一种复合高效陶瓷型芯脱除工艺及其专用设备

1.一种复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：工艺路线如下：
(a)、将空心叶片置于充有碱液的脱芯釜中，在脱芯釜中建立负压环境，使碱溶液能渗透到空心叶片陶瓷型芯的所有孔隙中；
(b)、脱芯釜内泄压至常压状态，然后对脱芯釜进行加温加压，通过高温及高压密闭环境使反应快速进行；
(c)、在加热的同时利用搅拌作用使粘性反应产物脱离反应界面，从而使反应产物快速扩散到碱液中；
(d)、脱芯完成后利用酸中和空心叶片上的残留碱液，最后得到空心叶片成品；
上述步骤(c)中搅拌作用通过搅拌装置实现，搅拌装置包括搅拌电机、磁力搅拌器和搅拌桨。
2.按照权利要求1所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：所述负压环境为
0.005-0.02MPa，保持10-30分钟后泄压至常压状态。
3.按照权利要求1所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：所述碱液为NaOH或KOH水溶液或两者的混合水溶液，其浓度范围为30-45％之间。
4.按照权利要求1所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：步骤(b)中温度控制在160℃-230℃之间，压力控制在3-20个大气压之间，以控制釜内合适的反应速度。
5.按照权利要求1所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：在步骤(c)中的搅拌速度为0-1000转/分钟。
6.一种按照权利要求1所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：所述设备由加热装置、温控装置、抽真空装置、搅拌装置、脱芯釜、脱芯釜盖以及零件筐组成，其中零件筐固定在脱芯釜内部，脱芯釜盖位于脱芯釜上方，脱芯釜外部设有加热装置和温控装置，抽真空装置的管道与搅拌装置的轴穿过脱芯釜盖进入脱芯釜中。
7.按照权利要求6所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：所述设备包括釜盖升降机构，该机构与脱芯釜盖连接。
8.按照权利要求7所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：所述加热装置为釜体加热设备(11)；温控装置包括釜体热电偶(12)、釜内热电偶(13)、控制仪器(14)和保温壳体(21)；抽真空装置包括针阀(7)、放气针阀(8)、抽真空针阀(9)、真空泵(10)、压力表(17)以及安全爆破阀(19)；搅拌装置包括搅拌电机(15)、磁力搅拌器(16)和搅拌桨(4)；
设备的连接方式如下：
脱芯釜(20)外壁设有保温壳体(21)，在脱芯釜(20)与保温壳体(21)之间设有釜体加热设备(11)；脱芯釜(20)与保温壳体(21)上部设有脱芯釜盖(2)，脱芯釜盖(2)通过螺栓(1)与保温壳体(21)连接，且脱芯釜盖(2)与釜盖升降机构(3)相连接；脱芯釜(20)内部设有零件筐(6)，零件筐(6)用固定耳(22)与脱芯釜(20)通过螺栓连接；釜内热电偶(13)穿过脱芯釜盖(2)进入脱芯釜(20)内，保温壳体(21)下部插有釜体热电偶(12)，釜内热电偶(13)与釜体热电偶(12)分别与控制仪器(14)相连；磁力搅拌器(16)的下端装有搅拌桨(4)，并穿过脱芯釜盖(2)进入脱芯釜(20)，磁力搅拌器(16)与搅拌电机(15)通过磁力感应互连；真空泵(10)和压力表(17)通过管道穿过脱芯釜盖(2)与脱芯釜(20)连通，在真空泵(10)的管道上设有放气针阀(8)和抽真空针阀(9)，在压力表(17)的管道上设有针阀(7)和安全爆破阀(19)。
9.按照权利要求8所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：所述脱芯釜(20)、脱芯釜盖(2)、搅拌桨(4)以及热电偶(12，13)的套管均采用不锈钢材料或抗热腐蚀镍基高温合金材料制备而成。
10.按照权利要求8所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：釜盖升降机构(3)采用齿轮式、链条式或皮带式机构。

