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大型复杂钛合金薄壁件精铸成形技术研究进展赵瑞斌【摘要】Large complex thin-walled titanium alloy precision casting is the most advanced technologies in the world of military and civil aviation field.This paper introduces its process flow, technical features and the domestic and international research frontier achievements. Combined with the most popular international computer numerical simulation and 3D print and other new technology, summarizes the research trend and development direction of this technology in China: theory research strengthen of the investment casting process, research of titanium alloy design and exploration of large thin wall complex higher performance of casting titanium alloy, construction of model library, development of automatic coating machine slurry and sanding process, better quality management and control of the whole process, more emphasis on application of 3D printing technology in the fields of the manufacture and investment casting process of titanium alloy.%大型复杂薄壁钛合金精密铸造技术是当今世界军用与民用航空领域的尖端技术。
TiAI基金属间化合物熔模精密铸造的讨论摘要：TiAl基金属间化合物作为一种新型轻质高温结构材料，在航空航天和汽车等领域具有宽阔的应用前景。
熔模精密铸造是当前普遍采纳的制备TiAI基金属间化合物的方法。
主要介绍了熔模精密铸造TiAl基合金的铸件以及型壳用粘结剂及耐火材料的进呈现状,T iA 1合金的熔炼技术及最新讨论进展，并对T iA 1基金属间化合物熔模精密铸造技术的不足进行了分析并提出了展望。
关键词：TiAh金属间化合物；熔模铸造1前言随着现代工业的进展，低密度高强度的材料越来越受到人们的青睐，一般的Ti合金在强度和抗氧化性能上已无法满意要求。
TiAl基金属间化合物（也称TiAl 合金）是一种新型轻质的高温结构材料，密度不到银基合金的50%,兼有金属和陶瓷的性能。
它们不仅具有轻质、高比强、高比刚、耐蚀、耐磨、耐高温以及优异的抗氧化性等优点，而且具有优异的常温柔高温力学性能，使用温度可达到700-1 OOO0C o这使其倍受讨论工作者的重视，成为航空航天及汽车发动机用耐热结构件的极具竞争力的材料，具有宽阔的应用前景。
目前，TiAl基金属间化合物大部分采纳铸锭冶金技术（如挤压、锻造、轧制、板材成型）、粉末冶金技术（包括模压和挤压烧结）和熔模精密铸造等成形方法。
由于TiAI基金属间化合物室温塑性低、成形性差，所以，采纳熔模精密铸造技术是制作TiAl基金属间化合物构件最可行的方法之一，与其他方法相比，熔模精密铸造可以一次铸成外形简单、薄壁的零件，并且铸件具有高的尺寸精度和低的表面粗糙度⑴。
可显著提高原材料的采用率（可达75%~90%）,特殊是1970年月末以来，热等静压技术（HlP）广泛应用于钛合金铸件，使得某些铸造缺陷得以消退，钛合金铸件的力学性能及其稳定性得到了明显改善，促使钛合金铸件在航空航天工业中取得了广泛的应用。
本文介绍了熔模精密铸造TiAl基金属间化合物合金及铸件的最新进展，型壳用粘结剂及耐火材料的进呈现状，TiAl基金属间化合物合金的熔炼技术，并对TiAl基金属间化合物熔模精密铸造技术提出了今后的展望。
精 密 成 形 工 程第14卷 第1期 44 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2022年1月收稿日期：2021-08-16基金项目：国家重点研发计划（2020YFB2008300）作者简介：谢华生（1966—），男，博士，研究员，主要研究方向为先进钛合金精密成形技术。
TiAl 合金精密成形技术发展现状及展望谢华生，刘时兵，赵军，张志勇，包春玲（沈阳铸造研究所有限公司 高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室，沈阳 110022） 摘要：TiAl 合金是一种优异的轻质耐高温结构材料，在航空、航天、汽车、兵器等热端部件制造领域具有广阔的应用和发展前景，但其较低的室温塑性、韧性和较差的冷/热加工性能，限制了其工程化的进程。
