鑄模形成用漿料、鑄模及鑄模的制造方法
【專利摘要】鑄模形成用漿料包含作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠和分散于二氧化硅溶膠中的氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯。
【專利說明】
鑄模形成用漿料、鑄模及鑄模的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及鑄模形成用漿料、鑄模及鑄模的制造方法。
[0002]本申請基于2014年3月12日向日本提出申請的日本特愿2014-049226號而主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003]對于進行金屬、合金等的鑄造的鑄模而言，在取出鑄件時存在因鑄模的強度過高而難以切割鑄模的情況。在從此種鑄模取出鑄件時，因錘子的擊打、噴砂或鋼粒(steelshot)等而破壞鑄模。因此，存在對鑄件施加因鑄模破壞所致的沖擊損傷而產(chǎn)生缺陷的可能性。
[0004]作為鑄模，已知對在二氧化硅溶膠中混合鋯石、氧化鋁等的混合物進行燒成而形成的鑄模。此種鑄模通常因溫度降低所致的收縮小，其線膨脹系數(shù)為與作為鑄件的金屬的線膨脹系數(shù)存在一位數(shù)之差的值。因此，因鑄件被冷卻時的收縮而對鑄件作用拉伸應(yīng)力，存在在鑄件中產(chǎn)生裂紋等缺陷的可能性。
[0005]在專利文獻I中提出使用包含10重量％以上氧化鋯的材料而形成鑄模的技術(shù)。該專利文獻I的技術(shù)利用的是晶體結(jié)構(gòu)因溫度而發(fā)生變化的氧化鋯的性質(zhì)。即，利用的是通過金屬熔液的澆注而使鑄模處于高溫，使鑄模中產(chǎn)生無數(shù)微細裂紋，從而使鑄模自潰。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻I:日本特開平6-015404號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問題
[0010]但是，對于上述的氧化鋯而言，若溫度達到I10tC附近，則晶體結(jié)構(gòu)例如從斜方晶變成正方晶，導(dǎo)致體積發(fā)生變化。因此，在將熔液澆注到鑄模的過程中存在使鑄模發(fā)生體積變化而難以進行精密鑄造的可能性。
[0011 ]本發(fā)明的目的在于提供能夠穩(wěn)定地形成鑄件并且能夠容易地使鑄模自潰的鑄模形成用漿料、鑄模及鑄模的制造方法。
[0012]用于解決問題的手段
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方案，鑄模形成用漿料包含作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠和分散于上述二氧化硅溶膠的氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方案，鑄模從內(nèi)側(cè)起依次層疊地具備底涂層和支承層，上述底涂層和上述支承層中的至少一方是對第一方案的鑄模形成用漿料進行熱處理而形成的。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第三方案，鑄模的制造方法包括:漿料生成工序，使氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯分散于作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠而生成漿料；以及漿料層形成工序，使上述漿料附著于蠟?zāi)５谋砻娑纬蓾{料層。該鑄模的制造方法還包括:灰泥層形成工序，使耐火材料的粒子附著于上述漿料層的表面而形成灰泥層；以及熱處理工序，對上述漿料層及上述灰泥層進行熱處理。
[0016]發(fā)明效果
[0017]根據(jù)上述的鑄模形成用漿料、鑄模及鑄模的制造方法，能夠穩(wěn)定地形成鑄件，并且能夠容易地使鑄模自潰。
【附圖說明】
[0018]圖1為表示本發(fā)明的實施方式的漿料及灰泥的剖視圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的實施方式的鑄模的制造方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]以下，對本發(fā)明的一個實施方式的鑄模形成用漿料、鑄模及鑄模的制造方法進行說明。
