патент
№ RU 2332278
МПК B22C1/20

СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Авторы:
Бондаренко Юрий Александрович Стороженко Павел Аркадьевич Каблов Евгений Николаевич
Все (8)
Номер заявки
2006140212/02
Дата подачи заявки
15.11.2006
Опубликовано
27.08.2008
Страна
RU
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

[28]

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, кобальта, титана, ниобия, хрома с направленной и монокристаллической структурами. Суспензия содержит, мас.%: алюмоорганическое связующее 10-25; органический растворитель 10-15; порошок алюминия и/или хрома 5-15; технологическая добавка 5-65; огнеупорный наполнитель - остальное. В качестве алюмоорганического связующего суспензия содержит алкоксиалюмооксановые олигомеры общей формулы: RO[{-Al[OR]-O-}m·{-Al[OR*]-O-}k]nН, где R - CnH2n+1; R* - CHC(O)CnH2n+1; n=2; m=0,5; k=0,5. В качестве технологической добавки суспензия содержит порошки AlN, Cr3С2, Cr2O3 ·Al2О3, Cr2О3 или их смеси. Достигается повышение качества керамических форм и устранение зоны взаимодействия расплавленного жаропрочного сплава с керамической формой. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения

1. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, содержащая алюмоорганическое связующее, органический растворитель и электрокорунд в качестве огнеупорного наполнителя, отличающаяся тем, что в качестве алюмоорганического связующего она содержит алкоксиалюмоксановые олигомеры общей формулы:

RO[{-Al[OR]-O-}m· {-Al[OR*]-O-}k]n·Н,

где R=CnH2n+1;

R*=CHC(O)CnH2n+1;

n=2;

m=0,5;

k=0,5,

и дополнительно содержит порошок алюминия и/или хрома и технологическую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

связующее10-25
органический растворитель 10-15
порошок алюминия и/или хрома5-15
технологическая добавка5-65
электрокорундостальное

2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве технологической добавки она содержит порошки AlN, Cr3С2, Cr2О3·Al2O3, Cr2О3 или их смеси.

Описание

[1]

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения оболочковых бескремнеземных керамических форм в процессе литья по выплавляемым моделям для изготовления отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, кобальта, титана, ниобия, хрома с направленной и монокристаллической структурами.

[2]

Известна суспензия, содержащая алкоксиалюмооксановое связующее в количестве 9-23 мас.%, этилсиликатное связующее (ЭТС-40) в количестве: 5,0-20,0 мас.%, органический растворитель в количестве 12-30 мас.%, дистенсиллиманит - остальное [Патент РФ №1778944].

[3]

Известна суспензия для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающая алкоксиалюмооксан 4-8 мас.%, стабилизатор 2-4 мас.%, органический растворитель 19-21 мас.%, активатор - порошок металла IIIa, IVa, Va групп или его оксид; огнеупорный наполнитель - остальное [Пат. РФ №2082535].

[4]

Известна керамическая суспензия, содержащая оксид алюминия 33,3-34 масс %, оксид кремния (IV) 20,1-21,4 масс%, карбоксиметилцеллюлозу 4,9-5,5 масс %, карбонат кальция 0,4-0,5 масс.%, оксид железа или оксид кобальта 0,25-0,35 масс % растворитель 38-40 масс.% [Патент США 5,395,437].

[5]

Известна суспензия, содержащая алкоксиалюмооксановое связующее в количестве 9-23 мас.%, этилсиликатное связующее (ЭТС-40) в количестве: 5,0-20,0 мас.%, органический растворитель в количестве 12-30 мас.%, дистенсиллиманит - остальное [Патент РФ №1778944].

[6]

Недостатком этих суспензий является низкая прочность получаемых из них оболочковых форм при высоких температурах (σвизг 1700°С=5-6 кг/см2), а также наличие взаимодействия контактного слоя оболочковых форм с расплавленным металлом (0,6-0,8 мм). Взаимодействие формы с металлом объясняется наличием оксида кремния (IV). Поскольку бескремнеземное связующее содержится только в первом и во втором слое формы, то эффект оно дает только при равноосном литье. При литье лопаток из современных сложнолегированных жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурами избежать взаимодействия полностью не удается по причине того, что керамическая форма находится при температуре 1600°С и больше в течение 2-3 ч. При такой выдержке оксид кремния (IV) диффундирует в первые слои оболочки и вступает во взаимодействие с расплавленным металлом.

[7]

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по составу и назначению является суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, имеющая следующий химический состав (мас.%):

[8]

алкоксиалюмооксан общей формулы
[(AlO)m-OR, где R=Cn+H2n+1; n=2-4, m=2-5]7-11
органический растворитель18-24
огнеупорный наполнитель (электрокорунд)остальное

[9]

[Патент РФ №1838986].

[10]

Недостатком этой суспензии является то, что керамическая форма, выполненная из нее, обладает недостаточно высокой прочностью при температуре выше 1600°С и большой зоной взаимодействия формы с жаропрочным сплавом, что не позволяет использовать ее для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой.

