鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料及其製備方法
2023-06-04 15:22:51
專利名稱：鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及到熔模精密鑄造領域，具體涉及到鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型 殼的背層塗料及其製備方法。
背景技術：
鈦及鈦鋁基合金具有低密度、較高的楊氏模量和高溫強度、良好的抗蠕變 及抗氧化性等優點，在航空航天工業、汽車工業中的輕質耐高溫結構部件中具 有很好的應用前景。但阻礙鈦及鈦鋁基合金大規模應用的瓶頸在於其室溫塑性 和難加工性。熔模精密鑄造作為一種可生產形狀複雜、近淨形結構件的技術， 適於批量製造、無加工餘量及難於機加工的複雜構件。目前，鈦及鈦鋁基合金 熔模精密鑄造主要採用氧化物陶瓷型殼，鈦及鈦鋁基合金熔模精密鑄造技術， 已為國防、民用領域製造出多種薄壁、複雜的鈦及鈦鋁基合金精鑄件產品。然 而，鈦鋁基合金作為一種金屬間化合物，其凝固特性不同於一般的合金，鈦鋁 基合金精鑄過程中，由於鑄件自身結構特點使得鑄件在線收縮時，受到來自型 殼的阻力，形成受阻收縮。受阻收縮是鑄件產生變形、熱裂、內應力和冷裂等 缺陷的主要原因。對於鈦鋁基合金來說，在鈦中加入鋁會使其收縮率增加，易 於在凝固過程中產生大的縮孔和集中縮松，如果鑄件在澆鑄後其收縮受阻，受 到型殼的阻力大於其所能承受的應力極限，那麼就會導致鑄件中裂紋的產生， 最終導致在縮松和縮孔處斷裂。
現有製作型殼的背層塗料在塗掛後過於僵硬，不易變形，使用這種塗料制 作的型殼使鑄件在冷卻收縮的的過程中，受到來自型殼的阻力較大，形成受阻 收縮。而鈦及鈦鋁合金的收縮率比較大，尤其是鈦鋁合金，易於在凝固過程中 產生大的縮孔和集中縮松，當鑄件在澆鑄後其收縮受阻，受到型殼的阻力大於 其所能承受的應力極限，那麼就會導致鑄件中裂紋的產生，最終導致在縮松和 縮孔處斷裂。
發明內容
為了解決現有的背層塗料塗掛後，僵硬、不易變形，而導致鑄件在冷卻過
程中受型殼的阻力而產生裂紋的問題，本發明提供了一種鑄造鈦及鈦鋁基合金 陶瓷型殼的背層塗料及其製備方法。
鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料，它包含有矽溶膠、鋁礬土粉、
潤溼劑JFC和消泡劑正辛醇，它還包含有高聚物及水乳膠，其中鋁礬土粉的 粒度為250目 400目，所述鋁礬土粉與矽溶膠的粉液比為2g/ml 3.5g/ml， 高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量百分比為0.01wt% 0.04wt%，潤溼劑JFC與 矽溶膠的質量百分比為0.02wt% 0.06wt%，消泡劑正辛醇與矽溶膠的質量百 分比為0.02wt% 0.05wt%。
鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的製備方法為
步驟一將濃度為15°/。 35%的矽溶膠加入攪拌筒中進行攪拌，同時緩慢 加入高聚物及水乳膠，確保矽溶膠的膠團被攪碎，攪拌成膠狀；
步驟二將步驟一攪拌完成的膠狀物放入到L型攪拌桶中進行攪拌，同 時逐漸加入消泡劑正辛醇、潤溼劑JFC和鋁礬土粉，然後攪拌3小時以上；
步驟三在溼度為60% 65%的室溫下靜置6 10小時，確保耐火粉料鋁 礬土的表面完全潤溼和氣體全部逸出。
本發明的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料，在塗掛後隨著溫度的 降低，收縮趨勢或收縮率能夠與金屬保持一致或趨於一致，減小鑄件在冷卻過 程中所受的阻力；應用本發明的背層塗料製作的型殼，透氣性好、降低了型殼 的殘餘強度、改善了型殼的潰散性，提高了鈦及鈦鋁基合金熔模精密鑄造的質 量，尤其適用於製造厚度小於lmm的鈦及鈦鋁基合金的多孔陶瓷型殼。
本發明可以廣泛地應用到國防、民用鈦及鈦鋁基合金鑄件型殼的製造中。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗 料，它包含有矽溶膠、鋁礬土粉、潤溼劑JFC和消泡劑正辛醇，它還包含有
高聚物及水乳膠，其中鋁礬土粉的粒度為250目 400目，所述鋁鞏土粉與矽 溶膠的粉液比為2g/ml 3.5g/ml，高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量百分比為 0.01wty。 0.04wt。/。，潤溼劑JFC與矽溶膠的質量百分比為0.02wt% 0.06wt%， 消泡劑正辛醇與矽溶膠的質量百分比為0.02wt% 0.05wt%。 鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的製備方法為 步驟一將濃度為15% 35%的矽溶膠加入攪拌筒中進行攪拌，同時緩慢 加入高聚物及水乳膠，確保矽溶膠的膠團被攪碎，攪拌成膠狀； 步驟二將步驟一攪拌完成的膠狀物放入到L型攪拌桶中進行攪拌，同 時逐漸加入消泡劑正辛醇、潤溼劑JFC和鋁礬土粉，然後攪拌3小時以上； 步驟三在溼度為60% 65%的室溫下靜置6 10小時，確保耐火粉料鋁
磯土的表面完全潤溼和氣體全部逸出。
本實施方式中所述的高聚物及水乳膠是高聚物與水乳膠以1: 1的質量比 混合在一起的混合物。
