本發明屬于鈦基合金熔模鑄造技術領域，具體涉及一種用于鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法。

背景技術：

鈦是一種性能優良、在發展國家經濟和安全中具有戰略意義的金屬元素，被稱為繼鋼、鋁之后而崛起的“第三金屬”、“太空金屬”、“海洋金屬”。鈦及鈦合金的密度小、比強度高、工作溫度范圍較寬，并且具有優良的抗蝕性，從20世紀50年代被開發以來，由于航空航天領域的需求，鈦合金工業在60多年來有了突飛猛進的發展。

鈦合金難以加工和零部件制造成本高造成其使用量受到了一定的限制，熔模鑄造技術可以生產出近無余量的鑄件，大幅度減少金屬損耗，提高材料利用率，縮短生產周期，還可以制備一些形狀復雜的零件，因此熔模鑄造對于鈦合金零件來說是一種經濟效益顯著的制造方法。氧化物面層陶瓷型殼工藝是目前國內外在鈦合金熔模精鑄技術中應用最廣泛的一種成形工藝，其鑄造生產出來的鑄件強度高、光潔度好、輪廓清晰、價格相對便宜，并可澆注大型復雜薄壁鑄件。

鈦基合金熔點高、密度小，在熔融狀態下能與幾乎所有的耐火材料發生反應，對型殼性能的要求高。目前鈦基合金鑄造型殼廣泛使用莫來石作為背層的耐火材料，但其強度不足，單獨使用往往不能滿足反重力鑄造對型殼的要求。另外，當鑄件的蠟模通過快速成形方式制備時，往往使用的是高聚物材料，其脫蠟較困難，型殼容易在脫蠟過程中開裂。因此，針對上述問題，需要尋找一種強度更高，但又不影響透氣性的型殼。

在公開號為cn103639359a的發明創造中公開了一種基于復合纖維增強熔模精鑄型殼的制備方法，它采用陶瓷和尼龍復合纖維強化熔模精鑄型殼，不僅可以增強型殼強度，提高型殼透氣性，而且解決了傳統工藝制備型殼為了保證其強度而增加型殼厚度導致通氣性差的問題；用于生產高熔點復雜結構整體精鑄件，尼龍有機纖維在型殼焙燒后形成的微孔隙可以提高型殼透氣性，而陶瓷無機纖維保留在型殼中強化型殼強度。該發明在保證型殼一定壁厚的基礎上增強了型殼強度，提高了型殼透氣性，從而對熔模精鑄型殼的金屬澆注奠定了良好的基礎。

在公開號為cn105290313a的發明創造中公開了一種提高鈦鋁合金精密鑄造氧化物陶瓷型殼退讓性的方法，所述方法是在精密鑄造型殼制備過程中添加聚丙稀絲、石墨粉，通過高溫焙燒聚丙烯絲、石墨粉得以燃燒，從而在型殼中形成孔隙，提高型殼退讓性。具體地，是在精密鑄造型殼制備過程的配制漿料、涂掛型殼步驟中，將聚丙烯絲纏繞于氧化物型殼表面，采用含石墨粉的背層漿料掛漿。該發明有效地提高型殼的退讓性，從而有效降低鑄件在凝固過程中出現冷、熱裂紋的傾向。

在公開號為cn101927321a的發明創造中公開了一種反重力鑄造用高透氣性、高強度陶瓷型殼的制備方法，其工藝過程為：制備背層料漿，背層第一層涂料，背層第二層涂料，添加耐溫碳纖維繩：在第二層背層涂料干燥20～24小時后采用規格為12k～24k/股、單絲直徑6μm的耐溫碳纖維繩將模組進行纏繞，耐溫碳纖維繩的纏繞間距為1～3mm，背層第三層及后續背層的型殼涂料，直至涂料到第六層或第七層為止。優點在于，陶瓷型殼透氣性、強度達到預期水平；應用該型殼進行的反重力鑄造實驗表明，有70％的tial合金增壓器渦輪充型完整。