为挖掘TiAl 合金的应用潜力，国内外研究机构和企业从材料设计、组织性能调控到成形工艺等方面开展了卓有成效的研究。
总结了近年来国内外在TiAl 合金精密成形领域的研究进展，包括精密铸造、铸锭冶金、粉末冶金和增材制造技术，目前，TiAl 合金精密铸造叶片和热加工叶片已成功应用到航空发动机上，粉末冶金成形和增材制造技术在复杂构件成形和板材成形上体现出独特优势，但仍需在低成本化和工艺稳定性上进一步提升。
关键词：TiAl 合金；精密成形；精密铸造；铸锭冶金；粉末冶金；增材制造 DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.006中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)01-0044-11Development Status and Prospect of Precision Forming Technology for TiAl Alloy XIE Hua-sheng , LIU Shi-bing , ZHAO Jun , ZHANG Zhi-yong , BAO Chun-ling(State Key Laboratory of Light Alloy Casting Technology for High-end Equipment, ShenyangResearch Institute of Foundry, Co., Ltd., Shenyang 110022, China)ABSTRACT: As an excellent lightweight and high temperature resistant structural material, TiAl alloy has wide application and development prospect in hot end components for aviation, aerospace, automobile, weapons, etc. However, due to its poor cold and hot workability, low room temperature plasticity and fracture toughness, there are still great obstacles in further engineering. To tap the application potential of TiAl alloy, research institutions and enterprises all over the world have carried out fruitful re-search from material design, microstructure and property regulation to forming process. The work summarized the research pro-gress in precision forming of TiAl alloy in recent years, including investment casting, ingot metallurgy, powder metallurgy and additive manufacturing technology. At present, TiAl alloy investment casting blades and hot working blades have been success-fully applied to aeroengines. Powder metallurgy forming and additive manufacturing technology show unique advantages in complex component forming and sheet metal forming. However, they still need to be further improved in terms of low cost and process stability.KEY WORDS: TiAl alloy; precision forming; investment casting; ingot metallurgy; powder metallurgy; additive manufacturingTiAl 合金是一种新型的耐高温结构材料，具有低密度（3.8~4.2 g/cm 3）、高比强、高比刚、优异的高温抗蠕变和抗氧化等性能，在600~1000 ℃温度下应用极具竞争力。
一种锆合金铸锭的制备方法
一种锆合金铸锭的制备方法包括以下步骤：
1. 准备原料：根据所需的锆合金成分，准备适量的锆、铁、铬等金属材料。
将这些金属材料按照所需的比例称量好。
2. 预处理金属材料：将金属材料进行清洁和处理，去除表面的氧化物和其他杂质，以保证最终合金的质量。
3. 混合原料：将预处理好的金属材料放入高温反应炉中进行混合。
可以使用惰性气氛（如氩气）下的真空或保护气体，避免金属材料再次氧化。