[0021]該實施方式的鑄模形成用漿料(以下，簡稱為漿料)具備作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠和分散于二氧化硅溶膠的氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯(NbO2.ZrO2)。氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯分散于作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠中而成為漿料。氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯在直到1100 °C左右時，晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化而處于穩(wěn)定的狀態(tài)。另一方面，氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯如果達到1200°C左右，則被脫穩(wěn)定化而游離為氧化鈮和氧化鋯。游離的氧化鋯與通常的氧化鋯同樣會因溫度而發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化。即，氧化鋯晶體結(jié)構(gòu)在高溫(例如超過1000°C)時成為正方晶，另一方面，在低溫時(例如1000 °c以下)時成為斜方晶。
[0022]在漿料中可以添加潤濕改善劑及消泡劑等。
[0023]潤濕改善劑可以為了改善漿料對蠟?zāi)５臐櫇裥远M行添加。例如，作為潤濕改善劑，可以使用Victor Wet 12(注冊商標(biāo)、日本FREEMAN(株)制)等。Victor Wet 12為在精密鑄造等鑄模造型時所添加的表面活性劑。
[0024]消泡劑可以為了防止在漿料中起泡而進行添加。例如，作為消泡劑，可以使用ANTIF0AM1410(道康寧公司制)等。
[0025]圖1為表示本發(fā)明的實施方式的漿料及灰泥的剖視圖。
[0026]如圖1所示，該實施方式中的鑄模I具備層疊于蠟?zāi)?的表面2a的底涂層3和支承層
4。這些底涂層3和支承層4通過將利用漿料形成的氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯層5和利用耐熱材的粒子(以下，簡稱為灰泥)形成的灰泥層6交替地進行層疊來形成。
[0027]底涂層3是指在層疊有氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯層5及灰泥層6的層疊體中從鑄模I內(nèi)側(cè)起的I?2層。該底涂層3為與鑄件接觸的層，因此優(yōu)選由與鑄件不反應(yīng)的細小粒子形成。
[0028]支承層4為主要承受鑄模中的強度的層。支承層4配置于底涂層3的外側(cè)。支承層4以與所需強度相應(yīng)的厚度來形成。
[0029]灰泥層6利用附著于氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯層5的表面5a的耐火材料的粒子7來形成。作為耐火材料的粒子7，可例示莫來石、氧化鋁等被稱作灰泥的粗粒(粒徑為0.2?1.0mm)ο
[0030](鑄模的制造方法)
[0031]接著，參照附圖對本實施方式的鑄模的制造方法進行說明。
[0032]圖2為本發(fā)明的實施方式的鑄模的制造方法的流程圖。
[0033]本實施方式的鑄模制造方法預(yù)先通過注射成型等來形成蠟?zāi)?。具體而言，首先，將蠟流入到填埋有型芯材料的模具中。接著，卸下模具，將型芯材料的外側(cè)被蠟覆蓋的蠟成形部件從模具取出。之后，在蠟成形部件安裝蠟成形的澆口和內(nèi)澆道，制成蠟?zāi)?。
[0034]如圖2所示，首先，作為漿料生成工序，使氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯的粒子分散于作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠中而生成漿料(步驟S01)。
[0035]接著，作為漿料層形成工序，使蠟?zāi)?浸漬于漿料后，將其提起而在蠟?zāi)?的表面2a形成漿料層(步驟S02)。
[0036]進而，作為灰泥層形成工序，在漿料層的表面撒上耐火材料的粒子7而形成灰泥層6(步驟S03)。耐火材料吸水性優(yōu)異，因此漿料層的水分被吸收，漿料層處于半干的狀態(tài)。
[0037]之后，作為干燥工序，將層疊有漿料層和灰泥層6的蠟?zāi)?放入干燥室，并使其干燥例如2小時。通過將包括上述漿料層形成工序、灰泥層形成工序及干燥工序的一連串工序進行一次，從而在錯模2的表面2a形成0.5?2mm左右的層。
[0038]將包括這些漿料層形成工序、灰泥層形成工序及干燥工序的一連串工序重復(fù)規(guī)定次數(shù)(例如幾次至十幾次)(步驟S05)。
[0039]之后，除去蠟?zāi)?(步驟S06)，進行燒成(熱處理工序;步驟S07)。關(guān)于蠟?zāi)５某?，使用高壓釜等，利?個氣壓、150 °C左右的加熱蒸氣使蠟熔融并除去。另外，燒成以980 0C的溫度進行I?10小時。
[0040]在此，例如，在制造渦輪葉片等的鑄件時，進行將熔液流入到鑄模內(nèi)的澆鑄工序。另外，將鑄件從鑄模取出后，進行使鑄件內(nèi)的型芯材料溶出到高溫堿溶液中的型芯除去工序。
[0041]在澆鑄工序中，將鑄模預(yù)熱到1100°C以上，并快速放置于爐內(nèi)。之后，在真空中將約1500 °C的溶融合金(熔液)流入到鑄模內(nèi)。
[0042]在型芯除去工序中，將澆口和內(nèi)澆道切斷，進行精加工操作后，將所得的合金放入高溫堿溶液中。高溫堿溶液可以使用例如加熱到約180 °C的溫度的約40?50wt %的氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)的溶液。將上述合金在該溶液中浸漬長達約12?24小時，重復(fù)進行加壓、減壓。由此，使合金內(nèi)的型芯材料和型芯材料的表面上的涂層溶出，可以得到由合金構(gòu)成的中空結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。對渦輪葉片利用噴砂裝置、磨床進行終加工，并進行尺寸檢查、熒光滲透探傷(ZYGLO)檢查、X射線檢查等。
[0043]另外，在上述的澆鑄工序完成后、轉(zhuǎn)移到型芯除去工序之前，將冷卻凝固的鑄件從鑄模I取出。更具體而言，將鑄模I冷卻而使其自潰后，取出鑄件。
[0044]對于形成鑄模I的氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯而言，若利用熔液將其加熱至1200°C左右，則使其脫穩(wěn)定化。由此，如上述那樣游離為氧化鈮和氧化鋯。在脫穩(wěn)定化時，氧化鋯由于處于100tC以上而成為正方晶。另一方面，若通過冷卻使鑄件及鑄模的溫度降低而低于10000C，則氧化鋯變化為斜方晶。此時，氧化鋯發(fā)生體積膨脹，并且強度極度降低。因此，若利用鑄模與鑄件的線膨脹系數(shù)不同等而對鑄模施加力，則鑄模會自潰。在此，即使在自潰不充分的情況下，也會在鑄模中產(chǎn)生大量裂紋，因此利用最小限度的沖擊即可容易地破壞鑄模。
[0045]接著，對上述的鑄模的實施例及比較例進行說明。
[0046][實施例1]
[0047]首先，在作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠中投入氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯粉末(NbO2.Z r O 2 )，制成漿料。進而，分別添加作為潤濕性改善劑的O T — 7 5和作為消泡劑的ANT IFOAMl 410，得到鑄模形成用漿料。
[0048]進而，將蠟?zāi)＝霛{料后，將其提起而使多余的漿料滴下。接著，對蠟?zāi)Ｉ系臐{料撒上包含莫來石或氧化鋁的灰泥的粗粒(0.2-1mm)。由此，灰泥附著于潤濕的漿料，并同時從漿料吸取多余的水，使?jié){料處于半干的狀態(tài)。
[0049]接著，將其在干燥室放置2小時以上使其干燥。由此，漿料層與灰泥層的厚度總和為0.5-2_。將該操作重復(fù)幾次至十幾次，直到將漿料層和灰泥層層疊至得到充分強度的厚度為止，形成底涂層和支承層。
[0050]之后，在150°C的高壓釜中除去蠟，并以980°C進行熱處理(燒成)，得到鑄模。
[0051]將該鑄模預(yù)熱加溫到1100°C以上，流入熔融金屬。這樣，氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯進行了脫穩(wěn)定化。之后，若對鑄模進行冷卻，則氧化鋯的晶體結(jié)構(gòu)從正方晶變化為斜方晶，且鑄模自潰，從而可以簡單地取出鑄件。對自潰的鑄模進行了觀察，結(jié)果可以確認到體積膨脹及大量裂紋，整體上變脆。
[0052][實施例2]
[0053]在作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠中投入氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯粉末(NbO2.ZrO2)，制成漿料。進而，分別添加作為潤濕性改善劑的OT—75和作為消泡劑的ANTIF0AM1410，制成用于形成支承層的支承用漿料。
[0054]另外，使鋯英粉(ZrS14)分散于作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠中，制成漿料。進而，添加作為潤濕改善劑的Victor Wet 12和作為消泡劑的ANTIF0AM1410，制成用于形成底涂層的底涂用漿料。
[0055]將蠟?zāi)＝氲淄坑脻{料后，將其提起而使多余的底涂用漿料滴下。接著，對蠟?zāi)Ｉ系臐{料撒上包含莫來石或氧化鋁的灰泥的粗粒(0.2-lmm)。由此，灰泥附著于潤濕的漿料，并同時從漿料吸取多余的水，使?jié){料處于半干的狀態(tài)。
[0056]接著，將其在干燥室放置2小時以上使其干燥。由此，漿料層與灰泥層的厚度總和為0.5-2mm。將該操作重復(fù)I至2次，形成底涂層。
[0057]之后，將蠟?zāi)＝胫С杏脻{料后，將其提起而使多余的漿料滴下。接著，對蠟?zāi)Ｉ系臐{料撒上包含莫來石或氧化鋁的灰泥的粗粒(0.2-lmm)。由此，灰泥附著于潤濕的漿料，并同時從漿料吸取多余的水，使?jié){料處于半干的狀態(tài)。將該操作重復(fù)幾次至十幾次，直到將漿料層和灰泥層層疊至得到充分強度的厚度為止，形成支承層。
[0058]之后，在150°C的高壓釜中除去蠟，并以980 °C進行熱處理(燒成)，得到鑄模。
[0059]將該鑄模預(yù)熱加溫到1100°C以上，流入熔融金屬。這樣，氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯進行了脫穩(wěn)定化。之后，若對鑄模進行冷卻，則氧化鋯的晶體結(jié)構(gòu)從正方晶變化為斜方晶，且鑄模自潰，從而可以簡單地取出鑄件。對自潰的鑄模進行了觀察，結(jié)果可以確認到體積膨脹及大量裂紋，支承層整體上變脆。
