專利名稱：一種用于高溫合金單晶葉片制造的模殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫合金部件的精密鑄造，具體是用于高溫合金單晶葉片制造的一種導(dǎo)熱模殼。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在制造高溫合金葉片的模殼材料為陶瓷，以A1203為主，導(dǎo)熱性很差，特別是重型燃機(jī)用的大型葉片的模殼很厚，造成葉片凝固過程中冷卻太慢，無法建立較高的溫度梯度來保證單晶組織的形成。世界上正積極開發(fā)新工藝以改善葉片凝固過程中的散熱，其中最著名的為液態(tài)金屬冷卻，即在爐底下設(shè)置一加熱的液態(tài)金屬的熔池，模殼降入池中通過傳導(dǎo)向外散熱。但是，這種方法只是改進(jìn)了模殼表面向周圍環(huán)境的散熱，并沒有減小模殼本身的熱阻，金屬鑄件的熱量仍然難以從模殼的內(nèi)表面?zhèn)鞯酵獗砻?，而且液態(tài)金屬浴冷法的附加設(shè)備龐大，操作繁瑣，需要將成噸的錫或Al熔化過熱作液態(tài)冷卻劑，生產(chǎn)成本很高，因而難于應(yīng)用到生產(chǎn)中去。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:提供一種用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，可有效克服上述弊端，減小模殼本身的熱阻以提高葉片的冷卻速度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，在定向凝固裝置中使用，所述模殼的面層對應(yīng)模殼內(nèi)的高溫合金熔體、背層采用熱的良導(dǎo)體材料制得。所述模殼背層的材料為碳化硅或石墨。所述背層的材料為碳化硅時(shí)，模殼的面層的材料為碳化硅或陶瓷。所述背層的材料為石墨時(shí)，模殼的面層的材料為陶瓷。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:
本發(fā)明的導(dǎo)熱型模殼，使用導(dǎo)熱性好的材料制作模殼，如石墨和碳化硅(SiC)。作為熱的良導(dǎo)體，它們的導(dǎo)熱性能不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陶瓷材料，甚至顯著好于高溫合金。具體的:碳化硅是著名的熱良導(dǎo)體，且化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，可非常簡單地用來作模殼材料。不論面層還是背層，只需將砂料和漿料中的粉料由陶瓷換成碳化硅，按通常的方法進(jìn)行粘漿、淋砂、脫蠟、燒殘蠟和高溫焙燒。所有工序都可在空氣中進(jìn)行。石墨的導(dǎo)熱能力比碳化硅還要高數(shù)倍。利用石墨做模殼材料時(shí)，需先用普通的剛玉粉漿料作面層，防止金屬液直接與石墨接觸引起增碳。由于面層很薄，對模殼的熱阻影響不大。做模殼的背層時(shí)將砂料和漿料中粉料由剛玉換成石墨。由于石墨溫度高時(shí)會(huì)被氧化，所以模殼脫蠟后燒殘蠟時(shí)溫度不能高，高溫焙燒也不能在空氣中進(jìn)行。本發(fā)明所提供的使用導(dǎo)熱材料做成的用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，將會(huì)使模殼的導(dǎo)熱能力提高一個(gè)數(shù)量級以上，從而大大加快鑄件的冷卻速度，顯著改善定向凝固的熱溫條件，提高單晶或定向柱晶葉片的成品率。


圖1為本發(fā)明碳化硅模殼制造示意 圖2為本發(fā)明石墨模殼制造示意圖。圖中標(biāo)號表示:1、葉片蠟?zāi)＃?、碳化硅模殼，3、底盤蠟?zāi)＃?、陶瓷面層，5、石墨背層。
具體實(shí)施例方式如圖1 2所示，本發(fā)明是一種用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，在定向凝固裝置中使用，本發(fā)明的模殼的面層對應(yīng)其內(nèi)部裝的高溫合金熔體、背層采用熱的良導(dǎo)體材料制得。本具體實(shí)施方式
中，背層可采用的熱的良導(dǎo)體材料有:碳化硅(SiC)、石墨或其他導(dǎo)熱性良好且具有一定硬度的材料等。具體以碳化硅或石墨這兩種材料來說明:
