收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

氮化硼基精铸复合型壳及制备工艺

刘宏葆  
【摘要】: 钛合金是一种性能优异、用途广泛的金属材料。熔模精密铸造工艺是钛合金成型的重要方法之一。当前,钛合金熔模精密铸造技术发展的关键,仍在于寻找出一种低成本,工艺性能好,与钛合金反应较小的钛合金熔模精密铸造用的制壳材料,并探索与之配套的制备技术,生产出性能优异的钛合金铸件。 论文围绕着这一目标,通过对稳定化氧化锆、高纯热压氮化硼与熔融钛界面反应的比较研究,发现六方氮化硼是一种与钛合金反应较小的耐火材料。在此基础上,尝试将氮化硼作为钛合金精密铸造用型壳的面层造型材料,并开发了一种新型钛合金精密铸造型壳——氮化硼基复合型壳和其制备工艺。 在此型壳体系中,面层和次面层以经过预处理的六方氮化硼和少量氧化钇作为造型材料,钇溶胶作为粘结剂;而型壳的背层则使用普通钢熔模精密铸造的造型材料即硅溶胶和莫来石。 通过对目前市场上销售的各种氮化硼包括t-BN、高纯氮化硼等各种氮化硼粉体性能特性进行了考察比较,发现这些氮化硼存在比表面积大、流动性差、成本昂贵等问题,无法用于熔模精铸型壳的造型材料。我们探索了一种对普通氮化硼进行热压预处理工艺,使得氮化硼粉体形状得到明显改善,比表面积大幅降低,氮化硼在粘结剂中的含量大幅增加。这种既能节约成本又能有效改善氮化硼粉体在溶剂中流动性的预处理工艺,使普通氮化硼用于钛合金熔模精铸型壳的造型材料成为可能。 论文还开发了一种由氮化硼、氧化钇和钇溶胶组成的新型氮化硼基复合涂料,并对含有不同比例的氮化硼和氧化钇复合涂料的基本性质进行了研究。研究发现氮化硼基复合涂料具有熔模精密铸造涂料所需的屈服性、剪切稀释等流变性特点。 本文还研究了一种新型脱蜡工艺——微波脱蜡。并研究了型壳的背层数量和型壳在微波场中的放置方式等各种因素对微波脱腊效果的影响,确定了微波脱腊的最佳工艺。该工艺不仅解决了大部分钛合金熔模精密铸造用粘结剂(如钇溶胶粘结剂)干燥后遇水回溶的难点,也避免了溶剂脱蜡中所使用的有机溶剂对人体的危害。微波脱蜡是一种用于钛合金熔模精密铸造中很有发展潜力的脱蜡工艺。 在型壳制备工艺中,焙烧是重要的工序之一,为了研究氮化硼基复合型壳在焙烧过程中面层发生的物理化学变化,本文通过使用失重分析(TG)、差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)和强度分析等多种检测手段,对经过不同焙烧工艺的氮化硼基复合型壳的表面形貌、内部成分、残余强度等性质进行了系统研究。研究发现氮化硼基复合型壳在空气中高温加热(≥800℃)时候,面层中的氮化硼与氧化钇之间会发生反应,反应生成了低熔点YBO_3。YBO_3的生成可以改善氮化硼基复合型壳的表面质量,提高型壳高温残余强度但可能会影响型壳对钛液的“惰性”。因此在充分考虑型壳制备成本、型壳表面质量和型壳强度等因素的情况下,氮化硼基复合型壳的焙烧工艺分为两个阶段。在低于900℃时,采用在空气中焙烧;当加热温度高于900℃时,采用在氮气保护下焙烧,提高加热温度至1000℃保温1~2个小时(具体看型壳大小)。型壳随炉冷却,当炉内温度低于800℃时,才停止氮气保护。 此外,为了验证氮化硼基复合型壳在精密铸造中的可用性,本文还进行了型壳与TiNi合金以及Ti-6Al-4V合金之间的浇铸试验和界面反应机理研究。试验中分别使用了真空感应熔炼和真空水冷铜感应熔炼两种不同的熔炼方法,并通过使用扫描电镜(SEM),电子探针(EPMA)等检测方法,对型壳与熔融钛合金之间的反应界面进行了研究。氮化硼基复合型壳与TiNi合金界面反应研究发现,这种型壳用于铸造TiNi合金时,具有良好的铸造性能和耐火度;即使浇铸温度高达1600℃(300℃过热度),型壳与钛镍合金反应仍然较小,铸件表面反应层和扩散层都仅为几个微米。而氮化硼基复合型壳与高温下的Ti-6Al-4V合金反应较为严重,当浇铸温度为1750℃以上时,铸件表面的“沾污层”厚度为180~200μm,其中反应层厚度约为30~50μm,由N原子和少量B原子扩散入钛基体形成的硬化层(扩散层)大约为150μm。 本文还对TiNi合金和铸造钛合金Ti-6Al-4V的活度进行了计算,并研究了两种钛合金与氮化硼基复合型壳界面反应机理。研究发现TiNi合金的活度要低于Ti-6Al-4V合金,由于钛合金与型壳之间的反应是一个双向迁移的过程,钛合金的种类、浇铸温度和型壳内表面质量是对此过程有巨大的影响。 