一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法
2023-07-06 07:44:06 2
一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法
【專利摘要】一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法，它採用陶瓷和尼龍複合纖維強化熔模精鑄型殼，不僅可以增強型殼強度，提高型殼透氣性，而且解決了傳統工藝製備型殼為了保證其強度而增加型殼厚度導致的通氣性差的問題；用於生產高熔點複雜結構整體精鑄件，尼龍有機纖維在型殼焙燒後形成的微孔隙可以提高型殼透氣性，而陶瓷無機纖維保留在型殼中強化型殼強度；它解決了複合纖維漿料分散性問題，使複合纖維能夠良好的交織並均勻的分散在漿料中，從而有利於漿料均勻的塗掛型殼，步驟簡單易於操作；本發明在保證型殼一定壁厚的基礎上增強了型殼強度和提高了型殼透氣性，從而對熔模精鑄型殼的金屬澆注奠定了良好的基礎。
【專利說明】一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種特種鑄造的領域，尤其涉及一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法。
【背景技術】
[0002]熔模精鑄作為一種材料近淨成形技術，不僅能鑄出形狀十分複雜的零件，還可以鑄造組合的、整體的鑄件，常用於複雜航空、航天、汽車工業耐熱構件的成形。隨著技術發展，熔模精鑄已可以生產更大、更精、更薄、更強的產品，但是熔模精鑄型殼存在強度與透氣性相互制約的關係，為了保證精鑄型殼強度，往往採用增加型殼厚度，導致散熱困難，晶粒粗大，而且透氣性差，充型困難，必須提高金屬液澆注溫度，使得型殼與金屬發生反應的程度加劇，大大影響了產品的表面質量，同時金屬液的高溫使得型殼變形嚴重，從而影響精鑄件質量。陶瓷纖維是一種纖維狀輕質耐火材料，具有重量輕、耐高溫、熱穩性好、導熱率低、比熱小及耐機械震動等優點，尼龍纖維也有質輕、透氣、耐磨、強韌、高強力或高張力的性能。採用陶瓷和尼龍複合纖維強化精鑄型殼，複合纖維在精鑄型殼中形成立體網狀結構，可以提高脫蠟時型殼溼強度，型殼焙燒後，尼龍有機纖維被燃燒，在型殼內部形成微孔隙，從而提高精鑄型殼透氣性，而陶瓷無機纖維仍將在型殼內強化型殼，複合纖維增強型殼同時保證了型殼的透氣性和強度。因此本發明旨在用陶瓷與尼龍複合纖維強化精鑄型殼，纖維特性必將會對精鑄型殼強度和透氣性產生較大影響，並最終影響精鑄件質量和性能。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供了一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法，它具有增強型殼強度和提高型殼透氣性的優點。
[0004]本發明是這樣來實現的，熔模精鑄型殼的質量和性能(強度和透氣性等)對鑄件的精度和表面質量影響很大，因此制殼是熔模精鑄的一個關鍵環節。型殼最本質的特點是具有整體的、無分型面、發氣性低的、光潔的型腔表面，而選擇適合的制殼材料對於獲得優質的型殼是至關重要的。採用陶瓷和尼龍複合纖維作為耐火纖維，按一定的比例加入到粘結劑中，用超聲振動與機械攪拌相結合的方法，將複合纖維製備的漿料放在超聲振動和機械攪拌組合容器中，容器上部用帶有浸入式探頭的超聲波設備間歇振動，使超聲產生的空化作用和聲流作用得到更好的發揮，增大漿料的紊亂度，容器下部用機械攪拌設備進行無極調速，使複合纖維在漿料中均勻分散，實現纖維之間的良好交織。從而該複合纖維漿料製備出強化型殼，尼龍有機纖維在型殼焙燒後形成的微空隙可以提高型殼的透氣性，而陶瓷無機纖維保留在型殼中強化型殼強度。
[0005]本發明的基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法包括步驟:
步驟一，複合纖維的製備:先將直徑為6~18μπι、長度為2~16mm的陶瓷纖維、尼龍纖維放入乙醇中，再放入超聲波清洗器中清洗10-20分鐘，然後再放入濃度為0.5~10mol/L鹽酸溶液中浸泡10-30分鐘，再用水清洗、乾燥，完成複合纖維的製備；步驟二，面層:按耐火粉料與粘結劑的質量比2~3:1將耐火粉料加入到粘結劑中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量3%~15%加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz~80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTlSOr/min)，形成面層漿料；然後將蠟模浸入到面層漿料中掛塗，提出後，撒砂、乾燥/硬化，得到面層型殼。