本實施方式中在背層塗料中混合的高聚物及水乳膠，與矽溶膠混合無明顯 的促凝作用，對塗料性能無不利影響，同時粘結後的高聚物及水乳膠在高溫下 能夠燒失，使用本實施方式所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料制 作型殼的背層，在型殼焙燒的過程中，由於塗料中添加的高聚物及水乳膠被燒 失，在所述型殼的背層中形成均勻細小的孔洞，從而降低了型殼的殘餘強度， 達到改善型殼退讓性、減少鑄件裂紋的目的。
經測試，使用加有高聚物及水乳膠的背層塗料製作的型殼的背層，其型殼 殘餘強度為5.06MPa，使用現有沒有添加高聚物及水乳膠的背層塗料製作的型 殼，其型殼殘餘強度為6. 47Mpa，型殼殘餘強度明顯降低。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基 合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述鋁礬土粉的粒度為250目 300目。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基 合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述鋁礬土粉的粒度為300目 350目。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基 合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述鋁礬土粉的粒度為350目 400目。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基
合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述鋁礬土粉的粒度為325目或者375 目。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基 合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述鋁礬土粉與矽溶膠的粉液比為 2g/ml 2.5g/ml。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基 合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述鋁礬土粉與矽溶膠的粉液比為 2.5g/ml 3g/ml。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基 合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述鋁礬土粉與矽溶膠的粉液比為
3g/ml 3.5g/ml。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基 合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量百 分比為0.01wt°/。 0.02wt%。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁基 合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量百 分比為0.02wt% 0.04wt%。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量
百分比為0.015wt。/o或者0.03wt%。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述潤溼劑JFC與矽溶膠的質量百
分比為0.02wt% 0.03wt%。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述潤溼劑JFC與矽溶膠的質量百 分比為0.03wt% 0.04wt%。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述潤溼劑JFC與矽溶膠的質量百 分比為0.04 wt% 0.06 wt%。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述潤溼劑JFC與矽溶膠的質量百 分比為0.03wt。/。或者0.05 wt%。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述消泡劑正辛醇與矽溶膠的質量百 分比為0.02wt% 0.04wt%。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述消泡劑正辛醇與矽溶膠的質量百
分比為0.04wt% 0.05wt% 。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的區別在於，所述消泡劑正辛醇與矽溶膠的質量百
分比為0.03wt。/。或0.04wt% 。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的製作方法的區別在於，在步驟一中使用濃度為 30%的矽溶膠。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦鋁 基合金陶瓷型殼的背層塗料的製作方法的區別在於，在步驟二中，攪拌3小時 到5小時。
具體實施方式
