一种强化稳定氧化钇料浆及其制备方法

技术领域

本发明属于合金铸造技术领域，具体涉及一种强化稳定氧化钇料浆及其制备方法。

背景技术

高温合金、钛合金以及锆合金是航空航天、海洋船舶等领域广泛使用的高强度耐蚀金属材料，通常采用熔模精密铸造实现近净成型。由于该类材料，尤其是钛合金中含有大量的钛、铝、锆、铌和稀土等高化学活性金属元素，在合金熔炼和充型过程中易与坩埚和模壳发生化学反应，在铸件表面形成沾污层，铸件内部产生氧化物夹杂，降低铸件成品率，破坏材料的力学性能。因此，开发一种针对钛、铝、锆、铌和稀土等高化学活性金属元素的高惰性且稳定的涂层料浆技术，用于坩埚和模壳内表面涂层，降低化学反应是该领域的主要发展方向，具有十分重要的意义。

氧化钇面层模壳目前是钛合金精密铸造领域惰性最高的陶瓷模壳，目前国际上相继开发了纳米硅溶胶+氧化钇粉料浆、醋酸锆+氧化钇料浆以及钇溶胶+氧化钇粉料浆等技术，但均存在沾污层过厚、或料将寿命较短或性能不稳定而无法产业化等不足。其中氧化钇胶+氧化钇粉料浆技术惰性最高，发展前景看好，但由于其强度低、易胶凝、不稳定、工艺性差等特性，存在料浆寿命短，制备的模壳面层易开裂和回溶等问题，导致模壳内表面出现掉粉、起皮和脱落等现象，产品质量难于控制，严重影响钛合金等铸件的质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种工艺稳定、强度高且工艺性佳的氧化钇料浆及其制备方法，在惰性最高、稳定性最差的钇溶胶+氧化钇粉料浆中通过添加稳定剂来提高该料浆的稳定性，通过添加有机粘接剂，来提高料浆的粘结强度，从而制备强度高且性能稳定的氧化钇料浆，进一步得到内表面光滑完整的高质量氧化钇面层模壳，用于钛合金、高温合金以及锆合金熔模精密铸造。

本发明的技术方案如下：

一种强化稳定氧化钇料浆，按重量份计，包括如下组分：

氧化钇胶 10~15份；有机乳胶 3~8份；去离子水 3~8份；氧化钇粉 70~80份、稳定剂1~5份、润湿剂 0.03~0.05份；消泡剂 0.03~0.05份；所述稳定剂为氧化锆和/或氧化铝粉。若各组分含量在此范围之外，各组分之间难以融合为一体。

所述氧化钇粉的粒径为325目；稳定剂的粒径为325目。

本发明还提供一种强化稳定氧化钇料浆的制备方法，包括如下步骤：

S1 将水与润湿剂混合均匀，形成溶液A；

S2 向溶液A中相继加入氧化钇胶和有机乳胶，混合均匀，形成溶液B；

S3 向溶液B中逐渐加入氧化钇粉和稳定剂，混合均匀，形成溶液C；

S4 向溶液C中加入消泡剂，搅拌24~48h得到强化稳定氧化钇料浆。

步骤S3中可以先将氧化钇粉和稳定剂混合后一起加入溶液B，也可以按比例同时加入到溶液B中。

步骤S3中的“逐渐加入”指缓慢加入，边搅拌边加入，保证形成的溶液C不结块，如果加入速度过快会结块。

强化稳定氧化钇料浆判断也可以通过测量粘度、板重等参数，如果测量值稳定，说明得到本发明强化稳定氧化钇料浆。

本发明中各组分之间、加料顺序之间具有相互协同的作用，乳胶可以强化氧化钇胶的粘结强度、稳定剂可以缓解氧化钇粉的水解反应，润湿剂和消泡剂有利于消除气泡，提高料浆的润湿能力，但如果改变加料顺序，就可能产生一定的胶凝反应，改变料浆性质。在此基础上，可以添加其他的组分，定制不同功能的料浆。