一种复合高效陶瓷型芯脱除工艺及其专用设备\n技术领域\n[0001] 本发明属于高温合金空心叶片制备领域，特别涉及一种复合高效陶瓷型芯脱除工艺及其专用设备。\n背景技术\n[0002] 高温合金气冷空心叶片铸造生产过程中，普遍采用陶瓷型芯来形成其复杂内腔结构。由于追求更高的气冷效果，空心叶片的内腔结构日益复杂，陶瓷型芯很难用化学方法完全脱除或脱除效率较低。\n[0003] 国内外的许多学者对陶瓷型芯脱除工艺进行了系统研究，一般采用三种方法脱除陶瓷型芯：一是将铸件浸入200-400℃的熔融氟盐中，由于氟盐溶解于水而脱出型芯，或加以辅助高压水进行冲洗以加快脱芯速度，但这只适用于空腔结构简单的铸件，对于复杂内腔结构，效果非常有限；二是将铸件浸入到温度为400-500℃的KOH或NaOH或两者的混合熔液中脱芯，该介质对陶瓷型芯的腐蚀速度较快，但在实际生产中发现铸件也会受到相当程度的腐蚀，严重时铸件彻底报废。三是采用高浓度的KOH或NaOH水溶液并附加较高的压力或者超声波进行振荡等，该类工艺对铸件表面的腐蚀性比较小，但存在脱芯时间长，效率低的问题。如何高效率低损伤脱除空心叶片陶瓷型芯仍然是目前生产中亟待解决的问题之一。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种复合高效陶瓷型芯脱除工艺及其专用设备，可高效率脱除空心叶片中的陶瓷型芯。\n[0005] 本发明具体提供了一种复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：工艺路线如下：\n[0006] （a）、将空心叶片置于充有碱液的脱芯釜中，在脱芯釜中建立负压环境，使碱溶液能渗透到空心叶片陶瓷型芯的所有孔隙中；\n[0007] （b）、脱芯釜内泄压至常压状态，然后对脱芯釜进行加温加压，通过高温及高压密闭环境使反应快速进行；\n[0008] （c）、在加热的同时利用搅拌作用使粘性反应产物脱离反应界面，从而使反应产物快速扩散到碱液中；\n[0009] （d）、脱芯完成后利用酸中和空心叶片上的残留碱液，最后得到空心叶片成品；所述酸通常是浓度为2-10%盐酸水溶液。\n[0010] 本发明所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：所述负压环境优选为\n0.005-0.02MPa，保持10-30分钟后泄压至常压状态。\n[0011] 本发明所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：所述碱液为NaOH或KOH水溶液或两者的混合水溶液，其浓度范围优选为30-45%之间；\n[0012] 本发明所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：步骤（b）中温度控制在\n160℃-230℃之间，压力控制在3-20个大气压之间，以控制釜内合适的反应速度；\n[0013] 本发明所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺，其特征在于：在步骤（c）中的搅拌速度为0-1000转/分钟。\n[0014] 本发明所述陶瓷型芯可为二氧化硅基陶瓷型芯或氧化铝基陶瓷型芯。\n[0015] 发明原理：\n[0016] 通过抽真空方式排出空心叶片中的气体，利用碱液的表面张力作用使碱液快速渗透到空心叶片的空腔内部所有部分，然后通过加热及加高压使反应加快进行；同时，利用搅拌作用，让反应产物快速扩散到碱溶液中，保证了碱液与陶瓷型芯的时刻接触并使反应效率提高，可避免残芯的存在，明显提高陶瓷型芯脱除速度。\n[0017] 本发明还提供了所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：所述设备由加热装置、温控装置、抽真空装置、搅拌装置、脱芯釜、脱芯釜盖以及零件筐组成，其中零件筐固定在脱芯釜内部，脱芯釜盖位于脱芯釜上方，脱芯釜外部设有加热装置和温控装置，抽真空装置的管道与搅拌装置的轴穿过脱芯釜盖进入脱芯釜中。\n[0018] 本发明所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：所述设备还包括釜盖升降机构，该机构与脱芯釜盖连接。