二十一 本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及 釹鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的製作方法的區別在於，在步驟三中所述的室 溫的溫度為22。C 24。C。
具體實施方式
二十二本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦 鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的製作方法的區別在於，在步驟一中，採用轉速 為80r/min 90r/min的速度進行攪拌，攪拌時間為20分鐘 40分鐘。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
一所述的鑄造鈦及鈦 鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的製作方法的區別在於，在步驟二中採用轉速為 35r/min 40r/min的速度進行低速攪拌。
權利要求
1、鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料，它包含有矽溶膠、鋁礬土粉、潤溼劑JFC和消泡劑正辛醇，其特徵在於它還包含有高聚物及水乳膠，其中鋁礬土粉的粒度為250目～400目，所述鋁礬土粉與矽溶膠的粉液比為2g/ml～3.5g/ml，高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量百分比為0.01wt％～0.04wt％，潤溼劑JFC與矽溶膠的質量百分比為0.02wt％～0.06wt％，消泡劑正辛醇與矽溶膠的質量百分比為0.02wt％～0.05wt％。
2、 根據權利要求1所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料， 其特徵在於，所述鋁礬土粉的粒度為325目。
3、 根據權利要求1所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料， 其特徵在於，所述高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量百分比為0.01wt% 0.02wt%。
4、 根據權利要求1所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料， 其特徵在於，所述高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量百分比為0.02wt% 0.04wt%。
5、 根據權利要求1所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料， 其特徵在於，所述高聚物及水乳膠與矽溶膠的質量百分比為0.015wt。/。或者 0.03 wt%。
6、 鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的製備方法為 步驟一將濃度為15% 35%矽溶膠加入攪拌筒中進行攪拌，同時緩慢加入高聚物及水乳膠，確保矽溶膠的膠團被絞碎，攪拌成膠狀；步驟二將步驟一攪拌完成的膠狀物放入到L型攪拌桶中進行攪拌，同 時逐漸加入消泡劑正辛醇、潤溼劑JFC和鋁礬土粉，然後攪拌3小時以上；步驟三在溼度為60% 65%的室溫下靜置6 10小時，確保耐火粉料鋁礬土的表面完全潤溼和氣體全部逸出。
7、 根據權利要求6所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的 製作方法，其特徵在於，在步驟二中，攪拌3小時到5小時。
8、 根據權利要求6所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的 製作方法，其特徵在於，在步驟三中所述的室溫的溫度為22。C 24。C。
9、 根據權利要求6所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料的 製作方法，其特徵在於，在步驟一中，採用轉速為80r/min 90r/min的速度 進行攪拌，攪拌時間為20分鐘 40分鐘。
10、根據權利要求6所述的鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料 的製作方法，其特徵在於，在步驟二中採用轉速為35r/min 40r/min的速度 進行低速攪拌。
全文摘要
鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料及其製備方法，它涉及到鑄造鈦及鈦鋁基合金陶瓷型殼的背層塗料及其製備方法。它解決了現有的背層塗料塗掛後，僵硬、不易變形，進而導致鑄件在冷卻過程中受型殼阻力而產生裂紋的問題。它包含有矽溶膠、鋁礬土粉、潤溼劑JFC和消泡劑正辛醇，還包含有高聚物及水乳膠。它的製備方法為一、將濃度為15％～35％矽溶膠加入攪拌筒中進行攪拌，同時緩慢加入高聚物及水乳膠；二、將攪拌完成的膠狀物放入到L型攪拌桶中進行攪拌，同時逐漸加入消泡劑正辛醇、潤溼劑JFC和鋁礬土粉；三、在溼度為60％～65％的室溫下靜置6～10小時。本發明可以廣泛地應用到國防、民用鈦及鈦鋁基合金鑄件型殼的製造中。
文檔編號B22C3/00GK101099988SQ20071007260
公開日2008年1月9日 申請日期2007年8月2日 優先權日2007年8月2日
發明者盧玉紅, 孔凡濤, 徐麗娟, 王惠光, 競 田, 肖樹龍, 陳玉勇, 陳豔飛 申請人:哈爾濱工業大學