本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法。
背景技术：
钛以及钛合金的密度小(密度为4.51g/cm3相当于钢的57％)、比强度高(钛合金的比强度高于铝合金和钢)、工作温度范围较宽(低温钛合金在-253℃仍保持良好的塑性，而高温钛合金的工作温度可达到550℃左右，其耐热性明显高于铝合金和镁合金)，并且拥有良好的抗蚀性，特别是在海洋大气环境和许多氯化物溶液中的耐蚀性远远超过不锈钢。钛是一种性能优良、在发展国家经济和安全中具有战略意义的金属元素，因此钛被称为“第三金属”、“太空金属”、“海洋金属”。从20世纪50年代被开发以来，由于航天航空领域的需求，钛合金在60多年来有了突飞猛进的发展。
我国从20世纪60年代初期开始研究铸造设备与铸造工艺，全国整体的铸造技术和铸件质量与国外相比差距较大。而钛合金的加工工艺性差，采用熔模精密制造可以实现钛制品的近净成形，有效缩短了生产工艺流程，提高了钛合金制品的生产效率和金属利用率。在此过程中由于氧化物陶瓷型壳的制备工艺不规范，严重制约了我国在发展大尺度复杂薄壁整体成型钛铸件的可能性。因此，为了进一步扩大我国熔模精密铸造钛合金的应用范围，稳定铸件质量，因此提出一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法以解决上述问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤；
(1)蜡模准备：将液体蜡料加入搅拌缸内，再将蜡片放入液蜡上，启动搅拌机搅拌成均匀糊状蜡料，温度为60℃，将搅拌好的蜡料装入搅醋缸内，再向压醋缸内加压，保持压力0.4～0.6mpa，温度控制在55～60℃；将射蜡口对准模型上的注蜡孔，打开注蜡机蜡枪阀门，将蜡料注入模具型腔，保压3～10s，关闭阀门，移去蜡枪；压型放入水中冷却，冷却时间为0.5～10min；打开模具取出蜡模，及时放入水中冷却，防止蜡模变形；然后将压制好的蜡模手工进行修理，以降低其表面粗糙度并去除表面起泡，在浸涂浆料前1h内将蜡浸入酒精清洗5～10s，然后用蒸馏水洗干净等待备用；
(2)配制制壳浆料：将称好的硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；分别称取68～85wt％耐火粉、12～32wt％粘结剂、0.2～1wt％添加剂，混合均匀，然后在面层浆料中加入润湿剂；浆料搅拌2h后再将消泡剂、悬浮剂加入使之搅拌均匀；所述耐火粉与粘结剂的重量比为(4～6):1；
(3)室温型壳制备:对蜡模进行修理、清洗后，在蜡模表面浸涂浆料，然后经过手工撒砂、干燥、多次涂覆、撒砂、干燥、封浆、蒸汽脱蜡等步骤。
(4)脱蜡后的型壳在电阻炉中进行大气焙烧，采用阶段升温，焙烧前先在600℃温度下预热30min，焙烧温度在1000～1050℃，焙烧时间为1.5～2.5h。
进一步地，所述面层的耐火粉为氧化锆粉，粘结剂为碳酸锆铵，撒砂材料为安定氧化锆；所述过渡层与背层的耐火粉为莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，撒砂材料为莫来石砂。
进一步地，所述部分添加剂包括润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠。
进一步地，所述蜡模材料采用k512蜡料。
进一步地，所述浸涂浆料在蜡模表面涂挂2层面层、1层过渡层和6层背层，所述浸涂浆料以30°左右角度缓慢浸入浆料10s左右，然后取出并翻转大约10s，使多余浆料滴除。
进一步地，所述干燥，面层的干燥时间为12h，温度为23～26℃、相对湿度60～70％；过渡层和背层的干燥时间不小于8h,干燥风速控制在6～8m/s，其他条件与面层相同。
进一步地，所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0.7mpa，脱蜡时间为14分钟，脱蜡温度为170℃。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
1、本发明的陶瓷型壳的厚度均匀，内表面面层平滑、无明显缺陷，用该陶瓷型壳浇铸的铸件没有裂纹、飞边，铸件尺寸符合要求；
2、本发明的陶瓷型壳选用的耐火粉的热膨胀系数小、尺寸稳定性好、氧化锆陶瓷的收缩率小；
