选区激光烧结用覆膜锆砂的制备及其SLS成形工艺研究

采用冷、热法制备了覆膜锆砂,并进行了选区激光烧结成形工艺研究,着重探讨了单层扫描面积和激光功率对SLS覆膜锆砂砂型抗拉强度的影响。结果表明:在树脂含量相等条件下,相对于冷法,热法制备的覆膜锆砂的SLS成形砂型抗拉强度明显更高;单层扫描面积对覆膜锆砂砂型抗拉强度影响显著,随着扫描面积的增大,在同样烧结参数下,其成形初强度由0.27 MPa迅速下降到0.04 MPa;而激光功率是决定覆膜锆砂砂型抗拉强度的关键因素,115/170目覆膜锆砂粘结剂含量为2%的条件下,扫描面积约1 900 mm~2,合适的激光功率为35 W,成功制备覆膜锆砂砂型,并浇注出轮廓清晰、表面光亮的钛合金铸件。     

基于SLS覆膜砂型(芯)的镁合金砂型铸造的阻燃机理分析

针对镁合金SLS覆膜砂型铸造过程中存在的局部燃烧及大量烧蚀等问题,提出了在SLS覆膜砂材料中添加含硼酸、碳粉及硫铁矿粉等的复合阻燃剂,并采用SLS覆膜砂型进行了镁合金铸件的快速铸造,研究了镁合金与SLS覆膜砂型砂芯之间的界面反应,并对SLS覆膜砂型的阻燃机理进行了分析。结果表明,添加复合阻燃剂SLS覆膜砂型镁合金铸件表面光滑,有金属光泽;其阻燃机理是金属液与SO2/CO2气体之间的起皱后体系能量增加,变形不能够自发进行,氧化膜不易起皱破裂,表面组织致密。     

硅溶胶浸渗对SLS覆膜砂表面质量的影响

通过对选区激光烧结(SLS)覆膜砂型浸渗硅溶胶后处理强化,研究浸渗硅溶胶对精密铸造用SLS砂型表面粗糙度的影响。结果表明,随着硅溶胶浸渗温度的升高及时间的延长,SLS覆膜砂铸型表面粗糙度均呈先减小后增大的趋势,当硅溶胶浸渗温度为30℃、浸渗时间为15h时,覆膜砂铸型表面粗糙度最小,Ra为11.48μm;随着覆膜砂后固化温度及时间的提高,SLS覆膜砂铸型表面粗糙度均呈先减小后增大的趋势,当覆膜砂后固化温度为30℃、固化时间为15h时,覆膜砂铸型表面粗糙度(Ra)最小为13.96μm。     

定向凝固Ti-48Al合金与不同氧化物铸型涂层界面反应的研究（英文）

研究了定向凝固过程中Ti48Al7Nb2.5V1Cr合金分别与Al_2O_3、Y_2O_3、ZrO_2铸型涂层的界面反应。通过SEM、EDS以及XRD等检测方法对合金与铸型涂层的界面反应的微观组织、元素分布以及界面的相组成等进行表征;同时结合对界面的硬度测量,得到界面反应层厚度。结果表明,合金熔体与不同铸型涂层均发生了界面反应。铸型涂层材料不同,界面反应剧烈程度也不同。反应过程中在熔体和扩散元素的冲击下,物理侵蚀和化学反应同时存在形成了反应层,反应的强弱则与涂层材料有关。更值得注意的是,对钛铝合金与铸型涂层的热力学性质进行了计算。研究还表明,熔体在界面处的反应层主要由涂层材料的脱落扩散程度控制,涂层中的元素尤其是O元素的扩散是控制界面反应进程的重要因素。     

钛铸件水玻璃锆砂铸型的研究

本文研究的是以氧化锆为涂料的水玻璃锆砂铸型,具有良好的高温稳定性,可以代替石墨粉捣实铸型.浇注的钛铸件,表面污染层只有0.09mm.铸件内部气.缩孔缺陷少.铸型成本比石墨粉捣实型低50~60%,造型及铸型处理周期由96小时缩短到24小时,铸型发气量是石墨捣实型的1/3~1/5.用该工艺已浇出16.5kg的钛泵体铸件.     

