精密铸造 金精密铸造耐火材料 精密铸造厂 宏哲供

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CaO是一种碱性耐火材料，熔点高达2570℃，高温性能好，抗碱性炉渣侵蚀性能强，并可以在金属精炼中起到净化作用，价格低廉，来源广。张喜燕等认为CaO是一种热力学非常稳定的耐火材料，不存在对钛熔体的污染问题。但是，CaO的亲水性极强，如果保存不善，很容易水化，导致型壳开裂，材料失效。因此，制备型壳用的CaO原材料必须进行致密化处理，并真空保存，即便这样，也很难完全防止其水化。为了利用CaO的良好性能，并防止其水化，可以将CaO作为掺杂材料或者稳定剂材料。

ZrO2是现今应用相当广的耐火材料之一，但用于锆铸件生产的还比较少，主要用于制备钛合金精密铸造用型壳。美国矿业局是相当早将ZrO2应用于制备高温合金熔模精密铸造型壳的，型壳面层和邻面层的耐火材料都采用了ZrO2，并浇注出了精度高、质量合格的中小型薄壁钛铸件，但是铸件表面有集中的气孔生成。刘鸿羽以ZrO2为型壳材料铸造锆合金后发现，O元素从型壳内扩散到合金基体表面，扩散区厚度约为35μm。另外，ZrO2有3种晶型，为多晶相转化的氧化物。低温时，为单斜晶结构(m-ZrO2)，高于1000℃时，逐渐转变为四方晶相(t-ZrO2)，2370℃时，全部转变为四方晶相，高于2370℃至熔点温度则为立方晶相(c-ZrO2)。由于相变转化，ZrO2在加热升温过程中伴随着体积收缩，而在冷却过程中则体积膨胀，因此在制备ZrO2型壳时必须进行晶型稳定化处理，以保证型壳稳定不开裂。常用的稳定剂有MgO、CaO、Y2O3、CeO2等。周文斌研究锆熔体与ZrO2(CaO稳定)、ZrO2(Y2O3稳定)型壳的界面反应时发现，由于ZrO2分解产生的Zr原子与基体Zr有很好的相容性，两者相互渗透会导致试样表面较不平整，但是耐火材料向锆合金中的溶解较少，ZrO2(CaO稳定)型壳的污染层厚度约45μm;ZrO2(Y2O3稳定)型壳的污染层厚度约35μm。

Y2O3是目前用于活泼金属精密铸造用耐火材料中相当为稳定的型壳材料之一。Suzuki等在传统的莫来石型壳表面喷涂一层Y2O3后用来铸造Ti-6Al-4V合金，所得钛合金铸件表面硬化程度和含氧量均较为理想，但是Y2O3涂层与型壳表面的结合力不好，在浇注过程中容易剥落。西安泵阀总厂开发出一种锆及锆合金大型铸件生产方法，该方法在机加工石墨型壳表面涂覆Y2O3陶瓷涂层，可有效降低石墨型壳的激冷作用，提高液态金属的充型能力，减少表面出现冷隔留痕等缺点，从而生产出表面光洁、污染层厚度小的锆铸件。沈阳铸造研究所采用人工涂刷或喷枪喷涂方法将Y2O3或ZrO2涂覆在铸铁、铸钢或铸铜金属铸型的型腔表面，可提高锆合金铸件的质量。然而，Y2O3较高的价格以及较差的抗热震性限制了其应用。Mcdeavitt等研究了熔融锆与Y2O3陶瓷压片的界面反应，发现Y2O3与熔融锆之间只发生了元素的扩散，并没有出现明显的过渡区域。周文斌研究锆熔体与Y2O3型壳的界面反应时发现：Y2O3分解为Y原子和O原子分别向Zr基体中扩散，但是，Y与Zr并未形成中间相，Zr与Y2O3型壳的污染层厚度约25μm。而刘鸿羽对Y2O3型壳的研究结果表明：Zr与Y2O3型壳的污染层厚度为50～60μm。谢华生等的研究结果表明：Zr与Y2O3型壳的污染层厚度约30μm，合金元素Zr在基体中含量稳定，在反应层中含量下降，推测Zr很可能已扩散到型壳当中。初步分析，虽然文献都研究的是精密铸造过程中锆熔体与Y2O3型壳的界面反应，但是所用锆合金种类、型壳组装方式以及耐火材料的制备方法不同，故引起锆熔体与Y2O3型壳的污染层厚度有所不同。

BeO具有热导率高、熔点高、强度高、绝缘性好、化学和热稳定性高等特点，是良好的熔制Be、Zr、Ti等高纯度金属的坩埚材料。Mcdeavitt等研究熔融锆与BeO陶瓷压片的界面反应时发现，BeO与熔融锆之间只发生了元素的扩散，而没有出现明显的过渡区域。但BeO在制造和使用过程中容易对人员安全和环境造成危害，已经被列为致癌物质，而且一些和组织对BeO材料的使用也提出了限制。

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