总之,氮化硼基复合型壳为主线的熔模精铸工艺技术路线是一条很有发展潜力的钛合金熔模精铸生产的技术路线。它不仅具备当前常规的钛合金熔模精铸工艺对其他各种成形工艺的优势,而且与当前常规的钛合金熔模精铸工艺相比,还有鲜明的成本低、环境友好型的特色。但是,应该看到,我们的工作还没有结束,还需要进一步改进这种氮化硼基复合陶瓷型壳的性能,完善其制备工艺,并对其在钛合金精铸件产业化生产应用的作出系统评估。只有这样,才能使这氮化硼基复合型壳钛合金熔模精铸生产工艺技术路线推向产业化,有一个扎实可靠的基础。一旦能够在它的产业化转化获得突破,那么它就有可能成为当前氧化钇型钛合金熔模精铸工艺的替代技术,大幅降低钛合金零件的生产成本,形成真正意义上的高效、优质、环境友好型的钛合金零件的生产技术路线,大大拓展钛合金工业生产领域,扩大钛合金的用途,为真正实现钛合金从军用到民用的转变奠定基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李春柏;;钛合金加工用铣刀的设计探讨[J];装备制造技术;2011年07期
2 赵林博;徐珊珊;;钛合金超塑成形工艺及应用[J];科技创新导报;2011年19期
3 周利华;苏桂生;;钛合金的超高速切削加工技术研究[J];考试周刊;2011年54期
4 李群;;天津钢管集团股份有限公司首次成功试制出钛合金无缝钢管[J];钢管;2011年03期
5 骆瑞雪;李争显;潘晓龙;;钛合金表面熔烧铝化物涂层抗氧化性[J];热加工工艺;2011年12期
6 史莉;;ISO S新型刀片系列推动了高温合金和钛合金车削技术的发展[J];金属加工(冷加工);2011年15期
7 惠巍;陈海莲;;某钛合金深盲孔零件加工工艺研究[J];航空精密制造技术;2011年04期
8 阎天成;;薄壁盘环类钛合金件数控车削技术[J];金属加工(冷加工);2011年17期
9 ;钛行业“十二五”规划研究[J];钛工业进展;2011年04期
10 赵永庆;;近5年中国典型新型钛合金研究与发展(英文)[J];中国材料进展;2011年06期
11 李伟;;钛合金磨削温度实验研究[J];现代商贸工业;2011年11期
12 郎利辉;布国亮;薛勇;张东星;;钛合金热等静压模拟本构关键参数确定及工艺优化[J];塑性工程学报;2011年04期
13 张慧儒;;钛合金织构国内外研究现状[J];广州化工;2011年11期
14 解念锁;武立志;;钛合金表面微弧氧化的影响因素及其应用[J];热加工工艺;2011年12期
15 陈星;董志国;姜涛;刘含洋;;富氧α层对钛合金直角接头开裂的影响[J];失效分析与预防;2011年03期
16 孙书英;邓超;;基于二元相图精确计算钛合金α+β/β相变点[J];钛工业进展;2011年03期
17 杨冬雨;付艳艳;惠松骁;叶文君;于洋;梁恩泉;;高强高韧钛合金研究与应用进展[J];稀有金属;2011年04期
18 钱学梅;钱学军;吕彦;贺新民;赵振龙;胡俊;;静液挤压变形工艺对TC4钛合金组织与性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2011年04期
19 谭华;张凤英;陈静;林鑫;徐粉红;黄卫东;;混合元素法激光立体成形Ti-XAl-YV合金的微观组织演化[J];稀有金属材料与工程;2011年08期
20 赵林博;雷鹍;宋鹏;许沂;刘新芹;;错位散斑技术在钛合金SPF/DB结构检测中的应用初探[J];航空制造技术;2011年16期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩光臣;迟恩田;;电火花铣削钛合金加工工艺研究[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
2 张跃飞;;阵列针状空心阴极放电钛合金表面合金化研究[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
3 江应栋;黄青松;;高温真空钛合金成形炉应用[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
4 杨荣福;韩荣第;;车削TC-4钛合金时高速钢刀具磨损的试验研究[A];摩擦学第三届全国学术交流会论文集摩擦磨损部分(Ⅰ)[C];1982年
