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分层挤出成形陶瓷型壳的表面粗糙度研究

铸造 2024年第6期73卷 818-824页

作者：王盼龙杨力杨致远彭子伟樊自田华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074

熔模铸造在进行金属浇注之前,通常要经过蜡模压制、蜡模组树、蜡模沾浆、型壳脱蜡、型壳焙烧等工序制备陶瓷型壳,而采用分层挤出成形技术直接成形陶瓷型壳,可大大简化熔模铸造的工艺流程。本文基于氧化铝陶瓷浆料,主要研究了分层挤出成... 详细信息

熔模铸造在进行金属浇注之前,通常要经过蜡模压制、蜡模组树、蜡模沾浆、型壳脱蜡、型壳焙烧等工序制备陶瓷型壳,而采用分层挤出成形技术直接成形陶瓷型壳,可大大简化熔模铸造的工艺流程。本文基于氧化铝陶瓷浆料,主要研究了分层挤出成形关键工艺参数(喷嘴直径、挤出层高和成形角度)对陶瓷型壳表面粗糙度的影响,构建了挤出成形陶瓷型壳的表面粗糙度数学模型,并采用涂层后处理工艺进一步降低了陶瓷型壳的表面粗糙度。结果表明:采用分层挤出成形技术,当喷嘴直径为0.26 mm、挤出层高为0.2 mm、成形角度为90°时,试样表面粗糙度Ra最低为(12.9±0.9)μm,施加涂层后,表面粗糙度Ra可降低至6.3μm以下。

关键词：分层挤出成形工艺参数表面涂层陶瓷型壳熔模铸造

分层挤出成形钛合金用氧化钇基陶瓷型壳的成形工艺与性能研究

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分层挤出成形钛合金用氧化钇基陶瓷型壳的成形工艺与性能研究

作者：冯启成华中科技大学

学位级别：硕士

钛合金因高强度,耐高温,耐腐蚀的特性,被广泛应用于航空航天等领域。目前钛合金铸件的生产主要采用熔模精密铸造,该工艺需要提前设计与制备模具,并根据模具制造蜡模,然后在蜡模表面涂挂耐火材料,重复这一过程多次直至形成一定厚度的型... 详细信息

钛合金因高强度,耐高温,耐腐蚀的特性,被广泛应用于航空航天等领域。目前钛合金铸件的生产主要采用熔模精密铸造,该工艺需要提前设计与制备模具,并根据模具制造蜡模,然后在蜡模表面涂挂耐火材料,重复这一过程多次直至形成一定厚度的型壳。这种成型方式工艺复杂、生产周期长且成本高,快速发展的增材制造技术为直接制备钛合金用陶瓷型壳提供了新的途径,摆脱了模具的限制,可有效提高生产效率,显著缩短产品的研发周期。本文基于分层挤出成形方法,研究了氧化钇基陶瓷型壳的成形工艺与烧结性能,论文主要工作如下:(1)基于分层挤出成形与氧化钇陶瓷浆料的特性,选用粒径15μm的氧化钇陶瓷粉体制备了固含量为45 vol.%、流动性与稳定性优良的陶瓷浆料,并加入2 mol.%的氧化钙改善陶瓷的烧结性能。结果表明,陶瓷坯体经1500℃烧结5 h后,获得优秀的力学性能,其抗弯强度为28.6 MPa,体积密度为3.3 g/cm,显气孔率为33.3%。然而其烧结收缩率高达8.0%,严重影响钛合金铸件的尺寸精度,这主要是由于陶瓷浆料的固含量过低,且加入的氧化钙在水基浆料中生成氢氧化钙与碳酸钙,于烧结过程中分解产生气孔,提高了陶瓷的收缩率。(2)进一步研究,当氧化钇陶瓷粉体的粒径降低至2μm时,陶瓷浆料的固含量提升至57 vol.%仍然具有良好的流变性能,且采用钛酸钙取代氧化钙改性氧化钇陶瓷后,坯体的烧结性能更加优异。结果表明,加入1 mol.%钛酸钙,1500℃烧结5 h后,陶瓷的抗弯强度提升至37.5 MPa,体积密度提升至3.6 g/cm,显气孔率下降至21.7%,而烧结收缩率降低至5.3%,满足钛合金浇注所需的性能要求。(3)根据优化后的陶瓷浆料配比,优化了分层挤出成形的打印参数。结果表明,当针头内径为0.35 mm,打印层高为0.32 mm,挤出头移动速度为25 mm/s时,打印型壳的成形精度最佳,尺寸误差小于0.6%,侧表面粗糙度为14.9μm。