\n[0019] 本发明所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：所述加热装置为釜体加热设备11；温控装置包括釜体热电偶12、釜内热电偶13、控制仪器14和保温壳体\n21；抽真空装置包括针阀7、放气针阀8、抽真空针阀9、真空泵10、压力表17以及安全爆破阀19；搅拌装置包括搅拌电机15、磁力搅拌器16和搅拌桨4；\n[0020] 设备的连接方式如下：\n[0021] 脱芯釜20外壁设有保温壳体21，在脱芯釜20与保温壳体21之间设有釜体加热设备11；脱芯釜20与保温壳体21上部设有脱芯釜盖2，脱芯釜盖2通过螺栓1与保温壳体\n21连接，且脱芯釜盖2与釜盖升降机构3相连接；脱芯釜20内部设有零件筐6，零件筐6用固定耳22与脱芯釜20通过螺栓连接；釜内热电偶13穿过脱芯釜盖2进入脱芯釜20内，保温壳体21下部插有釜体热电偶12，釜内热电偶13与釜体热电偶12分别与控制仪器14相连；磁力搅拌器16的下端装有搅拌桨4，并穿过脱芯釜盖2进入脱芯釜20，磁力搅拌器16与搅拌电机15通过磁力感应互连；真空泵10和压力表17通过管道穿过脱芯釜盖2与脱芯釜20连通，在真空泵10的管道上设有放气针阀8和抽真空针阀9，在压力表17的管道上设有针阀7和安全爆破阀19。\n[0022] 本发明所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：所述脱芯釜\n20、脱芯釜盖2、搅拌桨4以及热电偶（12，13）的套管均采用不锈钢材料或抗热腐蚀镍基高温合金材料制备而成。\n[0023] 本发明所述复合高效陶瓷型芯脱除工艺的专用设备，其特征在于：釜盖升降机构\n3采用齿轮式、链条式或皮带式机构。\n附图说明\n[0024] 图1陶瓷型芯脱除设备结构示意图（其中1、螺栓2、高压釜盖3、釜盖升降机构4、搅拌桨5、空心叶片6、零件筐7、针阀8、放气针阀9、抽真空针阀10、真空泵11、釜体加热设备12、釜体热电偶13、釜内热电偶14、控制仪器15、搅拌电机16、磁力搅拌器17、压力表18、碱溶液19、安全爆破阀20、脱芯釜21、保温壳体22、固定耳）；\n[0025] 图2实施例1脱除陶瓷型芯的空心叶片；\n[0026] 图3实施例2脱除陶瓷型芯的空心叶片；\n[0027] 图4实施例3脱除陶瓷型芯的空心叶片。\n具体实施方式\n[0028] 如图1所示，本实施例采用的专用设备由螺栓1、脱芯釜盖2、釜盖升降机构3、搅拌桨4、零件筐6、针阀7、放气针阀8、抽真空针阀9、真空泵10、釜体加热设备11、釜体热电偶\n12、釜内热电偶13、控制仪器14、搅拌电机15、磁力搅拌器16、压力表17、安全爆破阀19以及脱芯釜20组成；需要进行脱芯的空心叶片5置于零件筐6中，且脱芯釜20内装有碱溶液\n18。其中脱芯釜20、脱芯釜盖2、搅拌桨4以及热电偶（12，13）的套管均采用不锈钢材料制备而成；釜盖升降机构3采用齿轮式机构。\n[0029] 设备的连接方式如下：\n[0030] 脱芯釜20外壁设有保温壳体21，保温壳体21与脱芯釜20通过焊接方式连接;在脱芯釜20与保温壳体21之间设有釜体加热设备11；脱芯釜20与保温壳体21上部设有脱芯釜盖2，脱芯釜盖2通过螺栓1与保温壳体21连接，且脱芯釜盖2与釜盖升降机构3相连接；脱芯釜20内部设有零件筐6，零件筐6用固定耳22与脱芯釜20通过螺栓连接；釜内热电偶13穿过脱芯釜盖2进入脱芯釜20内，保温壳体21下部插有釜体热电偶12，釜内热电偶13与釜体热电偶12分别与控制仪器14相连；磁力搅拌器16的下端装有搅拌桨4，并穿过脱芯釜盖2进入脱芯釜20，磁力搅拌器16与搅拌电机15通过磁力感应互连；真空泵10和压力表17通过管道穿过脱芯釜盖2与脱芯釜20连通，在真空泵10的管道上设有放气针阀8和抽真空针阀9，在压力表17的管道上设有针阀7和安全爆破阀19。\n[0031] 实施例1：\n[0032] 松开螺栓1，利用釜盖升降机构3把脱芯釜盖2升起，松开搅拌桨4，待脱芯釜盖2完全升起后，在脱芯釜20内配制浓度为30%的KOH水溶液18，溶液的液面高度需低于脱芯釜20整体高度的三分之二，将铸造后的空心叶片5（二氧化硅基陶瓷型芯）放置在不锈钢零件筐6中，空心叶片5的最高点位于碱液平面下，盖上脱芯釜盖2并拧紧，关闭针阀7，关闭放气针阀8，松开抽真空针阀9，开真空泵10，进行抽真空，当真空度达到0.005MPa时，保持30分钟，关闭抽真空针阀9，打开放气针阀8放气至常压状态，然后关闭放气针阀8，松开针阀7。