[0060][比較例]
[0061]使鋯英粉分散于作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠中，進行漿料化。進而，添加作為潤濕改善劑的Victor Wet 12和作為消泡劑的ANTIF0AM1410，制成鑄模形成用的漿料。
[0062]進而，將蠟?zāi)＝霛{料后，將其提起而使多余的漿料滴下。接著，對蠟?zāi)Ｉ系臐{料撒上包含莫來石或氧化鋁的灰泥的粗粒(0.2-lmm)。由此，灰泥處于附著于潤濕的漿料、并同時從漿料吸取多余的水的形態(tài)，漿料處于半干的狀態(tài)。
[0063]接著，將其在干燥室放置2小時以上使其干燥。由此，漿料層與灰泥層的厚度總和為0.5-2_。將該操作重復(fù)幾次至十幾次，直到將漿料層和灰泥層層疊至得到充分強度的厚度為止。此時，使用同一漿料來形成底涂層及支承層兩者。
[0064]之后，在150 °C的高壓釜中除去蠟，并以900?1200 °C進行燒成，得到鑄模。
[0065]進而，將熔液流入該鑄模并冷卻，形成鑄件。
[0066]冷卻后，對鑄模反復(fù)施加錘擊等沖擊，破壞鑄模后，將鑄件取出。對從鑄模取出的鑄件進行了檢查，結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)缺陷。
[0067]因此，根據(jù)上述的實施方式，在澆注熔液而達到高溫時，可以使氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯脫穩(wěn)定化。進而，可以利用該脫穩(wěn)定化使其分離為氧化鈮和氧化鋯。因此，在鑄件被冷卻時，氧化鋯的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而發(fā)生體積變化及強度降低，并且可以提高鑄模I的自潰性。結(jié)果:可以在澆注熔液的過程中抑制體積變化的產(chǎn)生而穩(wěn)定地成形鑄件，并且可以容易地使鑄模I自潰。
[0068]進而，在底涂層3和支承層4中，即使僅在支承層4使用包含氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯的漿料的情況下，也能充分提高鑄模I的自潰性。
[0069]本發(fā)明并不限定于上述的實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)包含對上述的實施方式加以各種變更的情況。即，實施方式中所列舉的具體形狀、構(gòu)成等僅僅為一個例子，可以加以適當(dāng)變更。
[0070]例如，在上述的實施例2中以僅在支承層4使用氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯的情況為例進行了說明，但是，也可以僅在底涂層3使用氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯。這樣即使僅在底涂層3使用氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯的情況下，也可以提高鑄模的自潰性。
[0071]另外，在上述的實施方式中對鑄件為渦輪葉片的情況進行了例示，但是也可以應(yīng)用于除渦輪葉片以外的鑄件中。
[0072]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0073]本發(fā)明可以應(yīng)用于鑄模形成用漿料、鑄模及鑄模的制造方法，能夠穩(wěn)定地成形鑄件，并且能夠容易地使鑄模自潰。
[0074]符號說明
[0075]I 鑄模
[0076]2 蠟?zāi)?br>[0077]2a 表面
[0078]3底涂層
[0079]4支承層
[0080]5氧化銀穩(wěn)定化氧化錯層[0081 ] 5a 表面
[0082]6灰泥層
[0083]7 粒子
【主權(quán)項】
1.一種鑄模形成用漿料，其包含作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠和分散于所述二氧化硅溶膠的氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯。2.—種鑄模，其從內(nèi)側(cè)起依次層疊地具備底涂層和支承層， 所述底涂層和所述支承層中的至少一方是對權(quán)利要求1所述的鑄模形成用漿料進行熱處理而形成的。3.一種鑄模的制造方法，其包括: 漿料生成工序，使氧化鈮穩(wěn)定化氧化鋯分散于作為分散介質(zhì)的二氧化硅溶膠而生成漿料； 漿料層形成工序，使所述漿料附著于蠟?zāi)５谋砻娑纬蓾{料層； 灰泥層形成工序，使耐火材料的粒子附著于所述漿料層的表面而形成灰泥層；以及 熱處理工序，對所述漿料層及所述灰泥層進行熱處理。
【文檔編號】B22C9/04GK105899309SQ201580003968
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年3月4日
【發(fā)明人】小熊英隆, 森剛, 森一剛, 永野郎, 永野一郎, 志田雅人, 岡田郁生, 沖本良太, 上村好古
【申請人】三菱重工業(yè)株式會社