关键词：分层挤出成形钛合金陶瓷型壳氧化钇氧化钙钛酸钙

C对一种镍基高温合金与陶瓷型壳界面反应及润湿性的影响

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金属学报 2015年第7期51卷 853-858页

作者：陈晓燕金喆白雪峰周亦胄金涛孙晓峰中国科学院金属研究所沈阳110016 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司沈阳110043

采用座滴法研究了C对一种高温合金与陶瓷型壳的界面反应及润湿性的影响.通过SEM和EPMA研究了合金与陶瓷型壳的界面组织形貌及反应区元素分布.利用Thermo-Calc软件计算了合金熔体中C,Cr和Al的活度,分析了C含量对合金熔体中C,Cr和Al的活... 详细信息

采用座滴法研究了C对一种高温合金与陶瓷型壳的界面反应及润湿性的影响.通过SEM和EPMA研究了合金与陶瓷型壳的界面组织形貌及反应区元素分布.利用Thermo-Calc软件计算了合金熔体中C,Cr和Al的活度,分析了C含量对合金熔体中C,Cr和Al的活度的影响.探讨了合金/陶瓷界面反应与润湿性的关系.结果表明,合金中C含量高于0.1%时,C的活度明显增大,合金熔体与陶瓷型壳发生界面反应,合金熔体/陶瓷体系由非反应润湿变为反应润湿,合金表面产生黏砂层且合金中Cr和Al扩散到陶瓷表面.

关键词：高温合金陶瓷型壳界面反应润湿性活度 C

精密铸造用陶瓷型壳微滴喷射粘结成型工艺及性能研究

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精密铸造用陶瓷型壳微滴喷射粘结成型工艺及性能研究

作者：彭磊华中科技大学

学位级别：硕士

传统熔模铸造陶瓷型壳制备过程中,不仅需要模具成型蜡模,还要进行多次挂浆、撒砂、干燥以及脱脂、焙烧等过程,生产工艺繁琐、周期长,采用增材制造技术能解决上述问题。在增材制造技术中,微滴喷射粘结成型技术由于具有成型精度高、无需... 详细信息

传统熔模铸造陶瓷型壳制备过程中,不仅需要模具成型蜡模,还要进行多次挂浆、撒砂、干燥以及脱脂、焙烧等过程,生产工艺繁琐、周期长,采用增材制造技术能解决上述问题。在增材制造技术中,微滴喷射粘结成型技术由于具有成型精度高、无需支撑成型复杂结构件等优势,可以实现无模直接成型复杂陶瓷型壳。本文基于增材制造原理中微滴喷射粘结成型方法,系统研究了微滴喷射粘结成型工艺参数对氧化铝陶瓷型壳力学性能和精度的影响,并通过浸渗工艺对氧化铝陶瓷型壳强度和精度进行改善,获得了性能及表面质量良好的氧化铝基陶瓷型壳。本论文的研究成果为直接快速成型复杂陶瓷型壳提供了一种新方法,有望改变传统熔模铸造陶瓷型壳制备工艺复杂、周期长等问题,具有重要的理论与实际意义。本文的主要研究内容如下:研究了微滴喷射粘结成型工艺(粉末粒径、分层厚度和粘结剂饱和度)对氧化铝陶瓷型壳性能及精度的影响。以800目氧化铝为粉末材料、酚醛树脂为粘结剂时,采用0.05 mm的分层厚度、100%粘结剂饱和度成型的陶瓷型壳坯体性能最优。型壳坯体强度为2 MPa,顶面和侧面粗糙度值为7.368μm和7.567μm。经1500℃烧结2 h后,试样抗弯强度为2.2 MPa,试样的顶面和侧面粗糙度为6.87μm和7.545μm。研究了浸渗材料、浸涂时间以及溶胶浓度对陶瓷型壳性能和精度的影响规律。当浸渗材料为硅溶胶,浓度为30%、浸涂时间为90 s时,经1500℃高温烧结2 h后,氧化铝陶瓷试样的抗弯强度为44.8 MPa,相比未浸渗时,提高了18.9倍。X、Y、Z轴各方向上的烧结收缩率为5.8%、5.2%、6.25%。顶面和侧面粗糙度值分别为5.701μm和6.459μm,相比于未浸渗时,分别降低了17.01%和14.39%。研究了不同烧结温度对浸渗处理后陶瓷型壳强度和表面精度的影响。当烧结温度为1300℃时,型壳试样的抗弯强度为21.6 MPa,X、Y、Z轴的烧结收缩率依次为2.08%、2.33%、2.08%,表面和侧面精度为6.265μm、7.382μm,满足精密铸造陶瓷型壳使用要求,并进行了叶轮陶瓷型壳验证实验,获得了高质量的叶轮陶瓷型壳。

关键词：熔模精密铸造陶瓷型壳微滴喷射成型参数浸渗处理

高温合金空心叶片精密铸造用陶瓷型芯与型壳的研究现状

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材料工程 2013年第8期41卷 85-91页

作者：康海峰李飞赵彦杰徐华苹王飞吕和平孙宝德上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240

介绍了高温合金空心叶片熔模铸造用陶瓷型芯与型壳的应用背景,及其对于高温合金空心叶片精密成形的重要意义,概述了采用熔模铸造工艺制备高温合金空心叶片对陶瓷型芯与型壳各项性能的基本要求;并指明了陶瓷型芯与型壳今后的发展方向。... 详细信息

介绍了高温合金空心叶片熔模铸造用陶瓷型芯与型壳的应用背景,及其对于高温合金空心叶片精密成形的重要意义,概述了采用熔模铸造工艺制备高温合金空心叶片对陶瓷型芯与型壳各项性能的基本要求;并指明了陶瓷型芯与型壳今后的发展方向。分别叙述了陶瓷型芯与型壳基体材料的选择、制备工艺及其对性能的影响,介绍了陶瓷型芯脱除工艺的研究进展及存在的问题。另外,对于陶瓷型芯与型壳定位的精确度、性能匹配性对高温合金空心叶片质量影响进行了评述。

关键词：陶瓷型芯陶瓷型壳高温合金空心叶片熔模铸造

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镍基高温合金定向凝固用陶瓷型壳粘砂反应

材料研究学报 2021年第4期35卷 251-258页

作者：石振威郑伟卢玉章张功申健中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学纳米科学技术学院苏州215123

以合金表面粘砂比例和粗糙度为优化指标,采用多指标正交实验设计方法,通过极差分析研究了定向凝固用陶瓷型壳面层粒度配比和Cr_(2)O_(3)添加剂对铸件表面质量的影响。结果表明,铸件表面粘砂层的主要成分为Al_(2)O_(3)以及少量Cr、Ni等... 详细信息

以合金表面粘砂比例和粗糙度为优化指标,采用多指标正交实验设计方法,通过极差分析研究了定向凝固用陶瓷型壳面层粒度配比和Cr_(2)O_(3)添加剂对铸件表面质量的影响。结果表明,铸件表面粘砂层的主要成分为Al_(2)O_(3)以及少量Cr、Ni等合金元素;调整陶瓷型壳面层的粒度级配能降低陶瓷型壳面层的孔隙率,使型壳面层形成致密的结构,从而减少在定向凝固过程中合金液向陶瓷型壳面层的渗入、减少铸件表面的物理粘砂;Cr_(2)O_(3)添加剂与型壳中的Al_(2)O_(3)反应生成的二元化合物Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)或Al_(2)O_(3)-Si O2-Cr_(2)O_(3)三元系产物,抑制了合金中的活性元素(Ni、Ti、Al等)与型壳中游离的Si O2反应,从而减少铸件表面的化学粘砂、提高铸件的表面质量。

关键词：金属材料粘砂反应陶瓷型壳正交实验高温合金

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钛精铸陶瓷型壳的新耐火材料研究

材料工程 1996年第12期 20-21,19页

作者：戴介泉北京航空材料研究院

对ＨＲＥＭＯ新型耐火材料的初步研究作了介绍，指出该材料作为一种较廉价的新型耐火材料将有广阔的应用前景。

关键词：钛合金精铸陶瓷型壳耐火材料

高温合金精密铸造用陶瓷型壳及其与合金界面反应的研究进展

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材料导报 2023年

作者：肖涵松玄伟东戴睿卿刘泳鸿李俊杰任忠鸣上海大学上海市钢铁冶金新技术应用重点实验室上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室

高温合金因其优异的高温性能广泛应用于航空发动机和工业燃汽轮机等领域，而陶瓷型壳是生产高温合金铸件的必备手段。本文归纳了近年来陶瓷型壳制备技术的发展，分别叙述了陶瓷型壳基体材料的选择、黏结剂的影响、纤维材料改性、制备工... 详细信息

高温合金因其优异的高温性能广泛应用于航空发动机和工业燃汽轮机等领域，而陶瓷型壳是生产高温合金铸件的必备手段。本文归纳了近年来陶瓷型壳制备技术的发展，分别叙述了陶瓷型壳基体材料的选择、黏结剂的影响、纤维材料改性、制备工艺等方面的研究进展以及现存的问题。同时，对于陶瓷型壳与高温合金发生的界面反应进行了分析讨论，总结了界面化学反应机理和润湿性机理，并归纳了陶瓷材料/合金组分元素对于界面反应的影响，以及现有研究中存在的不足之处。最后指出基于高温合金精密铸造用陶瓷型壳制备技术未来研究的重点方向。

关键词：高温合金陶瓷型壳界面反应润湿性

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精密铸造陶瓷型壳用硅溶胶研究进展

铸造技术 2022年第11期43卷 989-995页

作者：李倩刘智鹏赵巍李勇张强沈滨周悍坤吕永乐董龙沛北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 大连理工大学莱斯特国际学院辽宁大连124000 空军驻北京地区第六军事代表室北京100013 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

硅溶胶是纳米二氧化硅颗粒在水或有机溶剂中的分散溶液,具有高黏度、高热稳定性以及环境友好等优点。精密铸造用陶瓷型壳由耐火材料、黏结剂(硅溶胶)等材料组成。本文综述了各种硅溶胶的制备方法,包括透析法、硅溶解法、离子交换法和溶... 详细信息

硅溶胶是纳米二氧化硅颗粒在水或有机溶剂中的分散溶液,具有高黏度、高热稳定性以及环境友好等优点。精密铸造用陶瓷型壳由耐火材料、黏结剂(硅溶胶)等材料组成。本文综述了各种硅溶胶的制备方法,包括透析法、硅溶解法、离子交换法和溶胶-凝胶法。通过调节硅溶胶的浓度、颗粒尺寸、pH值、温度、离子浓度等,控制凝胶化行为、干燥时间和制备的外壳强度。同时,对影响凝胶化的各种因素进行了评述,并对硅溶胶的未来发展趋势进行了讨论。

关键词：硅溶胶精密铸造凝胶陶瓷型壳