3、本发明的陶瓷型壳结构致密、强度高，音粗浇注钛合金时抗热冲击性能更强；
4、本发明的陶瓷型壳导热性能低，减少了钛铸件急冷导致的缺陷。
具体实施方式
为了实现一种钛合金铸造用陶瓷型壳，本发明提供一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法。
下面结合实例对本发明做进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。
实施例1
本实施例为一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：
(1)蜡模准备：将液体蜡料加入搅拌缸内，再将蜡片放入液蜡上，启动搅拌机搅拌成均匀糊状蜡料，温度为60℃，将搅拌好的蜡料装入搅醋缸内，再向压醋缸内加压，保持压力0.4～0.6mpa，温度控制在55～60℃；将射蜡口对准模型上的注蜡孔，打开注蜡机蜡枪阀门，将蜡料注入模具型腔，保压3～10s，关闭阀门，移去蜡枪；压型放入水中冷却，冷却时间为0.5～10min；打开模具取出蜡模，及时放入水中冷却，防止蜡模变形；然后将压制好的蜡模手工进行修理，以降低其表面粗糙度并去除表面起泡，在浸涂浆料前1h内将蜡浸入酒精清洗5～10s，然后用蒸馏水洗干净等待备用；
(2)配制制壳浆料：将称好的硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；依次称取耐火粉、粘结剂、添加剂，所述耐火粉与粘结剂的重量比为5:1，混合均匀，然后在面层浆料中加入润湿剂；浆料搅拌2h后再将消泡剂、悬浮剂加入使之搅拌均匀；
(3)室温型壳制备:对蜡模进行修理、清洗后，在蜡模表面浸涂浆料，然后经过手工撒砂、干燥、多次涂覆、撒砂、干燥、封浆、蒸汽脱蜡等步骤。
(4)脱蜡后的型壳在电阻炉中进行大气焙烧，采用阶段升温，焙烧前先在600℃温度下预热30min，焙烧温度在1000～1050℃，焙烧时间为1.5～2.5h。
优选地，所述面层的耐火粉为氧化锆粉，粘结剂为碳酸锆铵，撒砂材料为安定氧化锆；所述过渡层与背层的耐火粉为莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，撒砂材料为莫来石砂。
优选地，所述部分添加剂包括润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠。
优选地，所述蜡模材料采用k512蜡料。
优选地，所述浸涂浆料在蜡模表面涂挂2层面层、1层过渡层和6层背层，所述浸涂浆料以30°左右角度缓慢浸入浆料10s左右，然后取出并翻转大约10s，使多余浆料滴除。
优选地，所述干燥，面层的干燥时间为12h，温度为23～26℃、相对湿度60～70％；过渡层和背层的干燥时间不小于8h,干燥风速控制在6～8m/s，其他条件与面层相同。
优选地，所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0.7mpa，脱蜡时间为14分钟，脱蜡温度为170℃。
本实施例的浆料粘度为29s，浆料悬浮率为72％；型壳表面粗糙度为1.2μm，室温强度为4.8mpa。
实施例2
本实施例为一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：
(1)蜡模准备：将液体蜡料加入搅拌缸内，再将蜡片放入液蜡上，启动搅拌机搅拌成均匀糊状蜡料，温度为60℃，将搅拌好的蜡料装入搅醋缸内，再向压醋缸内加压，保持压力0.4～0.6mpa，温度控制在55～60℃；将射蜡口对准模型上的注蜡孔，打开注蜡机蜡枪阀门，将蜡料注入模具型腔，保压3～10s，关闭阀门，移去蜡枪；压型放入水中冷却，冷却时间为0.5～10min；打开模具取出蜡模，及时放入水中冷却，防止蜡模变形；然后将压制好的蜡模手工进行修理，以降低其表面粗糙度并去除表面起泡，在浸涂浆料前1h内将蜡浸入酒精清洗5～10s，然后用蒸馏水洗干净等待备用；
(2)配制制壳浆料：将称好的硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；依次称取粘结剂、耐火粉、添加剂，所述耐火粉与粘结剂的重量比为5:1，混合均匀，然后在面层浆料中加入润湿剂；浆料搅拌2h后再将消泡剂、悬浮剂加入使之搅拌均匀；