ZM2镁合金铸件的SLS覆膜砂型铸造工艺研究

在已开发的140/270目SLS覆膜砂的基础上,选用粒径≤150目的碳粉、硫铁矿和硼酸为阻燃剂,设计制备了含三组元复合阻燃剂的覆膜砂材料。经激光烧结成形,其初强度为0.58MPa,后处理强度为2.34MPa,发气量为9.7mL/g;并在750℃进行了ZM2镁合金浇注,得到了表面金属光泽的镁合金铸件,铸态下的抗拉强度为172 MPa,伸长率为4%,采用含阻燃剂的SLS覆膜砂型(芯)获得了优质镁合金铸件。     

Ti-47Al-6Nb基排气阀的熔模离心铸造工艺（英文）

研究了高Nb钛铝基排气阀铸件的熔模离心铸造工艺,排气阀铸件的化学成分确定为Ti-47Al-6Nb (at%),所用型壳材料为锆砂。为了与模拟充型结果进行比较和验证浇注工艺,进行了排气阀的离心铸造模壳充型实验。模拟结果表明:模壳充型时间约为3.8 s,铸件缺陷沿排气阀中心线分布,特别是在颈部位置处;经过实验验证,模拟结果和实验结果吻合度较好。实验过程中,模壳挂涂所需内层浆料的适宜工艺确定为粉液比是1.5:1,搅拌时间30 min。通过对排气阀铸件表面进行XRD测试,结果表明铸型与壳型之间没有明显的界面反应;排气阀铸件的金相组织为典型的层状结构,晶粒尺寸在185～300μm之间。     

Ti-47Al-6Nb基排气阀的熔模离心铸造工艺的研究

本文研究了高Nb钛铝基排气阀铸件的熔模离心铸造工艺,排气阀铸件的化学成分确定为Ti-47Al-6Nb (at.%),所用型壳材料为锆砂。为了与模拟充型结果进行比较和验证浇注工艺,本文进行了排气阀的离心铸造模壳充型实验。模拟结果表明：模壳充型时间约为3.8s,铸件缺陷沿排气阀中心线分布,特别是在颈部位置处;经过实验验证,模拟结果和实验结果吻合度较好。实验过程中,模壳挂涂所需内层浆料的适宜工艺确定为粉液比是1.5:1,搅拌时间30min。通过对排气阀铸件表面进行XRD测试,结果表明铸型与壳型之间没有明显的界面反应;排气阀铸件的金相组织为典型的层状结构,晶粒尺寸大小在185 - 305μm之间。     

BN基复合型壳熔模精铸钛镍合金时的界面反应

研究了一种新型钛合金精密铸造用型壳--BN基复合型壳在精铸钛镍合金时的界面反应及反应层的形成机制.研究表明,即使在钛镍合金熔液过热较高(浇注温度为1 600℃)的情况下,这种型壳与钛镍合金的反应也较小,铸件表面反应层厚度仅为几个μm.BN基复合型壳,在浇注温度较低的情况下,有望成为Y2O3、ZrO2或钨粉等钛合金熔模精密型壳面层材料的替代品.     

碳纤维改性对SLS覆膜砂铸型强度的影响

采用不同的改性剂对碳纤维进行了改性处理,制备了含碳纤维增强材料的SLS覆膜砂试样。通过对试样进行力学性能测试与SEM形貌分析,研究了碳纤维改性及其含量对SLS覆膜砂铸型抗拉和抗弯强度的影响。结果表明,经过浓硝酸与硅烷偶联剂KH550共同改性处理的碳纤维对SLS覆膜砂铸型的强化效果最佳,并随着改性碳纤维含量的增加,铸型强度先增大后减小。当改性碳纤维含量为3%时,SLS覆膜砂铸型后固化抗拉强度与抗弯强度均达到最大值,分别为6.385 MPa、8.011 MPa,比添加未改性碳纤维的铸型分别提升了46.18%、33.92%,较未添加碳纤维的铸型也分别提高了23.18%、31.46%。     