[0006]步驟三，背層:按耐火粉料與粘結劑的質量比2~3:1將耐火粉料加入到粘結劑中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量5%~15%加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz~80kHz，機械攪拌速度:120r/min^l80r/min),形成背層漿料；將步驟二得到面層型殼浸入背層漿料中掛塗，提出後，撒砂、乾燥/硬化，完成一層背層的製備，重複該步驟在背層漿料中掛塗、撒砂和乾燥或硬化操作若干次，得到背層型殼；
步驟四，封漿:按耐火粉料與粘結劑的質量比2~3:1將耐火粉料加入到粘結劑中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量5%~15%加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz~80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTlSOr/min)，形成封漿層漿料；將經步驟三得到的背層型殼浸入封漿層漿料中掛塗，提出後，乾燥/硬化，完成型殼封漿層的製備；
步驟五，焙燒:將經步驟四製備的封漿層型殼，脫蠟後存放12~24h，然後放在焙燒設備為75kw的箱式電爐中焙燒，焙燒溫度選為1000±30°C，焙燒I~1.5h，得到複合纖維增強的熔模精鑄型殼；
所述的粘結劑為矽溶膠，其參數為:Si02質量百分數為30%，Na20的質量百分數≤0.5%，PH值:9~10，運動粘度≤8cp，膠體粒徑:8~12nm ;所述的耐火材料為氧化矽粉末、剛玉粉末、氧化鋁粉末或高嶺土；步驟三所述的重複該步驟在背層漿料中掛塗、撒砂和乾燥或硬化操作次數為3~10次。
[0007]本發明方法用複合纖維強化熔模精鑄型殼，與傳統方法製備熔模精鑄型殼相比具有以下優點:
(1)採用陶瓷和尼龍複合纖維強化熔模精鑄型殼，不僅可以增強型殼強度，提高型殼透氣性，而且解決了傳統工藝製備型殼為了保證其強度而增加型殼厚度導致的通氣性差的問題；
(2)採用陶瓷和尼龍複合纖維強化熔模精鑄型殼，用於生產高熔點複雜結構整體精鑄件，尼龍有機纖維在型殼焙燒後形成的微孔隙可以提高型殼透氣性，而陶瓷無機纖維保留在型殼中強化型殼強度；
(3)本發明採用了超聲振動和機械攪拌相結合的方式解決了複合纖維漿料分散性問題，使複合纖維能夠良好的交織並均勻的分散在漿料中，從而有利於漿料均勻的塗掛型殼，步驟簡單易於操作；
總之，本發明採用陶瓷和尼龍複合纖維強化熔模精鑄型殼製備方法，複合纖維特性對強化型殼透氣性和強度的影響十分明顯，在保證型殼一定壁厚的基礎上增強了型殼強度和提高了型殼透氣性，從而對熔模精鑄型殼的金屬澆注奠定了良好的基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】[0008]圖1為複合纖維增強熔模精鑄型殼的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0009]本發明首先製備複合纖維，然後將其加入到用耐火粉料和粘結劑製備好的漿料中，使用超聲振動和機械攪拌相結合的方法使複合纖維均勻的分散在漿料中，然後將蠟模依次浸入製備好的面層漿料、背層漿料和封漿層漿料中掛塗漿料，提出後，掛砂、乾燥/硬化，最後完成複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備； 本發明所用主要實驗材料如下:
複合纖維:陶瓷無機纖維和尼龍有機纖維
粘結劑:矽溶膠(Si02 30% Na20 ≤ 0.5% PH值:9~10運動粘度≤8cp膠體粒徑:8~12nm)
耐火材料:氧化矽粉末/剛玉粉末/高嶺土/氧化鋁粉末
【具體實施方式】一:本實施方式的一種基於複合纖維強化熔模精鑄型殼制的製備方法按以下步驟進行，如圖1所示:
步驟一，複合纖維的製備:先將直徑為10 μ m、長度為2mm的陶瓷纖維、尼龍纖維放入乙醇中，再放入超聲波清洗器中清洗15分鐘，然後再放入濃度為5mol/L鹽酸溶液中浸泡25分鐘，再用水清洗、乾燥，完成複合纖維的製備。
[0010]步驟二，面層:按氧化鋁粉末與矽溶膠的質量比(2.7:1)將氧化鋁粉末加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備的的耐火複合纖維按質量百分含量為(5%)加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz~80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTl80r/min)，形成面層漿料；將蠟模浸入到面層漿料中掛塗，提出後，撒砂、乾燥/硬化，得到面層型殼。
