液態(tài)金屬冷卻定向凝固葉片表面除錫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于高溫合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高溫合金定向凝固葉片的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，工業(yè)上比較成熟應(yīng)用的鎳基高溫合金定向凝固技術(shù)主要采用高速凝固法(High Rate Solidificat1n, HRS)和液態(tài)金屬冷卻(Liquid Metal Cooling, LMC)方法。傳統(tǒng)的HRS法通過移動殼型的方式來提高溫度梯度，溫度梯度一般為20-40°C /cm。具體方式為將模殼置于水冷底盤上，并用輻射擋板將熱區(qū)隔離出來，單晶生長開始后，殼型以預(yù)設(shè)速度經(jīng)過輻射擋板從熱區(qū)移出。而LMC技術(shù)的顯著特點是利用液態(tài)金屬作為冷卻介質(zhì)，通過熱傳導(dǎo)替代通常的熱輻射方式來加速已凝固部分(即固相區(qū))的熱量轉(zhuǎn)移，使凝固過程溫度梯度顯著提高。相對于HRS技術(shù)，LMC技術(shù)利用液態(tài)金屬作為冷卻介質(zhì)，凝固過程溫度梯度顯著提高，溫度梯度一般為80-100°C /cm，這樣可能得到缺陷更少的單晶組織，提高合金的力學(xué)性能和環(huán)境性能。另外，LMC的優(yōu)勢還表現(xiàn)在擴大凝固速率的控選范圍，通過工藝的改善不僅可以對合金的組織和性能進行控制，而且節(jié)省凝固時間，簡化生產(chǎn)過程。LMC工藝的液態(tài)冷卻金屬一般選擇金屬Sn，Sn的冷卻效果更好，可以獲得更高的溫度梯度。該種冷卻介質(zhì)在國外已廣泛應(yīng)用于葉片的工業(yè)生產(chǎn)中，但該種介質(zhì)也存在問題，那就是在葉片凝固過程中，由于模殼與凝固后的合金之間存在一定的微小空隙，液態(tài)金屬錫在靜壓力和毛細管力的作用下會通過滲透到該空隙中，進而會粘接在葉片凝固下端的部分的表面。通常這層錫很薄且與葉片表面附著牢固，去除非常困難。因此，如何去除定向凝固葉片表面粘錫是液態(tài)金屬冷卻定向凝固方法制備葉片必須解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種液態(tài)金屬冷卻定向凝固葉片表面除錫方法，其目的是解決以往所存在的問題，提高葉片的表面質(zhì)量。
[0004]技術(shù)方案:
液態(tài)金屬冷卻定向凝固葉片表面除錫方法，其特征在于:工藝路線如下:(1)、采用精密鑄造工藝制備葉片模殼，利用液態(tài)Sn冷卻定向凝固技術(shù)制備定向柱晶或單晶葉片；(2)、對葉片模殼進行清理；(3)、將清殼后的葉片放入高壓脫芯釜中，注入堿液，在一定溫度和壓力下進行除錫；(4)、對除錫后的葉片表面采用酸溶液進行中和及清洗，最后烘干，得到表面無錫的葉片。
[0005]葉片模殼的制備工藝如下:面層涂料采用320-400目剛玉粉與硅溶膠溶液配制，粉液比(質(zhì)量比)為3-3.5:1,第一層涂料后在室溫條件下進行干燥，干燥時間4-8小時；第二層涂料后撒砂，撒砂料為60-80目剛玉砂，干燥時間4-8小時；第三層涂料后撒砂材料為32-60目剛玉砂，干燥時間為4-8小時；第四層涂料后撒砂材料為24-32目剛玉砂，干燥時間為4-8小時；第五-第七層為涂料后撒砂材料為16-24目剛玉砂，干燥時間為4-8小時，最后封漿層采用面層涂料，干燥時間為2-8小時； 采用蒸汽法脫除蠟?zāi)?，蒸汽溫度?50°C _170°C，時間為10-20分鐘；
模殼脫蠟后將模殼放入焙燒爐中進行焙燒，焙燒溫度為850-1200 °C，保溫時間為2-6小時，爐冷至室溫并進行清洗；
將模殼放置在定向爐內(nèi)，上區(qū)預(yù)熱到1450-1550°C，下區(qū)預(yù)熱到1480-1550°C，將合金在熔煉爐內(nèi)熔化，澆注完畢后開始拉單晶，拉速為3-12毫米/分鐘，拉制完畢后隨爐冷卻，然后取出清殼。