在高温下，利用机械搅拌或其他方式将金属均匀混合，使得合金的成分均匀分布。
4. 熔炼合金：将混合好的金属材料置于电炉或电弧炉中进行熔炼。
控制好炉内的温度，使金属材料完全熔化，并保持足够长的时间，使合金中的元素充分混合。
5. 铸造锭坯：将熔融的合金倒入预先准备好的铸模中，使其冷却凝固。
可以在铸模中加入一定的冷却剂，以加快冷却速度，并得到更均匀的晶格结构。
6. 转炉精炼：对初步铸锭进行转炉精炼。
通过再次加热和喷吹惰性气体，去除合金中的气体和杂质，提高合金的纯度和质量。
7. 热处理：根据需要，对精炼后的铸锭进行热处理，以调整合金的结构和性能。
可以进行退火、时效或淬火等工艺，使合金达到所需的力学性能和晶格结构。
8. 表面处理：对热处理后的铸锭进行表面处理，如抛光、打磨等，使其表面光洁平整。
9. 检验和包装：对最终的铸锭进行质量检验，检查其化学成分、力学性能等。
合格的铸锭经过包装，以防止氧化和损坏，备用于后续加工或应用。
二氧化锆的制备方法说实话二氧化锆的制备方法这事，我一开始也是瞎摸索。
我试过好多种方法，走了不少弯路呢。
我最开始尝试那种传统的化学沉淀法。
把一些含锆的原料，这就好比是准备食材一样，放到溶液里。
我当时觉得只要按照书上说的比例放进去就没问题。
但真是太天真了。
我先把原料溶解，溶解的过程就像把盐放到水里让它消失不见那样。
可是有时候温度没控制好。
原料溶解不完全，就像做饭的时候火太小，米没煮透一样，做出来就不行。
一旦出现这样的问题，最后得到的二氧化锆品质就特别差，不是这里缺一块，就是那里有杂质。
而且沉淀的时候也不好控制，有时候沉淀过快，就像面团发酵太快，整个变得乱七八糟的。
结果就只能扔掉重来。
后来我又试了溶胶- 凝胶法。
这个方法听起来有点复杂，其实就是像用胶水粘东西一样。
你要小心地调配各种成分，让它们形成一种凝胶状态。
我在这个过程中发现，原料的纯度特别重要。
如果纯度不够，就好像建筑用的沙子有太多泥土杂质一样，最后做出的“大厦”，也就是二氧化锆，肯定不结实、不合格。
还有热分解法，我觉得这个方法有点像烤蛋糕。
把含锆的化合物加热，让它像蛋糕在烤箱里膨胀变形一样分解出二氧化锆。
不过加热的速度和温度等条件都要很好地控制。
我有一次加热速度太快了，就像是烤箱温度一下子调得太高，结果还没等内部熟透就表面焦了，得到的二氧化锆要么就是没分解完全，要么就是结晶状态不对。
我自己在不断摸索中也有心得。
不管是哪种方法，清洁是第一位的。
实验用到的那些仪器容器啊，要是没洗干净，那就像炒菜锅没洗干净再接着做下一道菜，新做的菜肯定会夹杂上一顿的味道，制备出来的二氧化锆就会有杂质，性能就下降。
而且称量原料的时候一定要准确，多一点少一点，可能最后的结果就大相径庭，这就像做饭的时候盐放多放少对口味影响很大一样。
虽然我也不敢说我完全掌握了二氧化锆的制备，但这些尝试的经验都是很宝贵的。
![熔模铸钛用水基氧化锆涂料的悬浮剂及其制备方法与应用[发明专利]](https://uimg.taocdn.com/36792da6852458fb760b5690.webp)
专利名称：熔模铸钛用水基氧化锆涂料的悬浮剂及其制备方法与应用
专利类型：发明专利
发明人：姚正军,李婷,魏东博,周金堂,罗西希,周文斌,朱俊谋
申请号：CN201210279027.X
申请日：20120808
公开号：CN102847870A
公开日：
20130102
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种熔模铸钛用水基氧化锆涂料的悬浮剂及其制备方法与应用，属于钛合金熔模铸造中高精度型壳制造的领域。
所述悬浮剂配方由以下成分按质量百分比组成：羧甲基纤维素钠0.7-1.4%、阴离子型聚丙烯酰胺0.1-0.3%、纳米级钠基膨润土0.2-0.6%、余量为蒸馏水。
本发明可以制备得到悬浮性能优异、涂覆均匀的钛合金熔模铸造型壳用水基涂料，所制涂料的悬浮率高达95%，比未加悬浮剂的涂料提高了20%，同时由于悬浮剂的加入量很少，所以在浇注时与钛液的接触有限，形成的钛合金铸件污染层较薄。
申请人：南京航空航天大学
地址：210016 江苏省南京市白下区御道街29号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：叶连生
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一种新型钛锆合金材料及其制备方法与流程
一种新型钛锆合金材料及其制备方法与流程如下所示：
材料制备：
1. 准备所需的原材料，包括钛和锆的粉末。
2. 将钛和锆粉末按照一定的摩尔比例混合均匀。
合金制备方法与流程：
1. 将混合好的钛锆粉末放入特殊的容器中。
2. 将容器密封，并进行真空处理，以去除杂质和氧化物。
3. 将容器放入炉中，在高温下进行热处理。
温度和时间的参数需要根据具体合金配方进行调整。
4. 热处理完成后，取出容器并进行冷却。
5. 打开容器，取出制备好的钛锆合金材料。
以上是一种常见的制备方法与流程，具体的步骤和条件可能会因实际情况而有所变化。
制备出的钛锆合金材料具有很高的强度、耐腐蚀性和耐高温性能，可以广泛应用于航空航天、化工等领域。
乙酸锆是一种无机物，是一种白色粉末，主要用于陶瓷、搪瓷、玻璃等行业的锆英砂的镀膜剂，也是化学分析中常用的一种试剂。