[0011]步驟三，背層:按高嶺土與矽溶膠的質量比(2:1)將高嶺土末加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量為(5%)加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz~80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTl80r/min)，形成背層漿料；將步驟二得到的面層型殼浸入背層漿料中掛塗漿料，提出後，撒砂、乾燥/乾燥，完成一層背層的製備，重複該步驟在背層漿料中掛塗、掛砂和乾燥/硬化操作7次，得到背層型殼；
步驟四，封漿:按氧化鋁粉末與矽溶膠的質量比為(3:1)將氧化鋁粉末加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火纖維按質量百分含量(10%)加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz~80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTl80r/min),形成封眾層眾料；將經步驟三得到的背層型殼浸入封眾層眾料中掛塗，提出後，乾燥/硬化，完成型殼封漿層的製備；
步驟五，焙燒:將經步驟四製備的封漿層型殼，脫蠟後存放24h，然後放在焙燒設備為75kw的箱式電爐中焙燒，焙燒溫度選為1000±30°C，焙燒lh，得到複合纖維增強的熔模精鑄型殼。
[0012]【具體實施方式】二:本實施方式的一種基於複合纖維強化熔模精鑄型殼制的製備方法按以下步驟進行，如圖1所示:
步驟一，複合纖維的製備:先將直徑為6~18μπι、長度為2~16mm的陶瓷纖維、尼龍纖維放入乙醇中，再放入超聲波清洗器中清洗10分鐘，然後再放入濃度為0.5mol/L鹽酸溶液中浸泡30分鐘，再用水洗、乾燥，完成複合纖維的製備；
步驟二，面層:按剛玉粉末與矽溶膠的質量比(2:1)將剛玉粉末加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備好的複合纖維按質量百分含量為(3%)加入面層漿料中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz?80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTl80r/min)，形成面層漿料，然後將蠟模浸入面層漿料中掛塗漿料，提出後，撒砂、乾燥/硬化，得到過渡層型殼；
步驟三，背層:按高嶺土與矽溶膠的質量比為(2.4:1)將高嶺土加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量為(12%)加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz?80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTlSOr/min)，形成背層漿料；將步驟二得到的過渡層型殼浸入背層漿料中掛塗漿料，提出後，撒砂、乾燥/硬化，完成一層背層的製備，重複該步驟在背層漿料中掛塗、撒砂和乾燥/硬化操作10次，得到背層型殼；
步驟四，封漿:按剛玉粉末與矽溶膠的質量比為(2.3:1)將剛玉粉末加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火纖維按質量百分含量(15%)加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz?80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTlSOr/min)，形成封漿層漿料；將經步驟三得到的背層型殼浸入封漿層漿料中掛塗，提出後，乾燥/硬化，完成型殼封漿層的製備；
步驟五，焙燒:將經步驟四製備的封漿層型殼，脫蠟後存放19h，然後放在焙燒設備為75kw的箱式電爐中焙燒，焙燒溫度選為1000±30°C，焙燒1.5h，得到複合纖維增強的熔模精鑄型殼。
[0013]【具體實施方式】三，如圖1所示；
步驟一，複合纖維的製備:先將直徑為6?18μπι、長度為2?16mm的陶瓷纖維、尼龍纖維放入乙醇中，再放入超聲波清洗器中清洗20分鐘，然後再放入濃度為10mol/L鹽酸溶液中浸泡10分鐘，再用水清洗、乾燥，完成複合纖維的製備。
[0014]步驟二，面層:按氧化鋁粉末與矽溶膠的質量比(3:1)將氧化鋁粉末加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備的的耐火複合纖維按質量百分含量為(15%)加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz?80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTl80r/min)，形成面層漿料；將蠟模浸入到面層漿料中掛塗，提出後，撒砂、乾燥/硬化，得到面層型殼。
