庄绪雷，安庆贺，史兴利（鹰普航空零部件（无锡）有限公司，江苏无锡 214191）



水溶性陶瓷芯在航空铝合金熔模铸造中的应用

庄绪雷，安庆贺，史兴利
（鹰普航空零部件（无锡）有限公司，江苏无锡 214191）

摘要:介绍了水溶性陶瓷型芯在航空铝合金熔模铸造中的应用, 阐述了水溶性陶瓷芯在生产使用及工艺控制中存在的问题，通过对水溶性陶瓷芯生产浇铸实验证明：水溶性陶瓷芯可以适用于各种内腔结构复杂，且表面质量要求高的中、小铝合金铸件。

关键词：水溶性陶瓷芯；铝合金；熔模铸造

水溶性陶瓷芯的使用主要用来解决铝合金熔模铸件中的复杂内腔及细孔的成形问题。在铝合金铸件生产中．常收到来自国外航空客户数量不等、形状各异的细小复杂内腔及表面质量要求高的铝合金铸件。铝合金熔模铸件的内腔很难清理，尤其是当内腔细薄，形状复杂时，几乎无法脱芯。 采用水溶性陶瓷芯可以解决上述问题, 水溶性陶瓷芯是以食盐为基料，具有陶瓷样光洁表面，浇注后冷却到室温可在水中消溶的型芯 。浇注验证，应用水溶性陶瓷芯，能获得内腔易清理、表面光洁，无气孔等缺陷的熔模精密铝合金铸件。

1　水溶陶瓷芯成分及性能介绍

水溶陶瓷芯主要基体材料、耐火材料和增塑剂组成。其中基体材料是水溶陶瓷芯的关键，其要具备高温稳定性及良好的水溶性，一般采用钠盐或磷酸盐; 耐火材料主要是保证水溶陶瓷芯的强度，电熔刚玉能够很好的满足其要求；增塑剂主要是为了增加陶瓷芯在湿态具有一定韧性，减少陶瓷芯的断裂，通常采用石蜡。除了上述的配方之外，陶瓷芯在经过烧制之后，还需要再表面涂一层防水层，保证陶瓷芯在脱蜡等环节能够承受200 ℃水温的侵蚀，保证铸件表面良好。

我们公司应用的水溶陶瓷芯主要用于熔模铝合金铸造，包括普通重力浇注及低压浇注。水溶芯的主要性能体现在中低温时耐腐蚀性，保证在压蜡、制壳、脱蜡这些过程中不吸水，可溶性盐不析出；能够耐一定的高温，保证模壳中蜡能够充分的焙烧；高温时具备足够的强度，承受低压浇注的压力；浇注后能够方便清理。

2　水溶性陶瓷芯应用

随着航空业务的不断发展，我们公司在最近几年陆续开发了多款复杂型腔的铝合金铸件。这些产品应用在航空发动机、航空液压系统、飞机飞行控制系统等部位，水溶性陶瓷芯的成功开发，是这些产品成功的关键。

典型零件有：①端盖（图1），应用于航空发动机，材料是A356-T6；②法兰（图2），应用于飞机液压系统，材料是AMS 4218；③盖子（图3），应用于航空发动机，材料是AMS4215。

图1　水溶性陶瓷芯及铸件

图2　水溶性陶瓷芯及铸件

图3　水溶性陶瓷芯铸件

3　对水溶性陶瓷芯要求及使用时出现过的问题

把水溶性陶瓷芯用于铝合金熔模精密铸造．需要满足以下要求：

(1)具有较高的熔点，浇注铝合金时不能熔化；（2）具有较好的化学稳定性和良好的热稳定性，浇注时不分解，不与铝合金发生化学冶金反应；（3）成形性好，成形后表面光洁，尺寸精度高，且有较高的强度，在铸造过程中不至破裂；（4）具有与铝合金相匹配的线膨胀特性；（5）原材料来源广泛，价格便宜，无污染；（6）良好的溃散性，易于清除，不残留在内腔内；（7）在制壳和脱蜡过程中，水溶性陶瓷型芯不被水溶蚀。

在实际生产过程中，出现过如下问题：(1)水溶性陶瓷芯吸潮 ；(2)内腔有麻点、毛刺 ；(3)水溶性陶瓷芯偏芯、断芯 ；(4)铸件内腔尺寸超差。

4　针对水溶性陶瓷芯问题采取的措施

4.1针对水溶性陶瓷芯吸潮，加强保管措施

（1）水溶陶瓷芯成型后放入干燥皿；（2）控制压蜡、修焊、组树到制壳的时间；（3）模组清洗完后吹干。

4.2针对麻点、毛刺，脱蜡到焙烧浇注环节的控制

(1)脱蜡到浇注过程中的运输要避免震荡，保证陶瓷芯的完好；（2）脱蜡、焙烧、浇注，保持连贯性；（3）用电阻炉焙烧，避免陶瓷芯中盐的溶解；（4）消除残留模料不完全燃烧产物。

4.3针对水溶性陶瓷芯偏芯、断芯采取的措施

增加自由端,减少水溶性陶瓷芯与模壳的膨胀量； 增加型芯撑,防止在压蜡中错位。

4.4铸件内腔尺寸超差的纠正措施

图6　增加支撑蜡

(1)要求水溶性陶瓷芯的防水保护膜不仅能防止室温水和沸水的渗透，而且不与水溶芯的基材发生化学反应。加强焙烧前对防水膜的保护，防止磕碰对水溶性陶瓷芯的损坏；

(2)水溶性陶瓷芯浇注后脱芯要迅速，防止盐对铸件内腔的腐蚀。试验证明：在室温 ，相对湿度50%～70%存放一年，无腐蚀现象。所得铸件内腔表面光滑、无气孔，符合技术要求。

5　结语

水溶性陶瓷芯在铝合金熔模铸造中的应用，获得的铸件尺寸精度和表面粗糙度均能满足熔模航空铸件的生产要求。为公司带来了潜在经济效益，同时也提高了公司熔模铸造的水平，为后期公司生产高精尖的产品做了一个良好的铺垫，展望未来，水溶陶瓷芯在今后的应用上会有一个广阔的前景！

参考文献

[1] 时明心. 熔模铸件陶瓷型芯的清除[J]. 中国铸机,1993(4).

[2] 黄德东,薛祥军,石永华,等. 水溶性树脂+合脂油混合芯砂的应用[J]. 中国铸造装备与技术,2005(2).

[3] 孟爽芬,张建平,李虹. 水溶性陶瓷芯在铝合金熔模铸造中的应用[J]. 特种铸造及有色合金,1993(4).

Application of water soluble ceramic core in investment casting of aluminum alloy for
aerospace industry

ZHUANG XuLei , AN QingHe，SHI XingLi
(IMPRO AEROSPACE COMPONENTS (Wuxi) ，Wuxi 214191，jiangsu，China)

Abstract：Introduce application of water soluble ceramic core in investment casting of aluminum alloy for aerospace industry; Elaborate problems of water soluble ceramic core usage during production and process control; Draw conclusion through casting trial runs that water soluble ceramic core can be applied to a variety of aluminum alloy casting, small or medium sized, requiring for complex cavity structure and high surface quality.

Keywords:Water Soluble Ceramic Core; Aluminum Alloy;Investment Casting

作者简介：庄绪雷（1974—），男，总工程师，主要从事铸造工艺及设计的研究及技术管理.

收稿日期:2015- 08- 10

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .01 8

中图分类号：TG249.9；

文献标识码：A；

文章编号:1 006-9 658（2016）01 -0052- 02

稿件编号:1508- 1028