這些方法均是在型殼的涂掛過程中加入有機纖維、石墨等造孔材料來提高型殼的透氣性，在漿料中加入耐火纖維或用其纏繞型殼來提高型殼的強度。這些方法或增加了操作難度，或會使漿料的粘度增大，導致涂層變厚。此外，剛玉質耐火材料自身結構致密，硬度高、斷裂強度較高，熱膨脹小且均勻，常被用作高合金鋼、各種特殊耐熱合金和鎂合金鑄件的制殼耐火材料。因此考慮可以用其來提高鈦基合金熔模鑄造型殼的強度。

技術實現要素：

為克服現有技術中存在的莫來石質型殼強度不足、與面層結合不牢固的不足，把發明提出了一種鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法。

本發明的具體過程如下：

步驟1，制備剛玉層漿料。所述的剛玉層漿料是以剛玉粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘結劑＝2.3～2.5：1，所述的比例為質量比。將200目的剛玉粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到剛玉層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的30％或40％。

步驟2，涂掛第一層剛玉層。將已涂掛好氧化釔面層的蠟模組件浸入所述剛玉層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動所述蠟模組件，控掉該蠟模組件上多余的剛玉層漿料。在該蠟模組件表面鋪撒一層30～50目的剛玉砂；將鋪撒有剛玉砂的蠟模組件放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層剛玉層的制備。

步驟3，涂掛第二層剛玉層。重復步驟2過程，完成蠟模組件的第二層剛玉層的制備。

步驟4，制備莫來石層漿料。所述的莫來石層漿料是以莫來石粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘接劑＝2～2.2：1，所述的比例為質量比。將200目的莫來石粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到莫來石層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的30％或40％。

步驟5，涂掛第一層莫來石層。將制備有剛玉層的蠟模組件浸入到所述莫來石層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動該蠟模組件，控掉模組上多余的莫來石層漿料；在該蠟模組件的表面鋪撒一層30～50目的莫來石砂，并將模組放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層莫來石層的制備。

步驟6，涂掛第二層莫來石層。將制備有第一層莫來石層的蠟模組件浸入莫來石漿料中進行沾漿，停留6s后取出，不斷轉動蠟模組件，控掉模組上多余的漿料。在該蠟模組件表面鋪撒一層16～30目的莫來石砂，并將模組放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第二層莫來石層的制備。

步驟7，涂掛第三層莫來石層。重復步驟6過程，完成蠟模組件的第三層莫來石層的制備。

步驟8，制備封嚴層。將蠟模組件浸入莫來石漿料中進行沾漿，停留6s后取出，不斷轉動蠟模組，控掉該蠟模組件上多余漿料，并將莫來石放置在干燥架上干燥24～36小時，完成蠟模組件封嚴層的制備，完成蠟模組件型殼的制備。

本發明針對目前廣泛應用的莫來石質型殼強度不足、與面層結合不牢固的問題，提供一種操作簡單、性能良好，可適用于鈦基合金熔模精密鑄造的型殼背層涂掛方法。

本發明的工藝過程需要在恒溫恒濕間進行，環境的溫度為22～25℃，相對濕度為40～60％，所使用的硅溶膠可以為sio2質量分數為30％或40％的硅溶膠。

本發明利用了剛玉型殼的強度比莫來石型殼的強度高這一特點，采用剛玉層和莫來石層復合涂掛的方法來制備型殼背層。按hb5352.4-2004《熔模鑄造型殼性能試驗方法第4部分：透氣性的測定》和hb5352.1-2004《熔模鑄造型殼性能試驗方法第1部分：抗彎強度的測定》的方法對型殼的強度和透氣性進行測試。測試結果表明，與傳統單獨使用莫來石質耐火材料來制備型殼背層的方法相比，型殼的室溫強度由2.77±0.86mpa增加到3.71±0.33mpa，1000℃焙燒后型殼在1200℃下的高溫強度由1.87±0.13mpa增加到2.08±0.23mpa，焙燒后的殘余強度由4.78±1.13mpa增加到6.40±0.85mpa。這樣使型殼背層的室溫強度提高了34％，使型殼在搬運和脫蠟過程中不容易開裂；1200℃下的高溫強度提高了11％，使型殼在澆注過程中不容易開裂。并且，加入剛玉層之后，型殼背層在1200℃時的透氣性由8.22×10^-8m⁴/(n·min)變為7.76×10^-8m⁴/(n·min)，透氣性下降在10％以內，透氣性依然良好。

