一种强化稳定氧化钇料浆及其制备方法
文献发布时间:2023-06-19 09:26:02
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。
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