[0015]步驟三，背層:按高嶺土與矽溶膠的質量比(3:1)將高嶺土末加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量為(15%)加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz?80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTl80r/min)，形成背層漿料；將步驟二得到的面層型殼浸入背層漿料中掛塗漿料，提出後，撒砂、乾燥/乾燥，完成一層背層的製備，重複該步驟在背層漿料中掛塗、掛砂和乾燥/硬化操作3次，得到背層型殼；
步驟四，封漿:按氧化鋁粉末與矽溶膠的質量比為(2:1)將氧化鋁粉末加入到矽溶膠中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火纖維按質量百分含量(5%)加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻(其中超聲波頻率:20kHz?80kHz，機械攪拌速度:120r/mirTlSOr/min)，形成封漿層漿料；將經步驟三得到的背層型殼浸入封漿層漿料中掛塗，提出後，乾燥/硬化，完成型殼封漿層的製備；
步驟五，焙燒:將經步驟四製備的封漿層型殼，脫蠟後存放12h，然後放在焙燒設備為75kw的箱式電爐中焙燒，焙燒溫度選為1000±30°C，焙燒1.3h，得到複合纖維增強的熔模精鑄型殼。
【權利要求】
1.一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法，其特徵在於，所述製備方法包括步驟: 步驟一，複合纖維的製備:將直徑為6~18um、長度為2~16mm的陶瓷纖維和尼龍纖維先分別放入乙醇中，再放入超聲波清洗器中清洗10-20分鐘，然後再放入濃度為0.5^10mol/L鹽酸溶液中浸泡10-30分鐘，再用水清洗、乾燥，完成複合纖維的製備； 步驟二，面層:按耐火粉料與粘結劑的質量比2~3:1將耐火粉料加入到粘結劑中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量3%~15%加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻，形成面層漿料；然後將蠟模浸入到面層漿料中掛塗，提出後，撒砂、乾燥/硬化，得到面層型殼。
2.步驟三，背層:按耐火粉料與粘結劑的質量比2~3:1將耐火粉料加入到粘結劑中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量5%~15%加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻，形成背層漿料；將步驟二得到面層型殼浸入背層漿料中掛塗，提出後，撒砂、乾燥/硬化，完成一層背層的製備，重複該步驟在背層漿料中掛塗、撒砂和乾燥或硬化操作若干次，得到背層型殼； 步驟四，封漿:按耐火粉料與粘結劑的質量比2~3:1將耐火粉料加入到粘結劑中，攪拌均勻，再將步驟一製備的耐火複合纖維按質量百分含量5%~15%加入其中，用超聲振動和機械攪拌相結合的方法將其攪拌均勻，形成封漿層漿料；將經步驟三得到的背層型殼浸入封漿層漿料中掛塗，提出後，乾燥/硬化，完成型殼封漿層的製備； 步驟五，焙燒:將經步驟四製備的封漿層型殼，脫蠟後存放12~24h，然後放在焙燒設備為75kw的箱式電爐中焙燒，焙燒溫度選為1000±30°C，焙燒I~1.5h，得到複合纖維增強的熔模精鑄型殼。
3.如權利要求1所述的一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法，其特徵在於，所述的粘結劑為矽溶膠，其參數為:Si02質量百分數為30%，Na20的質量百分數^ 0.5%，PH值:9~10，運動粘度≤8cp，膠體粒徑:8~12nm。
4.如權利要求1所述的一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法，其特徵在於，所述的耐火材料為氧化矽粉末、剛玉粉末、高嶺土或氧化鋁粉末。
5.如權利要求1所述的一種基於複合纖維增強熔模精鑄型殼的製備方法，其特徵在於，步驟三所述的重複該步驟在背層漿料中掛塗、撒砂和乾燥或硬化操作次數為3~10次。
【文檔編號】B22C9/04GK103639359SQ201310533565
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】蘆剛, 嚴青松, 餘歡, 盧百平, 毛蒲 申請人:南昌航空大學