當(dāng)背層的材料為碳化硅時(shí)，模殼的面層的材料為碳化硅或陶瓷。也就是說，當(dāng)要使用碳化硅這種導(dǎo)熱材料時(shí)，可以整體使用碳化硅制作導(dǎo)熱模殼，也可以使用陶瓷制作導(dǎo)熱模殼的面層、僅使用碳化硅制作背層。當(dāng)背層的材料為石墨時(shí)，模殼的面層的材料為陶瓷。也就是說，當(dāng)要使用石墨這種導(dǎo)熱材料時(shí)，必須使用陶瓷制作導(dǎo)熱模殼的面層、只能將石墨制作成模殼的背層。實(shí)施例一,整體使用碳化娃制作導(dǎo)熱模殼的方法
準(zhǔn)備工作:使用碳化硅粉做粉料、硅溶膠做粘結(jié)劑、加入其它輔助料(如潤濕劑和消泡齊U)混成漿料，并使用碳化硅顆粒作為砂料。制作方法:
O按通常方法組裝葉片蠟?zāi)?，用來形成模殼內(nèi)腔。2)使用普通的精密鑄造法在葉片蠟?zāi)的外表面使用粘漿淋砂的方法制作碳化娃模殼2的面層和背層。3)碳化硅模殼2干燥后，使用通常的方法進(jìn)行脫蠟和燒殘蠟，并在空氣氣氛中進(jìn)行焙燒強(qiáng)化。4)碳化硅模殼2在真空爐內(nèi)預(yù)熱并保溫，然后澆入高溫金屬合金熔體，進(jìn)行定向凝固。本實(shí)施例一僅僅是將通常精密鑄造工藝中漿料的粉料和淋砂用的砂料由剛玉更換為碳化硅，其他的制殼工序基本一致。實(shí)施例二，使用石墨和陶瓷制作導(dǎo)熱模殼的方法 使用陶瓷制作導(dǎo)熱模殼的面層:
O按通常方法組裝葉片蠟?zāi)?，用來形成模殼內(nèi)腔。2)使用普通的精密鑄造法在葉片蠟?zāi)的外表面，使用剛玉粉漿料及砂料、采用粘漿淋砂的方法制作陶瓷面層4。使用石墨制作導(dǎo)熱模殼的背層:
3)使用石墨做粉料、硅溶膠做粘結(jié)劑、加入其它輔助料(如潤濕劑和消泡劑)混成漿料，并使用石墨顆粒作為砂料。
4)使用普通的精密鑄造法在陶瓷面層4的外表面，使用步驟3)的漿料和砂料、采用粘漿淋砂的方法制作石墨背層5，完成本導(dǎo)熱模殼的造型。5)導(dǎo)熱模殼干燥后，使用通常的方法進(jìn)行脫蠟，并在400度左右的溫度下燒去殘臘。6)導(dǎo)熱模殼在使用之前，先在真空爐內(nèi)預(yù)熱并保溫焙燒，然后再進(jìn)行高溫金屬合金試樣的燒注和定向凝固。
權(quán)利要求
1.一種用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，在定向凝固裝置中使用，其特征在于:所述模殼的面層對應(yīng)模殼內(nèi)的高溫合金熔體、背層采用熱的良導(dǎo)體材料制得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，其特征在于:所述模殼背層的材料為碳化硅或石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，其特征在于:所述背層的材料為碳化娃時(shí)，模殼的面層的材料為碳化娃或陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，其特征在于:所述背層的材料為石墨時(shí)，模殼的面層的材料為陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，在定向凝固工藝中使用，所述模殼的面層對應(yīng)模殼內(nèi)的高溫合金熔體、背層采用熱的良導(dǎo)體材料制得。所述模殼背層的材料為碳化硅或石墨。所述背層的材料為碳化硅時(shí)，模殼的面層的材料為碳化硅或陶瓷。所述背層的材料為石墨時(shí)，模殼的面層的材料為陶瓷。本發(fā)明所提供的使用導(dǎo)熱材料做成的用于高溫合金單晶葉片制造的模殼，使用石墨和碳化硅作為熱的良導(dǎo)體，它們的導(dǎo)熱性能不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陶瓷材料，甚至顯著好于高溫合金，將會(huì)使模殼的導(dǎo)熱能力提高一個(gè)數(shù)量級以上，從而大大加快鑄件的冷卻速度，顯著改善定向凝固的熱溫條件，提高單晶或定向柱晶葉片的成品率。
文檔編號B22D27/04GK103192062SQ20131011069
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者馬德新, 楊功顯, 鞏秀芳 申請人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司