用本發明制備的型殼背層再加上2層y2o3面層，整體型殼在1000℃焙燒后，800℃下的高溫強度為10.22±1.80mpa，1200℃下的高溫強度為2.54±0.66mpa，透氣性為4.73×10^-8m⁴/(n·min)，滿足鈦基合金澆注對型殼的要求。并且，澆注實踐表明，無論重力鑄造或反重力鑄造，澆注時均無跑火現象發生，鑄件清殼容易，型殼面層不粘連在鑄件上，說明了型殼面層和背層的結合較好。

附圖說明

圖1是實施例一中制備的型殼。

圖2是實施例一中通過反重力鑄造澆注的ti4822鑄件清殼后的照片。

圖3是實施例一中澆注的ti4822工字梁鑄件及探傷情況。

圖4是實施例二中制備的型殼。

圖5是實施例二中通過反重力鑄造澆注的zti60鑄件噴砂后的照片。

圖6是本發明的流程圖。

具體實施方式

實施例一

本實施例是一種用于鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法，在恒溫恒濕間進行，所需的環境的溫度為22℃，相對濕度為40％。

本實施例的具體實施步驟如下：

步驟1，制備剛玉層漿料。以剛玉粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘結劑＝2.4:1，所述的比例為質量比。將200目的剛玉粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到剛玉層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的30％。

步驟2，涂掛第一層剛玉層。將已涂掛好氧化釔面層的蠟模組件浸入到步驟1中制備好的剛玉層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動所述蠟模組件，控掉該蠟模組件上多余的剛玉層漿料。在該蠟模組件表面鋪撒一層30～50目的剛玉砂；將鋪撒有剛玉砂的蠟模組件放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層剛玉層的制備。

步驟3，涂掛第二層剛玉層。重復步驟2過程，完成蠟模組件的第二層剛玉層的制備。

步驟4，制備莫來石層漿料。以莫來石粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘接劑＝2:1，所述的比例為質量比。將200目的莫來石粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到莫來石層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的30％。

步驟5，涂掛第一層莫來石層。將制備有剛玉層的蠟模組件浸入到所述莫來石層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動該蠟模組件，控掉模組上多余的莫來石層漿料；在該蠟模組件的表面鋪撒一層30～50目的莫來石砂，并將模組放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層莫來石層的制備。

步驟6，涂掛第二層莫來石層。將制備有第一層莫來石層的蠟模組件浸入莫來石漿料中進行沾漿，停留6s后取出，不斷轉動蠟模組件，控掉模組上多余的漿料。在該蠟模組件表面鋪撒一層16～30目的莫來石砂，并將模組放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第二層莫來石層的制備。

步驟7，涂掛第三層莫來石層。重復步驟6過程，完成蠟模組件的第三層莫來石層的制備。

步驟8，制備封嚴層。將蠟模組件浸入莫來石漿料中進行沾漿，停留6s后取出，不斷轉動蠟模組，控掉該蠟模組件上多余漿料，并將莫來石放置在干燥架上干燥24小時，完成蠟模組件封嚴層的制備，完成蠟模組件型殼的制備。

