薄壁钛铸件制壳工艺研究

【摘要】：本文在分析钛和氧化锆陶瓷面层材料在界面处的物理和化学过程,锆溶胶凝结机理和硅溶胶干燥机理基础上,通过实验,对氧化锆系面层材料进行了优化研究,获得了稳定生产薄壁高质量钛铸件的氧化锆面层材料型壳制作工艺。研究结果表明: 1、氧化锆面层材料型壳内表面由于钛液的热冲击作用产生了一个约200μm厚的剥离层。型壳中的锆、氧等元素的热扩散而产生了钛铸件的表面污染层,其厚度一般为20-200μm;采用ZrO_2、ZrO_2(CaO)、和ZrO_2(Y_2O_3)面层材料,铸件的反应层厚度依次为2001μm、100μm、50μm,由于氧化钇的加入,降低了氧化锆分解速度及Zr的活性,相应其面层材料稳定性最好,铸件污染层最薄,只有50μm,适合我公司生产薄壁钛铸件面层材料。 2、根据锆溶胶凝胶机理和面层材料实验结果,当锆溶胶胶粒直径为1-3μm,液体环境为PH=3.8-4.2,粉液比在3.2-3.4,环境条件为:室温温度22-24℃,湿度50-70%时,锆溶胶的胶凝形成三维空间的锆氧键的网络结构,制作的型壳表面光洁、尺寸精度高、高温强度好,浇铸的钛铸件质量好。 3、根据硅溶胶干燥动力学机理,确定背层涂挂工艺条件为环境温度24-26℃,湿度35-45%,风速为2-4m/s,型壳的湿强度高,透气性好,馈散性好,不易开裂剥离,背层硬化效果最佳。