5 李佐臣;;海洋开发、舰船用新型结构钛合金研制[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
6 马小怀;赵喜明;陈百锁;;钛合金棒材超声波探伤[A];无损检测专业委员会第七届年会论文集[C];2000年
7 周荣林;侯金保;黄宁;张九海;田锡唐;;钛合金中间层扩散连接[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
8 陈明和;;热加工过程中钛合金微观组织演变的可视化仿真[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
9 陈玉勇;;钛合金及TiAl系金属间化合物的研究进展及发展趋势[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年
10 郭永清;吕刚;;钛合金小规格六方棒的超声探伤方法[A];陕西省第九届无损检测年会陕西省机械工程学会无损检测分会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘宏葆;氮化硼基精铸复合型壳及制备工艺[D];上海大学;2009年
2 王连军;玻璃—陶瓷保护涂层的制备及在钛合金热加工过程中的应用研究[D];大连理工大学;2002年
3 杜汉斌;钛合金激光焊接及其熔池流动场数值模拟[D];华中科技大学;2004年
4 张云琨;氢、氮化和热氧化对钛合金性能影响的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
5 李鑫;TC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 何晓;含氢的新型钛合金的疲劳行为研究[D];四川大学;2003年
7 卫中山;MEVVA离子注入钛合金抗疲劳制造的基础研究[D];南京航空航天大学;2003年
8 何博;钛合金表面热障涂层的制备与研究[D];上海交通大学;2008年
9 汤慧萍;汽车用粉末冶金Ti-Fe-Mo-Al合金的研究[D];中南大学;2004年
10 宋辉;脉冲电流处理对钛合金板材组织和性能影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑韵哲;激光近形制造钛合金试件力学性能的初步研究[D];中国医科大学;2009年
2 张菊梅;能量参数对钛合金微弧氧化膜层表面形貌及膜层/环氧树脂结合强度的影响[D];西安理工大学;2004年
3 刘会群;金属Sc对钛合金组织与性能的影响[D];中南大学;2004年
4 秦妍梅;钛及钛合金表面改性层腐蚀及腐蚀磨损性能的研究[D];太原理工大学;2005年
5 邓炯;氮离子注入两种新型钛合金的表面改性研究[D];四川大学;2005年
6 张凤英;低成本氢化脱氢钛合金粉末的激光快速成形[D];西北工业大学;2006年
7 杨勇;细晶钛合金超塑性扩散连接的微观组织及元素扩散行为[D];大连理工大学;2009年
8 曹建玲;钛合金的氢致延迟断裂行为研究[D];四川大学;2002年
9 沈纪渭;钛合金环壳零件冲压成形过程的有限元模拟研究[D];西北工业大学;2003年
10 戴正宏;医用钛合金表面阳极氧化研究[D];天津大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 李鹏;曹春晓:炼出中国钛合金[N];北京科技报;2009年
2 记者 李大庆;航空、材料两领域专家共商钛合金技术发展[N];科技日报;2010年
3 白世鸿;钛合金与生活零距离[N];中国有色金属报;2006年
4 林书宣通讯员 周序克 特约记者 宋祥达;高钛合金项目落户澄迈[N];海南日报;2007年
5 记者 刘兴;航空钛合金技术发展论坛在京举办[N];中国航空报;2010年
6 李中 陈伟;钛及钛合金在汽车上的应用[N];中国有色金属报;2010年
7 健康时报特约记者  王贻宁;选钛合金牙要“擦亮眼”[N];健康时报;2006年
8 赵志伟;高起点发展钛合金产业[N];洛阳日报;2007年
9 陈亚莉;GKN为F-22整合钛合金专业技术[N];中国有色金属报;2007年
10 记者 柳悦;津产自行车体重8千克[N];天津日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978