(3)室温型壳制备:对蜡模进行修理、清洗后，在蜡模表面浸涂浆料，然后经过手工撒砂、干燥、多次涂覆、撒砂、干燥、封浆、蒸汽脱蜡等步骤。
(4)脱蜡后的型壳在电阻炉中进行大气焙烧，采用阶段升温，焙烧前先在600℃温度下预热30min，焙烧温度在1000～1050℃，焙烧时间为1.5～2.5h。
优选地，所述面层的耐火粉为氧化锆粉，粘结剂为碳酸锆铵，撒砂材料为安定氧化锆；所述过渡层与背层的耐火粉为莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，撒砂材料为莫来石砂。
优选地，所述部分添加剂包括润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠。
优选地，所述蜡模材料采用k512蜡料。
优选地，所述浸涂浆料在蜡模表面涂挂2层面层、1层过渡层和6层背层，所述浸涂浆料以30°左右角度缓慢浸入浆料10s左右，然后取出并翻转大约10s，使多余浆料滴除。
优选地，所述干燥，面层的干燥时间为12h，温度为23～26℃、相对湿度60～70％；过渡层和背层的干燥时间不小于8h,干燥风速控制在6～8m/s，其他条件与面层相同。
优选地，所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0.7mpa，脱蜡时间为14分钟，脱蜡温度为170℃。
本实施例的浆料粘度为36s，浆料悬浮率为71％；型壳表面粗糙度为1.6μm，室温强度为4.3mpa。
实施例3
本实施例为一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：
(1)蜡模准备：将液体蜡料加入搅拌缸内，再将蜡片放入液蜡上，启动搅拌机搅拌成均匀糊状蜡料，温度为60℃，将搅拌好的蜡料装入搅醋缸内，再向压醋缸内加压，保持压力0.4～0.6mpa，温度控制在55～60℃；将射蜡口对准模型上的注蜡孔，打开注蜡机蜡枪阀门，将蜡料注入模具型腔，保压3～10s，关闭阀门，移去蜡枪；压型放入水中冷却，冷却时间为0.5～10min；打开模具取出蜡模，及时放入水中冷却，防止蜡模变形；然后将压制好的蜡模手工进行修理，以降低其表面粗糙度并去除表面起泡，在浸涂浆料前1h内将蜡浸入酒精清洗5～10s，然后用蒸馏水洗干净等待备用；
(2)配制制壳浆料：将称好的硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；依次称取粘结剂、添加剂、耐火粉，所述耐火粉与粘结剂的重量比为5:1，混合均匀，然后在面层浆料中加入润湿剂；浆料搅拌2h后再将消泡剂、悬浮剂加入使之搅拌均匀；
(3)室温型壳制备:对蜡模进行修理、清洗后，在蜡模表面浸涂浆料，然后经过手工撒砂、干燥、多次涂覆、撒砂、干燥、封浆、蒸汽脱蜡等步骤。
(4)脱蜡后的型壳在电阻炉中进行大气焙烧，采用阶段升温，焙烧前先在600℃温度下预热30min，焙烧温度在1000～1050℃，焙烧时间为1.5～2.5h。
优选地，所述面层的耐火粉为氧化锆粉，粘结剂为碳酸锆铵，撒砂材料为安定氧化锆；所述过渡层与背层的耐火粉为莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，撒砂材料为莫来石砂。
优选地，所述部分添加剂包括润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠。
优选地，所述蜡模材料采用k512蜡料。
优选地，所述浸涂浆料在蜡模表面涂挂2层面层、1层过渡层和6层背层，所述浸涂浆料以30°左右角度缓慢浸入浆料10s左右，然后取出并翻转大约10s，使多余浆料滴除。
优选地，所述干燥，面层的干燥时间为12h，温度为23～26℃、相对湿度60～70％；过渡层和背层的干燥时间不小于8h,干燥风速控制在6～8m/s，其他条件与面层相同。
优选地，所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0.7mpa，脱蜡时间为14分钟，脱蜡温度为170℃。
本实施例的浆料粘度为26s,浆料悬浮率为78％；型壳表面粗糙度为1.4μm，室温强度为3.2mpa。
实施例4
本实施例为一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：