其合成工艺有多种，下面介绍一种以氧化锆和乙酸为原料合成乙酸锆的方法。
一、实验原理氧化锆与乙酸反应生成乙酸锆和水，其反应方程式如下：ZrO2 + 2HAc + H2O →ZrOAc2 + 2Ac-+ 2H+。
该反应属于酸碱中和反应，需要控制反应温度和反应时间，以确保合成产物质量。
二、实验步骤1. 原料准备与称量：准备一定量的氧化锆原料和一定浓度的乙酸溶液。
将氧化锆原料置于瓷舟中，然后将瓷舟放入高温炉中，在一定温度下灼烧至恒重，得到无水氧化锆。
将乙酸溶液加热至适宜温度后，转移至反应容器中。
2. 反应温度控制：将无水氧化锆加入乙酸溶液中，将反应容器放入高温炉中，控制反应温度在40-70℃之间。
反应过程中需要不断搅拌，以促进反应进行。
3. 反应时间控制：在适宜的温度下反应一段时间，一般需要保持反应4-6小时。
然后停止搅拌，静置一段时间，使产物沉降。
4. 产物分离与洗涤：一段时间后，将上层清液排空，将沉降的固体产物取出。
将乙酸锆固体产物用蒸馏水洗涤至中性，再晾干或烘干。
三、实验结果与分析1. 实验结果：经过上述实验步骤，得到了预期的乙酸锆固体产物。
通过称重和元素分析等方法，对乙酸锆进行了表征和测定，结果符合预期。
2. 结果分析：实验结果表明，以氧化锆和乙酸为原料，通过控制反应温度和时间，可以成功合成乙酸锆。
该方法操作简单，合成产物纯度高，是一种可行的合成方法。
四、安全与环保注意事项1. 实验过程中需要控制反应温度和时间，以避免过热和副反应的发生。
2. 使用乙酸等有机试剂时，需要注意通风和防火。
3. 实验结束后，要及时清洗反应容器和实验器具，并妥善处理废液。
总之，以氧化锆和乙酸为原料合成乙酸锆是一种可行的工艺方法。
通过控制反应温度和时间，可以获得高纯度的乙酸锆固体产物。
在实验过程中，需要注意安全和环保问题，确保实验的顺利进行。
钛合金熔模铸造型壳用水基面层氧化锆浆料的制备李婷;姚正军;魏东博;周文斌;葛伟;赵瑞晋;吴昌辉【期刊名称】《机械工程材料》【年(卷),期】2013(037)010【摘要】开发了一种高质量钛合金熔模铸造型壳用水基面层浆料制备工艺,并研究了配料顺序、搅拌转速及粉液比对浆料、型壳性能的影响.结果表明:当浆料粉液比为5.0～5.5 g·mL-1,搅拌转速为40～50 r·min-1,并且按照锆溶胶、添加剂、ZrO2粉的加料顺序配置浆料时,浆料及型壳的综合性能最为优异,此时浆料的黏度为30～35 s,获得的型壳表面粗糙度低于2.0μm、室温抗弯强度在4.0 MPa左右.【总页数】5页(P29-33)【作者】李婷;姚正军;魏东博;周文斌;葛伟;赵瑞晋;吴昌辉【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100;南京宝泰特种材料有限公司,南京211100;南京宝泰特种材料有限公司,南京211100;南京宝泰特种材料有限公司,南京211100【正文语种】中文【中图分类】TG249.5【相关文献】1.钛合金熔模铸造陶瓷型壳制备及回收研究现状 [J], 柴连静;程序;张宗科;吴国清2.钛合金熔模铸造型壳制备技术研究现状 [J], 苏鹏;刘鸿羽;赵军;刘时兵;史昆;宁兆生3.DZ422B定向凝固涡轮叶片的熔模铸造用型壳的制备技术 [J], 康继; 李飞; 林仁荣4.熔模铸造中钛合金与型壳界面的相互作用 [J], 李邦盛;李志强;蒋海燕5.钛合金熔模精铸氧化锆陶瓷型壳/金属界面反应研究 [J], 李邦盛;蒋海燕;李志强;范洪波;安阁英因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
哈工大研制出钛合金熔模精密铸造粘结剂
佚名
【期刊名称】《《新材料产业》》
【年(卷),期】2001(000)001
【摘要】困扰国内外多年的熔模精密铸造粘结剂水脱蜡难题现在得到了解决,哈工大材料学院李邦盛教授在有关钛合金熔模精密铸造课题研究中,独立研制出国内外首种可热水脱蜡的钛合金熔模精密铸造粘结剂,被国内权威的钛合金精密铸造专家评价为“创新性的重大突破”。
钛合金在航空、航天、船舶。
【总页数】2页(P50-51)
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.23
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一种医用钛合金铸件熔模铸造工艺设计
程亚珍;柴自毫;李渤渤;杜延乐
【期刊名称】《铸造》
【年(卷),期】2022(71)3
【摘要】一种医用钛合金铸件采用ZTC4钛合金,由熔模铸造工艺生产。
通过对浇注系统进行模拟分析,确定适用于生产该医用钛合金铸件的浇注系统。
面层采用1#粘结剂制壳工艺、加固层硅溶胶制壳工艺,采用蒸汽脱蜡及合适的焙烧工艺、离心浇注工艺获得医用钛合金铸件,铸件经过修整、热等静压等工序获得了内部及外观质量好、尺寸精度高的钛合金铸件,批量试制产品的一次合格率达到97.6%,表明该熔模铸造工艺方法适合生产结构相似的医用钛合金铸件。
【总页数】5页(P362-366)
【作者】程亚珍;柴自毫;李渤渤;杜延乐
【作者单位】洛阳双瑞精铸钛业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG249.5
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