一种镍基定向凝固高温合金与陶瓷铸模的界面反应研究

采用扫描电子显微镜和能谱等分析手段研究了某镍基定向凝固高温合金与SiO_2基陶瓷型壳以及Al_2O_3基陶瓷型芯的界面反应。实验结果表明,该镍基定向凝固合金与SiO_2基陶瓷型壳会发生较严重的界面反应,在合金与SiO_2基型壳之间有一层约3~5μm厚的白色HfO_2层和一层稀薄的Al_2O_3层,反应产物的富集可以抑制界面反应的进一步进行;而与Al_2O_3基型芯几乎不发生界面反应,只有微量的HfO_2在界面处零星分布。同时,这一结果符合了界面反应的热力学关系。虽然Al_2O_3基型芯能有效减少界面反应,但Al_2O_3基型芯存在较多的空隙,合金熔液在凝固时渗入其中增加了合金表面的粗糙度,提高Al_2O_3基铸型的致密度有利于提高合金铸件表面品质。     

气缸盖壳型铸型和石子造型的凝固技术

以整体式直列四缸水冷式柴油发动机气缸盖为研究对象,采用单一石英石子作为造型材料,铸型由单面覆膜砂壳型、壳芯和实心砂芯组装而成,在单体直壁砂箱内进行造型紧实,用砂箱顶部锁紧压板压实铸型,将孕育铸铁HT250金属液在重力铸造下浇注成形,浇注系统采取底注开放式,实现了铸件分型面上无披缝和铸型型腔无气眼桩、无冒口的均衡凝固。结果表明,铸件的面粗糙度Sa为11.89μm,抗拉强度为265.2MPa,硬度(HB)为209;基体组织中的石墨形态为片状A型,石墨大小等级为3~4级,珠光体及索氏体数量大于98%;铸件成品率达到95%,铸造工艺出品率大于85%,砂铁比达到1∶1,石英石子和铸型覆膜砂的回收再利用率均达到90%以上。     

锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的形成机制及防治措施

论述了锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的形成机制,就该缺陷的防治措施进行了探讨。认为锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷气痕和流痕形成的主要成因是:再生砂粒度过细、壳型(芯)的透气性偏低,浇注系统不合理、钢液流动不平稳、铸型排气能力差,浇注温度偏低且不稳定等。实践表明,增加壳型(芯)的透气性、采用平稳快速浇注工艺方案、适当提高浇注温度等,可以达到减少和消除锆砂覆膜砂铸钢件气痕和流痕缺陷之目的。     

激光选区烧结覆膜树脂砂的直接铸型制造

研究以轮形铸件为例,基于激光选区烧结（SLS）技术直接烧结覆膜树脂砂铸造型壳新工艺（DSPC）。该工艺可由铸件三维数字实体模型“反求”精铸型壳实体模型,利用SLS技术直接烧结覆膜树脂砂,制造型壳,然后对铸型经过适当后处理,浇注了3种材质（铸铝、铸铁和铸钢）的金属件。论文对此新工艺的相关问题进行了分析、研究、改进,实现了SLS技术与快速铸造技术一体化。     

钛合金金属型铸造工艺研究

对于薄壁钛合金铸件,金属型工艺与石墨型工艺以及陶瓷型工艺相比,在铸型使用寿命、尺寸精度以及工艺操作性上具有一定的优势。文中将金属型与陶瓷涂层结合,探究薄壁钛合金铸件的金属型铸造工艺。试验过程中选择多种金属型材料涂覆陶瓷涂层,研究其与钛液的界面反应,发现涂覆钇稀土涂层的灰铸铁铸型浇注的钛试样表面更加平整,金属型与钛液反应较弱,没有形成明显的反应层,并且在一定程度上阻碍了金属型元素扩散到钛液当中。同时,本试验设计了合理的金属型模具,确定了合理的离心浇注参数,浇注出了完整的薄壁钛铸件,铸件表面均无裂纹、冷隔等缺陷,化学成分、力学性能等各项指标均达到了使用要求。     

DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应

采用真空感应熔炼与惰性气体保护相结合,研究了不同熔炼温度及接触时间条件下DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应发生及形成规律,探讨了界面反应对铸件表面粘砂缺陷的影响。结果表明,高温合金中Hf元素活性大,易与Al_2O_3发生界面反应,合金表面形成HfO_2。当接触15min后,界面反应随熔炼温度的提高而增强,在1 400℃时未出现界面反应,1 500℃时发生微弱界面反应,1 600℃时界面反应加剧,并出现粘砂现象。由于型壳面层中物理渗透层的形成以及应力集中的出现,界面反应的存在导致面层材料发生脱落,其中在接触30 min,浇注温度为1 600℃时粘砂最为严重,合金表面形成厚1mm的面层粘砂产物。     

BN基复合型壳熔模精铸钛镍合金时的界面反应

研究了一种新型钛合金精密铸造用型壳——氮化硼基复合型壳,在精铸钛镍合金时的界面反应及反应层的形成机制。研究表明,即使在钛镍合金熔液过热较高(浇注温度1600℃)的情况下,这种型壳与钛镍合金也反应较小,铸件表面反应层仅为几个μm。氮化硼基复合型壳,在浇注温度较低的情况下,有望成为氧化钇、氧化锆或钨粉等钛合金熔模精密型壳面层材料的替代品。     

钇盐对铝合金表面PEO复合ZrO_2-Y_2O_3涂层组织及耐高温性能的影响

采用改进的等离子体电解氧化(PEO)技术在锆盐体系和锆盐-钇盐体系电解液中制备ZAl Sil2Cu3Ni2合金表面ZrO_2-Y_2O_3陶瓷层和Y_2O_3-ZrO_2-Y_2O_3陶瓷层,研究电解液中稀土钇盐Y(NO_3)_3对PEO陶瓷层组织和耐高温性能的影响。通过SEM、XRD等分析方法对陶瓷层的组织结构及相组成进行了分析,并对陶瓷层的隔热性能及高温稳定性进行了测试。结果表明,与ZrO_2-Y_2O_3陶瓷层相比,Y_2O_3-ZrO_2-Y_2O_3陶瓷层表面由细小颗粒组成,涂层均匀、致密;锆钇盐体系陶瓷层形成了钇部分稳定锆的固溶体(Y_2O_3和Y_(0.15)Zr_(0.85)O_(1.93)□_(0.07)),并提高了反应温度;Y_2O_3-ZrO_2-Y_2O_3陶瓷层生长速度大于ZrO_2-Y_2O_3陶瓷层,其中向外生长厚度明显增大;另外,隔热性能得到提高。Y_2O_3-ZrO_2-Y_2O_3陶瓷层试样经400℃高温氧化处理,其氧化增重曲线呈对数规律,氧化增重量小,表明高温稳定性良好。     

激光熔覆Y_2O_3-TiB增强钛基涂层摩擦磨损性能研究

采用激光熔覆快速非平衡合成法制备了原位反应合成Y_2O_3-TiB增强钛基复合材料。采用Y_2O_3、Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制得Y_2O_3-TiB/Ti复合涂层。采用形貌观察、硬度和摩擦磨损测试等方法研究了复合涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的硬度为基体材料的2~3倍,添加1%Y_2O_3的激光熔覆涂层硬度和摩擦磨损性较好。     

钛与氧化物陶瓷界面反应研究

借助SEM和差热分析(DTA),研究了纯钛与Y_2O_3、ZrO_3(Y_2O_3,稳定和CaO稳定)陶瓷耐火材料界面反应后金属 侧的显微组织,并测定了纯钛与Y_2O_3,、ZrO_2(Y_2O_3,稳定和CaO稳定)的初始反应温度和反应速率.结果表明,纯钛与 ZrO_2(CaO稳定)反应后的显微组织最粗大,为块状,而与Y_2O_3,反应产物最细小均匀,为条带状;三种陶瓷材料对纯钛 的初始反应温度依次为:1 378℃、1 245℃、1 213℃,反应速率也依次增大.