(1)蜡模准备：将液体蜡料加入搅拌缸内，再将蜡片放入液蜡上，启动搅拌机搅拌成均匀糊状蜡料，温度为60℃，将搅拌好的蜡料装入搅醋缸内，再向压醋缸内加压，保持压力0.4～0.6mpa，温度控制在55～60℃；将射蜡口对准模型上的注蜡孔，打开注蜡机蜡枪阀门，将蜡料注入模具型腔，保压3～10s，关闭阀门，移去蜡枪；压型放入水中冷却，冷却时间为0.5～10min；打开模具取出蜡模，及时放入水中冷却，防止蜡模变形；然后将压制好的蜡模手工进行修理，以降低其表面粗糙度并去除表面起泡，在浸涂浆料前1h内将蜡浸入酒精清洗5～10s，然后用蒸馏水洗干净等待备用；
(2)配制制壳浆料：将称好的硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；依次称取粘结剂、添加剂、耐火粉，所述耐火粉与粘结剂的重量比为4:1，混合均匀，然后在面层浆料中加入润湿剂；浆料搅拌2h后再将消泡剂、悬浮剂加入使之搅拌均匀；
(3)室温型壳制备:对蜡模进行修理、清洗后，在蜡模表面浸涂浆料，然后经过手工撒砂、干燥、多次涂覆、撒砂、干燥、封浆、蒸汽脱蜡等步骤。
(4)脱蜡后的型壳在电阻炉中进行大气焙烧，采用阶段升温，焙烧前先在600℃温度下预热30min，焙烧温度在1000～1050℃，焙烧时间为1.5～2.5h。
优选地，所述面层的耐火粉为氧化锆粉，粘结剂为碳酸锆铵，撒砂材料为安定氧化锆；所述过渡层与背层的耐火粉为莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，撒砂材料为莫来石砂。
优选地，所述部分添加剂包括润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠。
优选地，所述蜡模材料采用k512蜡料。
优选地，所述浸涂浆料在蜡模表面涂挂2层面层、1层过渡层和6层背层，所述浸涂浆料以30°左右角度缓慢浸入浆料10s左右，然后取出并翻转大约10s，使多余浆料滴除。
优选地，所述干燥，面层的干燥时间为12h，温度为23～26℃、相对湿度60～70％；过渡层和背层的干燥时间不小于8h,干燥风速控制在6～8m/s，其他条件与面层相同。
优选地，所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0.7mpa，脱蜡时间为14分钟，脱蜡温度为170℃。
本实施例的浆料粘度为32s,浆料悬浮率为72％；型壳表面粗糙度为2.4μm，室温强度为2mpa。
实施例5
本实施例为一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：
(1)蜡模准备：将液体蜡料加入搅拌缸内，再将蜡片放入液蜡上，启动搅拌机搅拌成均匀糊状蜡料，温度为60℃，将搅拌好的蜡料装入搅醋缸内，再向压醋缸内加压，保持压力0.4～0.6mpa，温度控制在55～60℃；将射蜡口对准模型上的注蜡孔，打开注蜡机蜡枪阀门，将蜡料注入模具型腔，保压3～10s，关闭阀门，移去蜡枪；压型放入水中冷却，冷却时间为0.5～10min；打开模具取出蜡模，及时放入水中冷却，防止蜡模变形；然后将压制好的蜡模手工进行修理，以降低其表面粗糙度并去除表面起泡，在浸涂浆料前1h内将蜡浸入酒精清洗5～10s，然后用蒸馏水洗干净等待备用；
(2)配制制壳浆料：将称好的硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；依次称取粘结剂、添加剂、耐火粉，所述耐火粉与粘结剂的重量比为6:1，混合均匀，然后在面层浆料中加入润湿剂；浆料搅拌2h后再将消泡剂、悬浮剂加入使之搅拌均匀；
(3)室温型壳制备:对蜡模进行修理、清洗后，在蜡模表面浸涂浆料，然后经过手工撒砂、干燥、多次涂覆、撒砂、干燥、封浆、蒸汽脱蜡等步骤。
(4)脱蜡后的型壳在电阻炉中进行大气焙烧，采用阶段升温，焙烧前先在600℃温度下预热30min，焙烧温度在1000～1050℃，焙烧时间为1.5～2.5h。
优选地，所述面层的耐火粉为氧化锆粉，粘结剂为碳酸锆铵，撒砂材料为安定氧化锆；所述过渡层与背层的耐火粉为莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，撒砂材料为莫来石砂。
优选地，所述部分添加剂包括润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠。