采用以上工藝過程制備的型殼試樣，按hb5352.4-2004《熔模鑄造型殼性能試驗方法第4部分：透氣性的測定》和hb5352.1-2004《熔模鑄造型殼性能試驗方法第1部分：抗彎強度的測定》進行測試，型殼的室溫強度為3.48mpa，1200℃時的高溫強度為2.07mpa，高溫殘余強度為6.29mpa，型殼在1200℃時透氣性的測試結果為7.71×10^-8m⁴/(n·min)。與原先只用莫來石耐火材料制備的型殼背層的性能相比，型殼的室溫強度增加了26％，高溫強度增加了11％，型殼的高溫透氣性下降了6％。

采用以上工藝過程制備了zro2面層熔模鑄造型殼的背層型殼，型殼在脫蠟和焙燒過程中未見開裂，用此型殼澆注了ti4822鑄件，鑄件清殼容易，無粘砂缺陷，焙燒后的型殼如附圖1所示，清殼后的鑄件如附圖2所示。另外，澆注的壁厚分別為3mm、4mm、5mm厚的ti4822工字梁鑄件雖然存在充型不完整，但是在鑄件的應力集中區域未探測出裂紋，這說明了型殼具有一定的退讓性。

實施例二

本實施例是一種用于鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法，在恒溫恒濕間進行，所需的環境的溫度為25℃，相對濕度為60％。

本實施例的具體實施步驟如下：

步驟1，制備剛玉層漿料。以剛玉粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘結劑＝2.4:1，所述的比例為質量比。將200目的剛玉粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到剛玉層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的30％。

步驟2，涂掛第一層剛玉層。將已涂掛好氧化釔面層的蠟模組件浸入到步驟1中制備好的剛玉層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動所述蠟模組件，控掉該蠟模組件上多余的剛玉層漿料。在該蠟模組件表面鋪撒一層30～50目的剛玉砂；將鋪撒有剛玉砂的蠟模組件放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層剛玉層的制備。

步驟3，涂掛第二層剛玉層。重復步驟2過程，完成蠟模組件的第二層剛玉層的制備。

步驟4，制備莫來石層漿料。以莫來石粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘接劑＝2:1，所述的比例為質量比。將200目的莫來石粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到莫來石層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的30％。

步驟5，涂掛第一層莫來石層。將制備有剛玉層的蠟模組件浸入到所述莫來石層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動該蠟模組件，控掉模組上多余的莫來石層漿料；在該蠟模組件的表面鋪撒一層30～50目的莫來石砂，并將模組放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層莫來石層的制備。

步驟6，涂掛第二、三層莫來石層。重復步驟6過程兩次，完成蠟模組件的第二層和第三層莫來石層的制備。

步驟7，制備封嚴層。將蠟模組件浸入莫來石漿料中進行沾漿，停留6s后取出，不斷轉動蠟模組，控掉該蠟模組件上多余漿料，并將莫來石放置在干燥架上干燥24小時，完成蠟模組件封嚴層的制備，完成蠟模組件型殼的制備。

采用以上工藝過程制備的型殼試樣，按hb5352.4-2004《熔模鑄造型殼性能試驗方法第4部分：透氣性的測定》和hb5352.1-2004《熔模鑄造型殼性能試驗方法第1部分：抗彎強度的測定》進行測試，型殼的室溫強度為3.94mpa，1200℃時的高溫強度為2.09mpa，高溫殘余強度為6.52mpa，型殼在1200℃時透氣性的測試結果為7.82×10^-8m4/(n·min)。與原先只用莫來石耐火材料制備的型殼背層的性能相比，型殼的室溫強度增加了42％，高溫強度增加了12％，型殼的高溫透氣性下降了5％。

采用以上工藝過程制備了y2o3面層熔模鑄造型殼的背層型殼，型殼在脫蠟和焙燒過程中未見開裂，用此型殼澆注了zti60鑄件，鑄件清殼容易，無粘砂缺陷，焙燒后的型殼如附圖4所示，清砂后的鑄件如附圖5所示。

實施例三

本實施例是一種用于鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法，在恒溫恒濕間進行，所需的環境的溫度為24℃，相對濕度為50％。

