[摘要]研究了三种不同壳层材料与合金中强活性金属Nd的化学反应。结果表明，壳型中的矿化剂最容易与活性金属Nd反应，氧化钇作为壳型材料具有良好的化学稳定性。[关键词]熔模铸造；外壳类型；化学稳定性[中国图书馆分类号]TG 113.23[文献识别码]A[文献编号]1001-4381(1999)06-0020-02熔模铸造型壳材料对熔融合金中活性元素的化学稳定性研究张勇，任(北京航空材料研究所，100095，中国)摘要：研究了三种不同的型壳材料与一种更活泼的金属nd之间的化学反应。结果表明，壳层材料中的矿化易与活性金属反应，Y2O3壳层具有良好的化学稳定性。关键词：熔模铸造；壳模；化学稳定性在熔模铸造过程中，作为“容器”的壳模被熔融金属充满，特别是在定向和单晶过程中，合金停留在液态的时间长达60min，壳模材料的成分很容易与熔融合金发生反应。为了更好地反映壳模材料与合金之间的反应，本实验选取了一种金属元素nd比较活泼的合金作为研究对象，研究了各种壳模材料与这种熔融合金的反应。1试验方法试验用合金的主要成分为：Nd 24% ~ 28%，B 0.7% ~ 1.2%，Al & lt0.05%，Si & lt0.1%，余量为铁。实验中使用了三个坩埚形壳体。外壳材料和分组见表1。表1试验用的型壳表1试验用的型壳型浆料涂料挂砂A硅溶胶刚玉粉高岭土(矿化剂)刚玉砂B硅溶胶刚玉粉刚玉砂C硅溶胶电熔氧化钇粉氧化钇砂将10kg合金放入这三种型壳中熔化，在ZG-0.025真空感应炉中加热至155020min，炉内压力20Pa，自然。三种壳模熔炼合金的测试结果和部分元素分析结果见表2。表2与三种壳型反应后的合金分析结果(wt%)表3种壳材料与合金壳型Al Siya 0.35 & lt0.10-b 0.15 & lt；0.10-C-& lt；0.100.0084从表2中可以看出，与原始合金成分相比，三个壳模熔化的合金成分发生了变化，说明高温下三个壳模与熔化的合金发生了一定的化学反应，其中壳模A的反应最为严重，导致合金中al含量增加了约7倍。贝壳A最重要的特点是含有煅烧高岭土作为矿化剂。高岭土的主要成分是二氧化硅和氧化铝。从微观结构上看，它具有层状结构，一层硅氧四面体和一层铝氧八面体相互重叠，各层之间通过氧键连接，距离很大。在高温下与合金液接触时，合金中大量的活性金属元素Nd进入层间结构，与al2O3发生置换反应，被置换的Al进入合金。反应式如下：2nd Al2O3 n2o3 2al。从分析结果来看，B型壳也有一定程度的反应。壳型A和壳型B的区别在于不含矿化剂，只含电熔刚玉。电熔刚玉的主要成分是Al2O3。熔化后，再结晶的Al2O3形成铅氧八面体铺展的晶体，键结构稳定。摧毁这种结构需要很高的能量。电熔刚玉与合金接触时，Nd原子不易渗入al2O3的晶格中取代Al，但晶体边缘仍有部分Al参与反应，只是数量很少。比较A和B的结果，被少量矿化剂(约4wt%%)取代的al几乎等于电熔刚玉(约95wt%%)的Al。这说明壳型材料与合金反应时，矿化剂的活性远大于电熔刚玉。从分析结果来看，壳C熔化的合金中钇的含量只有0.0084%，说明与合金反应的Y2O3量很少，其反应式为2nd Y2O3 Nd2O3 Y2。
Y2O3是一种结构很强的离子键化合物，其键结构非常稳定。从原子结构上看，nd和Y的原子半径与三价离子相近，所以化学性质非常相似，所以Nd不容易取代Y，只有少量的Y2O3参与了化学反应，这也说明氧化钇壳层具有良好的化学稳定性。矿化剂中的二氧化硅与粘结剂中的二氧化硅反应如下：二氧化硅+ Nd2O3Nd2O3。SiO2、Nd2O3由原料带入或冶炼过程中产生，Nd2O3。当SiO2 _ 2熔入合金液时，由于生产条件的控制，带入的Nd _ 2O _ 3量是有限的。从反应结果来看，三种情况下的Si含量变化不大。结论在本实验条件下，三种壳型中，含高岭土的壳型与熔融合金中的活性金属元素发生了严重的化学反应，氧化钇壳型的化学稳定性最好。