优选地，所述蜡模材料采用k512蜡料。
优选地，所述浸涂浆料在蜡模表面涂挂2层面层、1层过渡层和6层背层，所述浸涂浆料以30°左右角度缓慢浸入浆料10s左右，然后取出并翻转大约10s，使多余浆料滴除。
优选地，所述干燥，面层的干燥时间为12h，温度为23～26℃、相对湿度60～70％；过渡层和背层的干燥时间不小于8h,干燥风速控制在6～8m/s，其他条件与面层相同。
优选地，所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0.7mpa，脱蜡时间为14分钟，脱蜡温度为170℃。
本实施例的浆料粘度为30s，浆料悬浮率为74％；型壳表面粗糙度为1.3μm，室温强度为4.6mpa。
在对比各实施例的基础上确定了粘结剂-添加剂-耐火粉的配料顺序配制浆料，并将搅拌速度控制在30～50r/min，最终获得粘度约为26～40s、悬浮率为70～78％的浆料；此外综合考虑浆料粘度、型壳室温强度和表面粗糙度，耐火粉与粘结剂的重量比为5:1最佳。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
1.一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
(1)蜡模准备：将液体蜡料加入搅拌缸内，再将蜡片放入液蜡上，启动搅拌机搅拌成均匀糊状蜡料，温度为60℃，将搅拌好的蜡料装入搅醋缸内，再向压醋缸内加压，保持压力0.4～0.6mpa，温度控制在55～60℃；将射蜡口对准模型上的注蜡孔，打开注蜡机蜡枪阀门，将蜡料注入模具型腔，保压3～10s，关闭阀门，移去蜡枪；压型放入水中冷却，冷却时间为0.5～10min；打开模具取出蜡模，及时放入水中冷却；然后将压制好的蜡模手工进行修理，在浸涂浆料前1h内将蜡浸入酒精清洗5～10s，然后用蒸馏水洗干净等待备用；
(2)配制制壳浆料：将称好的硅溶胶和自来水倒入浆桶中，开启浆桶运转；分别称取68～85wt％耐火粉、12～32wt％粘结剂、0.2～1wt％添加剂，混合均匀，然后在面层浆料中加入润湿剂；浆料搅拌2h后再将消泡剂、悬浮剂加入使之搅拌均匀；所述耐火粉与粘结剂的重量比为(4～6):1；
(3)室温型壳制备:对蜡模进行修理、清洗后，在蜡模表面浸涂浆料，然后经过手工撒砂、干燥、多次涂覆、撒砂、干燥、封浆、蒸汽脱蜡等步骤；
(4)脱蜡后的型壳在电阻炉中进行大气焙烧，采用阶段升温，焙烧前先在600℃温度下预热30min，焙烧温度在1000～1050℃，焙烧时间为1.5～2.5h。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述面层的耐火粉为氧化锆粉，粘结剂为碳酸锆铵，撒砂为安定氧化锆；所述过渡层与背层的耐火粉为莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，撒砂为莫来石砂。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述部分添加剂包括润湿剂为非离子型复合磷酸酯表面活性剂、消泡剂为非离子型有机硅树脂水溶剂、悬浮剂为羧甲基纤维素钠。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述蜡模采用k512蜡料。
5.根据权利要求4所述的一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述浸涂浆料在蜡模表面涂挂2层面层、1层过渡层和6层背层，所述浸涂浆料以30°左右角度缓慢浸入浆料10s左右，然后取出并翻转大约10s，使多余浆料滴除。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述干燥,其中面层的干燥时间为12h，温度为23～26℃、相对湿度60～70％；过渡层和背层的干燥时间不小于8h,干燥风速控制在6～8m/s，其他条件与面层相同。
7.根据权利要求1所述的一种钛合金铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述蒸汽脱蜡采用高压蒸汽脱蜡，所用设备为脱蜡釜，脱蜡压力为0.7mpa，脱蜡时间为14分钟，脱蜡温度为170℃。
技术总结