本實施例的具體實施步驟如下：

步驟1，制備剛玉層漿料。以剛玉粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘結劑＝2.4:1，所述的比例為質量比。將200目的剛玉粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到剛玉層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的40％。

步驟2，涂掛第一層剛玉層。將已涂掛好氧化釔面層的蠟模組件浸入到步驟1中制備好的剛玉層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動所述蠟模組件，控掉該蠟模組件上多余的剛玉層漿料。在該蠟模組件表面鋪撒一層30～50目的剛玉砂；將鋪撒有剛玉砂的蠟模組件放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層剛玉層的制備。

步驟3，涂掛第二層剛玉層。重復步驟2過程，完成蠟模組件的第二層剛玉層的制備。

步驟4，制備莫來石層漿料。以莫來石粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘接劑＝2:1，所述的比例為質量比。將200目的莫來石粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到莫來石層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的40％。

步驟5，涂掛第一層莫來石層。將制備有剛玉層的蠟模組件浸入到所述莫來石層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動該蠟模組件，控掉模組上多余的莫來石層漿料；在該蠟模組件的表面鋪撒一層30～50目的莫來石砂，并將模組放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層莫來石層的制備。

步驟6，涂掛第二層莫來石層。將制備有第一層莫來石層的蠟模組件浸入莫來石漿料中進行沾漿，停留6s后取出，不斷轉動蠟模組件，控掉模組上多余的漿料。在該蠟模組件表面鋪撒一層16～30目的莫來石砂，并將模組放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第二層莫來石層的制備。

步驟7，涂掛第三層莫來石層。重復步驟6過程，完成蠟模組件的第三層莫來石層的制備。

步驟8，制備封嚴層。將蠟模組件浸入莫來石漿料中進行沾漿，停留6s后取出，不斷轉動蠟模組，控掉該蠟模組件上多余漿料，并將莫來石放置在干燥架上干燥24小時，完成蠟模組件封嚴層的制備，完成蠟模組件型殼的制備。

實施例四

本實施例是一種用于鈦基合金熔模鑄造型殼背層的涂掛方法，具體實施步驟如下：

步驟1，制備剛玉層漿料。以剛玉粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘結劑＝2.4:1，所述的比例為質量比。將200目的剛玉粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到剛玉層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的40％。

步驟2，涂掛第一層剛玉層。將已涂掛好氧化釔面層的蠟模組件浸入到步驟1中制備好的剛玉層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動所述蠟模組件，控掉該蠟模組件上多余的剛玉層漿料。在該蠟模組件表面鋪撒一層30～50目的剛玉砂；將鋪撒有剛玉砂的蠟模組件放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層剛玉層的制備。

步驟3，涂掛第二層剛玉層。重復步驟2過程，完成蠟模組件的第二層剛玉層的制備。

步驟4，制備莫來石層漿料。以莫來石粉作為耐火料，以硅溶膠作為粘接劑；所述耐火料：粘接劑＝2:1，所述的比例為質量比。將200目的莫來石粉加入硅溶膠中，攪拌1小時，得到莫來石層漿料；所述硅溶膠中，sio2的質量百分比占硅溶膠體系的40％。

步驟5，涂掛第一層莫來石層。將制備有剛玉層的蠟模組件浸入到所述莫來石層漿料中進行沾漿，停留6s后取出。不斷轉動該蠟模組件，控掉模組上多余的莫來石層漿料；在該蠟模組件的表面鋪撒一層30～50目的莫來石砂，并將模組放置在干燥架上干燥12小時，完成蠟模組件的第一層莫來石層的制備。

步驟6，涂掛第二、三層莫來石層。重復步驟6過程兩次，完成蠟模組件的第二層和第三層莫來石層的制備。

步驟7，制備封嚴層。將蠟模組件浸入莫來石漿料中進行沾漿，停留6s后取出，不斷轉動蠟模組，控掉該蠟模組件上多余漿料，并將莫來石放置在干燥架上干燥24小時，完成蠟模組件封嚴層的制備，完成蠟模組件型殼的制備。