开启釜体加热设备11，利用釜体热电偶12及釜内热电偶13进行测温，利用控制仪\n14控制釜内碱液温度，碱液温度控制在180℃,压力控制在0.7MPa，同时打开搅拌电机15，利用磁力搅拌器16带动搅拌桨4转动，转速控制在100转/分钟。釜内压力通过压力表17监控，19为安全爆破阀。脱芯16小时后，停止加热，待压力降至2个大气压以下时，打开放气针阀8进行泄压至常压状态，打开脱芯釜盖2，取出空心叶片5，然后采用浓度为5%的盐酸溶液进行中和碱液，再用清水进行清洗，脱除陶瓷型芯的叶片见图2。\n[0033] 实施例2：\n[0034] 松开螺栓1，利用釜盖升降机构3把脱芯釜盖2升起，松开搅拌桨4，待脱芯釜盖2完全升起后，在脱芯釜20内配制浓度为35%的KOH水溶液18，溶液的液面高度需低于脱芯釜20整体高度的三分之二，将铸造后的空心叶片5（二氧化硅基陶瓷型芯）放置在不锈钢零件筐6中，空心叶片5的最高点位于碱液平面下，盖上脱芯釜盖2并拧紧，关闭针阀7，关闭放气针阀8，松开抽真空针阀9，开真空泵10，进行抽真空，当真空度达到0.01MPa时，保持30分钟，关闭抽真空针阀9，打开放气针阀8放气至常压状态，然后关闭放气针阀8，松开针阀7。开启釜体加热设备11，利用釜体热电偶12及釜内热电偶13进行测温，利用控制仪\n14控制釜内碱液温度，碱液温度控制在200℃,压力控制在0.9MPa，同时打开搅拌电机15，利用磁力搅拌器16带动搅拌桨4转动，转速控制在200转/分钟。釜内压力通过压力表17监控，19为安全爆破阀。脱芯8小时后，停止加热，待压力降至2个大气压以下时，打开放气针阀8进行泄压至常压状态，打开脱芯釜盖2，取出空心叶片5，然后采用浓度为5%的盐酸溶液进行中和碱液，再用清水进行清洗，脱除陶瓷型芯的叶片见图3。\n[0035] 实施例3：\n[0036] 松开螺栓1，利用釜盖升降机构3把脱芯釜盖2升起，松开搅拌桨4，待脱芯釜盖2完全升起后，在脱芯釜20内配制浓度为35%的KOH水溶液18，溶液的液面高度需低于脱芯釜20整体高度的三分之二，将铸造后的空心叶片5（二氧化硅基陶瓷型芯）放置在不锈钢零件筐6中，空心叶片5的最高点位于碱液平面下，盖上脱芯釜盖2并拧紧，关闭针阀7，关闭放气针阀8，松开抽真空针阀9，开真空泵10，进行抽真空，当真空度达到0.008MPa时，保持20分钟，关闭抽真空针阀9，打开放气针阀8放气至常压状态，然后关闭放气针阀8，松开针阀7。开启釜体加热设备11，利用釜体热电偶12及釜内热电偶13进行测温，利用控制仪\n14控制釜内碱液温度，碱液温度控制在160℃,压力控制在0.4MPa，同时打开搅拌电机15，利用磁力搅拌器16带动搅拌桨4转动，转速控制在200转/分钟。釜内压力通过压力表17监控，19为安全爆破阀。脱芯32小时后，停止加热，待压力降至2个大气压以下时，打开放气针阀8进行泄压至常压状态，打开脱芯釜盖2，取出空心叶片5，然后采用浓度为5%的盐酸溶液进行中和碱液，再用清水进行清洗，脱除陶瓷型芯的叶片见图4。\n[0037] 实施例4：\n[0038] 松开螺栓1，利用釜盖升降机构3把脱芯釜盖2升起，松开搅拌桨4，待脱芯釜盖2完全升起后，在脱芯釜20内配制浓度为35%的KOH水溶液18，溶液的液面高度需低于脱芯釜20整体高度的三分之二，将铸造后的空心叶片5（二氧化硅基陶瓷型芯）放置在不锈钢零件筐6中，空心叶片5的最高点位于碱液平面下，盖上脱芯釜盖2并拧紧，关闭针阀7，关闭放气针阀8，松开抽真空针阀9，开真空泵10，进行抽真空，当真空度达到0.01MPa时，保持\n10分钟，关闭抽真空针阀9，打开放气针阀8放气至常压状态，然后关闭放气针阀8，松开针阀7。开启釜体加热设备11，利用釜体热电偶12及釜内热电偶13进行测温，利用控制仪14控制釜内碱液温度，碱液温度控制在200℃,压力控制在0.95MPa,同时打开搅拌电机15，利用磁力搅拌器16带动搅拌桨4转动，转速控制在600转/分钟。釜内压力通过压力表17监控，19为安全爆破阀。脱芯8小时后，停止加热，待压力降至2个大气压以下时，打开放气针阀8进行泄压至常压状态，打开脱芯釜盖2，取出空心叶片5，然后采用浓度为2%的盐酸溶液进行中和碱液，再用清水进行清洗。\n[0039] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。