本发明还提供一种强化氧化钇面层模壳，由强化稳定氧化钇料浆得到，所述强化氧化钇面层模壳的内表面光滑、完整，用于钛合金、高温合金以及锆合金熔模精密铸造。

本发明的有益效果是钇溶胶+氧化钇粉料浆是惰性最高、稳定性最差的体系，融合方法也最难，如果方法控制不当，各组分之间难以有效融合。本发明中各组分之间、加料顺序之间具有相互协同的作用，从而成功在钇溶胶+氧化钇粉料浆体系中引入有机乳胶、稳定剂，制备得到本发明强化稳定氧化钇料浆。通过加入加强剂有机乳胶，很好地解决了氧化钇料浆强度不足的问题，有机乳胶加入后，料浆强度得到提高，制备成坩埚或模壳内表面涂层后，涂层强度也相应地提高，很好地解决了面层易开裂和回溶等问题，提高了工艺性；而乳胶在坩埚和模壳的焙烧过程中会分解挥发，不会与熔液反应形成沾污层；通过添加稳定剂，有效降低了氧化钇在水中的溶解度，降低了氧化钇的水解作用，大大提高了料浆的稳定性，料浆寿命可达15~30天；通过加强剂和稳定剂的添加，大大提高了氧化钇料浆的强度和稳定性，使其工艺性和可操作性大幅度增强，从而具备了产业化能力；由于采用本发明强化稳定氧化钇料浆，涂挂的坩埚和模壳内表面十分光滑完整、不掉渣，同时又具有高惰性，可以大大降低铸件的氧化物夹杂问题，提高合金的综合性能，提升产品质量和成品率，可用于钛合金、高温合金和锆合金等材料的熔模铸造。由于本发明强化稳定氧化钇料浆以氧化钇胶+氧化钇粉为主，因此模壳焙烧后，具有高惰性，表面沾污层仅有0.02~0.05mm，喷砂即可消除，因此具有高惰性，十分有利于提高铸件表面质量，同时提高铸件的充型能力和成品率，特别适合高活性金属的薄壁件近净成型。采用本发明强化稳定氧化钇料浆，提高料浆寿命数倍、表面沾污层几乎消除、产品质量和性能大幅度提升，因此可大大减少配料和打磨工作量，大幅提升良品率，节约工序和人工，对于钛合金、高温合金和锆合金熔模精密铸造的降本增效十分明显。

具体实施方式

实施例1

一种强化稳定氧化钇料浆的制备方法，包括如下步骤：

S1 将8份水与0.03份润湿剂混合均匀，形成溶液A；

S2 向溶液A中相继加入10份氧化钇胶和8份有机乳胶，搅拌均匀，形成溶液B；

S3 向溶液B中逐渐加入80份氧化钇粉和5份氧化锆粉的混合物，搅拌均匀，形成溶液C；

S4 向溶液C中加入0.03份消泡剂，搅拌24h，经测量粘度、板重测量稳定后，得到强化稳定氧化钇料浆。

本发明强化稳定氧化钇料浆在干燥时无裂纹，涂挂下一层不回溶；寿命从几天（常规的氧化钇胶+氧化钇粉料浆体系寿命）提高至15天。

实施例2

一种强化稳定氧化钇料浆的制备方法，包括如下步骤：

S1 将5份水与0.04份润湿剂混合均匀，形成溶液A；

S2 向溶液A中相继加入13份氧化钇胶和5份有机乳胶，搅拌均匀，形成溶液B；

S3 向溶液B中逐渐加入75份氧化钇粉和3份氧化铝（氧化钇粉和氧化锆同时按比例加入），搅拌均匀，形成溶液C；

S4 向溶液C中加入0.02份消泡剂，搅拌36 h，经测量粘度、板重测量稳定后，得到强化稳定氧化钇料浆。

本发明强化稳定氧化钇料浆在干燥时无裂纹，涂挂下一层不回溶；寿命从几天（常规的氧化钇胶+氧化钇粉料浆体系寿命）提高至15天。

实施例3

一种强化稳定氧化钇料浆的制备方法，包括如下步骤：

S1 将3份水与0.05份润湿剂混合均匀，形成溶液A；

S2 向溶液A中相继加入15份氧化钇胶和3份有机乳胶，搅拌均匀，形成溶液B；

S3 向溶液B中逐渐加入70份氧化钇粉和2份氧化锆（氧化钇粉和氧化锆同时按比例加入），搅拌均匀，形成溶液C；

S4 向溶液C中加入0.05份消泡剂，搅拌48 h，经测量粘度、板重测量稳定后，得到强化稳定氧化钇料浆。

本发明强化稳定氧化钇料浆在干燥时无裂纹，涂挂下一层不回溶；寿命从几天（常规的氧化钇胶+氧化钇粉料浆体系寿命）提高至15天。

对比实施例1（非本发明）

重复实施例1，但将有机乳胶修改为硅溶胶，会发生胶凝沉淀现象，得不到本发明。

对比实施例2（非本发明）

重复实施例1，但是步骤S1和S3的顺序调换，粉体与氧化钇胶、有机乳胶难以融合，得不到本发明。