[0006]將清殼后的葉片放入高壓脫芯釜中，采用NaOH或Κ0Η的水溶液脫除，堿濃度為25-40%(質(zhì)量比)，溫度為120°C _280°C，壓力為0.3_lMPa，脫除時間2_50小時；葉片上殘余堿液采用鹽酸水溶液進行中和，鹽酸溶液濃度為1-10% ;最后對葉片采用水清洗，烘干。
[0007]定向凝固葉片的材質(zhì)為定向或單晶鎳基高溫合金。
[0008]優(yōu)點及效果:本發(fā)明提供一種液態(tài)金屬冷卻定向凝固葉片表面除錫方法，具體的化學(xué)反應(yīng)方程式如下:Sn+20H+H20=2H2丨+SnO 32。其基于高溫合金不與堿液反應(yīng)，錫與堿液反應(yīng)生成可溶解于水的鹽的原理而去除葉片表面的錫，達到葉片表面去錫的目的。
[0009]【具體實施方式】:
下面對本發(fā)明做進一步說明:
實施例1
采用精密鑄造工藝制備葉片模殼，面層涂料采用剛玉粉(320目)與硅溶膠溶液配制，粉液比為3.5: 1，第一層涂料后在室溫條件下進行干燥，干燥時間8小時；第二層涂料后撒砂，撒砂料為80目剛玉砂，干燥時間8小時；第三層涂料后撒砂材料為60目剛玉砂，干燥時間為8小時；第四層涂料后撒砂材料為32目剛玉砂，干燥時間為8小時；第五-第七層為涂料后撒砂材料為24目剛玉砂，干燥時間為8小時，最后封漿層采用面層涂料，干燥時間為8小時；采用蒸汽法脫除蠟?zāi)＃羝麥囟葹?70°C，時間為20分鐘；模殼脫蠟后將模殼放入焙燒爐中進行焙燒，焙燒溫度為1200°C，保溫時間為6小時，爐冷至室溫并進行清洗；將模殼放置在定向爐內(nèi)，上區(qū)預(yù)熱到1550°C，下區(qū)預(yù)熱到1550°C，將合金在熔煉爐內(nèi)熔化并澆注，合金為定向或單晶鎳基高溫合金，澆注完畢后開始定向凝固生長，拉速為12毫米/分鐘，拉制完畢后隨爐冷卻，然后取出清殼。將清殼后的葉片放入高壓脫芯釜中，采用Κ0Η的水溶液脫除，堿濃度為40%(質(zhì)量比)，溫度為280°C，壓力為IMPa，脫除時間5小時；葉片上殘余堿液采用鹽酸水溶液進行中和，鹽酸溶液濃度為5% ;最后對葉片采用水清洗，烘干。經(jīng)取樣剖面檢測，葉片表面錫層完全去除。
[0010]實施例2
采用精密鑄造工藝制備葉片模殼，面層涂料采用剛玉粉(320目)與硅溶膠溶液配制，粉液比為3.5: 1，第一層涂料后在室溫條件下進行干燥，干燥時間4小時；第二層涂料后撒砂，撒砂料為60目剛玉砂，干燥時間4小時；第三層涂料后撒砂材料為60目剛玉砂，干燥時間為4小時；第四層涂料后撒砂材料為32目剛玉砂，干燥時間為4小時；第五-第七層為涂料后撒砂材料為24目剛玉砂，干燥時間為4小時，最后封漿層采用面層涂料，干燥時間為2小時；采用蒸汽法脫除蠟?zāi)?，蒸汽溫度?70°C，時間為10分鐘；模殼脫蠟后將模殼放入焙燒爐中進行焙燒，焙燒溫度為850°C，保溫時間為6小時，爐冷至室溫并進行清洗；將模殼放置在定向爐內(nèi)，上區(qū)預(yù)熱到1500°C，下區(qū)預(yù)熱到1480°C，將合金在熔煉爐內(nèi)熔化并澆注，合金為定向或單晶鎳基高溫合金，澆注完畢后開始定向凝固生長，拉速為3毫米/分鐘，拉制完畢后隨爐冷卻，然后取出清殼。將清殼后的葉片放入高壓脫芯釜中，采用KOH的水溶液脫除，堿濃度為25% (質(zhì)量比)，溫度為150°C，壓力為0.3MPa，脫除時間40小時；葉片上殘余堿液采用鹽酸水溶液進行中和，鹽酸溶液濃度為4% ;最后對葉片采用水清洗，烘干。經(jīng)取樣剖面檢測，葉片表面錫層完全去除。
[0011]
實施例3
采用精密鑄造工藝制備葉片模殼，面層涂料采用剛玉粉(320目)與硅溶膠溶液配制，粉液比為3:1，第一層涂料后在室溫條件下進行干燥，干燥時間8小時；第二層涂料后撒砂，撒砂料為80目剛玉砂，干燥時間4小時；第三層涂料后撒砂材料為60目剛玉砂，干燥時間為4小時；第四層涂料后撒砂材料為24目剛玉砂，干燥時間為4小時；第五-第七層為涂料后撒砂材料為16目剛玉砂，干燥時間為4小時，最后封漿層采用面層涂料，干燥時間為6小時；采用蒸汽法脫除蠟?zāi)＃羝麥囟葹?50°C，時間為20分鐘；模殼脫蠟后將模殼放入焙