本發(fā)明公開了一種鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型的制備方法，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)競爭日益全球化，新型材料在航空、軍工、電子及汽車工業(yè)領(lǐng)域的研制及應(yīng)用得到了快速發(fā)展，同時(shí)對(duì)材料性能及制造工藝提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。快速成形技術(shù)作為現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中備受關(guān)注的焦點(diǎn)，它所具備的不受零件復(fù)雜程度的制約、成形工藝簡單快捷、制件尺寸精確、性能穩(wěn)定及市場響應(yīng)速度快等特點(diǎn)開辟了復(fù)雜零件和快速模具制造的新途徑，具有廣泛的應(yīng)用前景，必將成為推動(dòng)先進(jìn)材料研究和鑄造模具行業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。

傳統(tǒng)方法制備覆膜砂型常將砂芯分成幾塊分別制備，然后進(jìn)行組裝，需要考慮裝配定位和精度問題，制作周期長，加工難度大，成本高，一些復(fù)雜型腔模具的制造非常困難，往往成為制約各企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的瓶頸。尤其在航空、航天、國防、汽車等制造行業(yè)，其基礎(chǔ)的核心部件大多是非對(duì)稱的，具有不規(guī)則自由曲面或內(nèi)部含有精細(xì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜金屬零件，模具的制造難度非常大。而鋯砂覆膜砂具有較高的熱態(tài)抗拉強(qiáng)度和常溫抗拉強(qiáng)度，在生產(chǎn)表面質(zhì)量要求高和尺寸精度高的鑄件上具有較大的優(yōu)越性。鋯砂的特性是耐熱性高，熱膨脹系數(shù)小，激冷作用強(qiáng)，因此，鋯砂覆膜砂殼型殼芯法生產(chǎn)工藝比硅砂覆膜砂生產(chǎn)工藝具有更大的優(yōu)越性，生產(chǎn)的鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好、內(nèi)部組織致密。但是熔融鈦因具有很高的化學(xué)活，鑄造成形時(shí)極易與常規(guī)鑄型材料發(fā)生界面反應(yīng)，導(dǎo)致鈦鑄件表面產(chǎn)生較厚的氧化層、黏砂、表面夾雜及氣孔等一系列的鑄造缺陷，限制了覆膜砂型(芯) 在鈦合金鑄造中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對(duì)熔融鈦具有很高的化學(xué)活性，鑄造成形時(shí)極易與常規(guī)鑄型材料發(fā)生界面反應(yīng)，導(dǎo)致鈦鑄件表面產(chǎn)生較厚的氧化層、黏砂、表面夾雜及氣孔等一系列的鑄造缺陷，提供了一種鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型的制備方法。本發(fā)明首先取硅酸鋯，粉碎、過篩后篩選，得兩種粒徑粉末，混合兩種粒徑粉末得面層硅酸鋯，再加入偶聯(lián)劑、樹脂、六亞甲基四胺水溶液等攪拌混合，干燥粉碎后再和氧化釔混合，置于砂模成型機(jī)中，烘烤、靜置、風(fēng)干再浸滲釔溶膠后噴涂氧化釔與釔溶膠混合液，焙燒后即得鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型。本發(fā)明以硅酸鋯為原料，利用其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫，在其表面滲透噴涂一層氧化釔，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)熔融鈦因具有很高的化學(xué)活性，鑄造成形時(shí)極易與鋯鑄型材料發(fā)生界面反應(yīng)的缺陷，具有較佳的機(jī)械性能，存在很高的生產(chǎn)價(jià)值。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取300~500g硅酸鋯，加入粉碎機(jī)中粉碎，將粉碎后的硅酸鋯粉末置于振篩機(jī)上篩分，篩選出粒徑為90~106μm與106~125μm硅酸鋯，將兩種粒徑硅酸鋯按質(zhì)量比為2：3，混合均勻，得面層硅酸鋯；

（2）稱取200~300g上述面層硅酸鋯，加熱至190~200℃，保持溫度30~40min，倒入混砂機(jī)中以120~200r/min攪拌20~30s，加入20~30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%硅烷偶聯(lián)劑KH-550水溶液，降溫至130~135℃，加入5~8g過120目篩的熱塑性酚醛樹脂，持續(xù)攪拌60~100s，降溫至120~125℃，加入2~4g硬脂酸鈣，持續(xù)攪拌60~80s，降溫至90~95℃，加入60~90mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%六亞甲基四胺水溶液，繼續(xù)攪拌40~80s，降溫至80~85℃，取出覆膜硅酸鋯，平鋪晾干，轉(zhuǎn)入60~70℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥4~5h，加入粉碎機(jī)粉碎，過100目篩，得覆膜面層硅酸鋯粉末；

（3）稱取200~300g上述覆膜面層硅酸鋯粉末與3~4g氧化釔混合，加入砂模成型機(jī)中，激光燒結(jié)成型，轉(zhuǎn)入170~190℃烘干爐中，烘烤2~3h，得鋯砂砂型，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠均勻噴灑在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠至完全浸沒砂型型腔，轉(zhuǎn)入0.2~0.3MPa壓力罐中，靜置10~12min，取出砂型，并置于20~25℃，濕度為55~65%，背陰條件下，自然風(fēng)干，得浸滲處理砂型；

（4）稱取15~20g氧化釔，加入25~30g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠中，以300~400r/min攪拌混合均勻，將混合液加入噴槍中，均勻噴涂在上述浸滲處理砂型型腔表面，并置于240~250℃焙燒爐中，焙燒3~4h，得鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：取200~300g的金屬熔液加入制得的鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型中，將砂型置于平穩(wěn)的平面，直至冷卻到室溫，制得的金屬表面平整，棱角清晰，尺寸精度高，金屬成型性優(yōu)良，本發(fā)明制備的型砂抗壓強(qiáng)度為160~180Kpa，抗剪強(qiáng)度為40~42Kpa，抗拉強(qiáng)度為11~13Kpa。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明的砂型結(jié)構(gòu)可以簡化砂型制作難度，降低生產(chǎn)成本，提高砂型制作效率，縮短生產(chǎn)周期；

（2）本發(fā)明制得的鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型整體機(jī)械性能較佳，脫殼現(xiàn)象顯著減少；

（3）本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)實(shí)耐用，節(jié)約成本，出型快，不變形，光潔度高，對(duì)環(huán)境無污染。

具體實(shí)施方式

首先稱取300~500g硅酸鋯，加入粉碎機(jī)中粉碎，將粉碎后的硅酸鋯粉末置于振篩機(jī)上篩分，篩選出粒徑為90~106μm與106~125μm硅酸鋯，將兩種粒徑硅酸鋯按質(zhì)量比為2：3，混合均勻，得面層硅酸鋯；稱取200~300g上述面層硅酸鋯，加熱至190~200℃，保持溫度30~40min，倒入混砂機(jī)中以120~200r/min攪拌20~30s，加入20~30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%硅烷偶聯(lián)劑KH-550水溶液，降溫至130~135℃，加入5~8g過120目篩的熱塑性酚醛樹脂，持續(xù)攪拌60~100s，降溫至120~125℃，加入2~4g硬脂酸鈣，持續(xù)攪拌60~80s，降溫至90~95℃，加入60~90mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%六亞甲基四胺水溶液，繼續(xù)攪拌40~80s，降溫至80~85℃，取出覆膜硅酸鋯，平鋪晾干，轉(zhuǎn)入60~70℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥4~5h，加入粉碎機(jī)粉碎，過100目篩，得覆膜面層硅酸鋯粉末；稱取200~300g上述覆膜面層硅酸鋯粉末與3~4g氧化釔混合，加入砂模成型機(jī)中，激光燒結(jié)成型，轉(zhuǎn)入170~190℃烘干爐中，烘烤2~3h，得鋯砂砂型，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠均勻噴灑在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠至完全浸沒砂型型腔，轉(zhuǎn)入0.2~0.3MPa壓力罐中，靜置10~12min，取出砂型，并置于20~25℃，濕度為55~65%，背陰條件下，自然風(fēng)干，得浸滲處理砂型；稱取15~20g氧化釔，加入25~30g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠中，以300~400r/min攪拌混合均勻，將混合液加入噴槍中，均勻噴涂在上述浸滲處理砂型型腔表面，并置于240~250℃焙燒爐中，焙燒3~4h，得鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型。

實(shí)例1

首先稱取300g硅酸鋯，加入粉碎機(jī)中粉碎，將粉碎后的硅酸鋯粉末置于振篩機(jī)上篩分，篩選出粒徑為90μm與106μm硅酸鋯，將兩種粒徑硅酸鋯按質(zhì)量比為2：3，混合均勻，得面層硅酸鋯；稱取200g上述面層硅酸鋯，加熱至190℃，保持溫度30min，倒入混砂機(jī)中以120r/min攪拌20s，加入20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%硅烷偶聯(lián)劑KH-550水溶液，降溫至130℃，加入5g過120目篩的熱塑性酚醛樹脂，持續(xù)攪拌60s，降溫至120℃，加入2g硬脂酸鈣，持續(xù)攪拌60s，降溫至90℃，加入60mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%六亞甲基四胺水溶液，繼續(xù)攪拌40s，降溫至80℃，取出覆膜硅酸鋯，平鋪晾干，轉(zhuǎn)入60℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥4h，加入粉碎機(jī)粉碎，過100目篩，得覆膜面層硅酸鋯粉末；稱取200g上述覆膜面層硅酸鋯粉末與3g氧化釔混合，加入砂模成型機(jī)中，激光燒結(jié)成型，轉(zhuǎn)入170℃烘干爐中，烘烤2h，得鋯砂砂型，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠均勻噴灑在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠至完全浸沒砂型型腔，轉(zhuǎn)入0.2MPa壓力罐中，靜置10min，取出砂型，并置于20℃，濕度為55%，背陰條件下，自然風(fēng)干，得浸滲處理砂型；稱取15g氧化釔，加入25g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠中，以300r/min攪拌混合均勻，將混合液加入噴槍中，均勻噴涂在上述浸滲處理砂型型腔表面，并置于240℃焙燒爐中，焙燒3h，得鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：砂型抗壓強(qiáng)度為160Kpa，抗剪強(qiáng)度為40Kpa，抗拉強(qiáng)度為11Kpa，取200g的金屬熔液加入制得的鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型中，將砂型置于平穩(wěn)的平面，直至冷卻到室溫，制得的金屬表面平整，棱角清晰，尺寸精度高，金屬成型性優(yōu)良。

實(shí)例2

首先稱取400g硅酸鋯，加入粉碎機(jī)中粉碎，將粉碎后的硅酸鋯粉末置于振篩機(jī)上篩分，篩選出粒徑為98μm與115μm硅酸鋯，將兩種粒徑硅酸鋯按質(zhì)量比為2：3，混合均勻，得面層硅酸鋯；稱取250g上述面層硅酸鋯，加熱至195℃，保持溫度35min，倒入混砂機(jī)中以160r/min攪拌25s，加入25mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%硅烷偶聯(lián)劑KH-550水溶液，降溫至133℃，加入7g過120目篩的熱塑性酚醛樹脂，持續(xù)攪拌80s，降溫至123℃，加入3g硬脂酸鈣，持續(xù)攪拌70s，降溫至93℃，加入80mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%六亞甲基四胺水溶液，繼續(xù)攪拌60s，降溫至83℃，取出覆膜硅酸鋯，平鋪晾干，轉(zhuǎn)入65℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥4.5h，加入粉碎機(jī)粉碎，過100目篩，得覆膜面層硅酸鋯粉末；稱取250g上述覆膜面層硅酸鋯粉末與3.5g氧化釔混合，加入砂模成型機(jī)中，激光燒結(jié)成型，轉(zhuǎn)入180℃烘干爐中，烘烤2.5h，得鋯砂砂型，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠均勻噴灑在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠至完全浸沒砂型型腔，轉(zhuǎn)入0.25MPa壓力罐中，靜置11min，取出砂型，并置于23℃，濕度為60%，背陰條件下，自然風(fēng)干，得浸滲處理砂型；稱取17g氧化釔，加入27g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠中，以350r/min攪拌混合均勻，將混合液加入噴槍中，均勻噴涂在上述浸滲處理砂型型腔表面，并置于245℃焙燒爐中，焙燒3.5h，得鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：砂型抗壓強(qiáng)度為170Kpa，抗剪強(qiáng)度為41Kpa，抗拉強(qiáng)度為12Kpa，取250g的金屬熔液加入制得的鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型中，將砂型置于平穩(wěn)的平面，直至冷卻到室溫，制得的金屬表面平整，棱角清晰，尺寸精度高，金屬成型性優(yōu)良。

實(shí)例3

首先稱取500g硅酸鋯，加入粉碎機(jī)中粉碎，將粉碎后的硅酸鋯粉末置于振篩機(jī)上篩分，篩選出粒徑為106μm與125μm硅酸鋯，將兩種粒徑硅酸鋯按質(zhì)量比為2：3，混合均勻，得面層硅酸鋯；稱取300g上述面層硅酸鋯，加熱至200℃，保持溫度40min，倒入混砂機(jī)中以200r/min攪拌30s，加入30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%硅烷偶聯(lián)劑KH-550水溶液，降溫至135℃，加入8g過120目篩的熱塑性酚醛樹脂，持續(xù)攪拌100s，降溫至125℃，加入4g硬脂酸鈣，持續(xù)攪拌80s，降溫至95℃，加入90mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%六亞甲基四胺水溶液，繼續(xù)攪拌80s，降溫至85℃，取出覆膜硅酸鋯，平鋪晾干，轉(zhuǎn)入70℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥5h，加入粉碎機(jī)粉碎，過100目篩，得覆膜面層硅酸鋯粉末；稱取300g上述覆膜面層硅酸鋯粉末與4g氧化釔混合，加入砂模成型機(jī)中，激光燒結(jié)成型，轉(zhuǎn)入190℃烘干爐中，烘烤3h，得鋯砂砂型，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠均勻噴灑在砂型型腔表面，再向砂型型腔中倒入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠至完全浸沒砂型型腔，轉(zhuǎn)入0.3MPa壓力罐中，靜置12min，取出砂型，并置于25℃，濕度為65%，背陰條件下，自然風(fēng)干，得浸滲處理砂型；稱取20g氧化釔，加入30g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%釔溶膠中，以400r/min攪拌混合均勻，將混合液加入噴槍中，均勻噴涂在上述浸滲處理砂型型腔表面，并置于250℃焙燒爐中，焙燒4h，得鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：砂型抗壓強(qiáng)度為180Kpa，抗剪強(qiáng)度為42Kpa，抗拉強(qiáng)度為13Kpa，取300g的金屬熔液加入制得的鈦合金鑄造用覆膜鋯砂砂型中，將砂型置于平穩(wěn)的平面，直至冷卻到室溫，制得的金屬表面平整，棱角清晰，尺寸精度高，金屬成型性優(yōu)良。