐漸加入攪料筒內，芯料全部加入后，攪拌24h以上，料漿溫度控制在120— 130°C范圍內，攪拌均勻后，靜止10 — 20min排除氣泡； 步驟3:型芯壓制 然后利用型芯模具和50t高壓壓芯機壓制成形，壓制工藝參數為: 模具預熱溫度:30—45°C， 料漿溫度:95 — 110°C， 壓注壓力:2.0—3.0MPa, 保壓時間:15—20s ； 步驟4:型芯燒結 將壓制成形的濕態(tài)陶瓷型芯放入裝有工業(yè)氧化鋁粉填料的專用陶瓷罐中燒結，燒結工藝參數為: 200°C，升溫時間lh，保溫4h， 400°C，升溫時間lh，保溫4h， 600°C，升溫時間lh，保溫Ih, 900°C，升溫時間lh，保溫Ih, 終燒溫度1150—11601:，升溫時間2h，保溫4h ； 然后隨爐冷卻，至300°C以下開爐門，200°C以下出爐，100°C以下出芯； 步驟5:型芯高溫強化 將燒結好的陶瓷型芯浸入粘度為(3.0-4.5) X 10_6m2/s的硅酸乙酯強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上； 步驟6:型芯低溫強化 將經高溫強化的陶瓷型芯浸入按重量比環(huán)氧樹脂:聚酰胺樹脂:丙酮=I:1:6配制的低溫強化劑中，待氣泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上； 步驟7:型芯烘烤 將經低溫強化的陶瓷型芯整齊放置于DHl型電熱鼓風恒熱干燥箱中進行烘烤，烘烤工藝參數為: 溫度 50±10°C，保溫 30min， 100±10°C，保溫 30min， 150±10°C，保溫 Ih ； 然后隨爐冷卻至室溫后取出。
【文檔編號】C04B35/622GK104384452SQ201410581635
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權日:2014年10月24日
【發(fā)明者】韓大平, 黃靜, 倪偉, 王延輝, 顧欣 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司