[11]

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества керамических форм за счет повышения их прочности при высокой температуре и уменьшения зоны взаимодействия форм с жаропрочным сплавом на границе металл - форма до 0,01-0,08 мм.

[12]

Поставленная техническая задача решается тем, что предложена суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая алюмоорганическое связующее, органический растворитель и электрокорунд в качестве огнеупорного наполнителя, отличающаяся тем, что в качестве алюмоорганического связующего она содержит алкоксиалюмооксановые олигомеры общей формулы:

[13]

RO[{-Al[OR]-O-}m·{-Al[OR*]-O-}k]nH,

[14]

где R=CnH2n+1; R*=CHC(O)CnH2n+1; n=2; m=0,5; k=0,5,

[15]

и дополнительно содержит порошок алюминия и/или хрома и технологическую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

[16]

связующее10-25
органический растворитель10-15
порошок алюминия и/или хрома5-15
технологическая добавка5-65
огнеупорный наполнительостальное

[17]

В качестве технологической добавки суспензия содержит порошки AlN, Cr3С2, Cr3О3·Al2О3, Cr2О3 или их смеси.

[18]

Применение порошков алюминия и (или) хрома позволяет повысить прочность керамических форм после прокалки, не изменяя основного состава керамических форм. При прокалке порошки алюминия и/или хрома окисляются до соответствующих оксидов и хорошо спекаются с огнеупорным наполнителем. Оксид хрома образует непрерывный ряд твердых растворов в оксиде алюминия огнеупорного наполнителя. Тем самым происходит прочное спекание зерен электрокорунда между собой. Следует отметить, что оксид хрома и/или оксид алюминия, образуя твердый раствор на поверхности зерен электрокорунда, повышает огнеупорность границ спекшихся зерен электрокорунда на 150-200° (огнеупорность образовавшегося оксида между зернами корунда повышается до 2200-2250°С). Введение технологической добавки в огнеупорный наполнитель повышает огнеупорность форм до 2300-2350°C, так как температуры плавления технологических добавок выше температуры плавления огнеупорного наполнителя.

[19]

Порошки технологической добавки при прокалке совместно с порошком алюминия и/или хрома очень хорошо спекаются с образовавшимися оксидами порошков за счет образования твердых растворов. Таким образом, образуется плотно спеченная керамическая форма, как одно целое. Нитрид алюминия при прокалке образует оксинитрид алюминия, который хорошо спекается с огнеупорным наполнителем. Т.к. технологические добавки входят в состав спеченной формы и имеют более высокие температуры плавления, то соответственно повышается общая огнеупорность прокаленных керамических форм. Таким образом, повышается рабочая температура форм до 1700°С.

[20]

Механизм действия алюмоорганического связующего следующий: при комнатной температуре и повышенной влажности происходит испарение растворителя, алюмоорганическое связующее необратимо твердеет, причем происходит разрыв химических связей с образованием мелкодисперсного оксида алюминия, который при спекании играет роль связующего, способствуя плотному спеканию зерен электрокорундового наполнителя между собой.

[21]

Пример осуществления.

[22]

Изготовление керамических форм производили по принятой технологии литья по выплавляемым моделям. Брали блок выплавляемых моделей (турбинная лопатка) и готовили керамическую суспензию состава, приведенного в таблице 1. В качестве растворителя брали этиловый спирт.

[23]

Компоненты тщательно перемешивали, суспензию доводили до определенной вязкости и затем на модельный блок послойно наносили суспензию и обсыпку. Обсыпка осуществлялась крупными фракциями электрокорунда по принятой в промышленности технологии: первый слой - зерном электрокорунда №20 F 70, второй - зерном №40 F 46, третий и последующие слои оболочки зерном №63 F 30.

[24]

Оболочковая керамическая форма подвергалась сушке после нанесения каждого слоя, далее модель удалялась в автоклаве, форма прокаливалась при 1350°С в течение 4-6 часов и заливалась методом высокоградиентной направленной кристаллизации на установке УВНЭС-4 высокожаропрочным ренийсодержащим сплавом ВЖМ-1 (температура заливаемого металла составляет до 1700°С).

[25]

Такая же технология применялась и для получения суспензий, состав которых приведен в таблице 1, где: 1 - состав по прототипу, а 2-20 - предлагаемые составы. Как видно из таблицы, составы суспензий №№2-20 позволяют получать высокую прочность керамических форм при температуре 1700°С, теплопроводность, огнеупорность и, как следствие, высокую рабочую температуру формы. При всех составах суспензий (№№2-20) полученные формы отвечали повышенным требованиям по физико-механическим характеристикам и величине зоны взаимодействия расплавленного жаропрочного сплава с формой и значительно превышали соответствующие характеристики прототипа (№1).

[26]

Таким образом, применение предлагаемой суспензии для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям позволяют получать формы с высокими физико-механическими характеристиками и практически полным отсутствием зоны взаимодействия расплавленного жаропрочного сплава с керамической формой.

[27]

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты