CN100418666C - 大型铸件用醇基锆英粉涂料及其制造方法 - Google Patents

大型铸件用醇基锆英粉涂料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大型铸件用涂料及其制造方法,该涂料为醇基锆英粉铸造涂料,成分有锆英粉62-75%、锂基膨润土1~3%、去离子水1~3%、改性硅酸铝镁1~3%、纳米级粘土0.15~0.8%、三氧化二铝0.02~0.08%、水溶性聚酯树脂0.2~1.2%、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)0.1~0.8%、松香0.6~3%、工业酒精15~25%、异丙醇1~5%、重芳烃溶剂油150#1~5%。其制造工艺先进,产品各项指标性能优异。本涂料经试验表明:耐火性好,抗粘砂能力强,悬浮性、刷涂性、流平性特别优异,解决了我国大型铸件生产企业使用的铸造涂料长期依赖进口的问题,填补了国内空白。

Description

大型铸件用醇基锆英粉涂料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种铸造涂料,具体地说,是一种大型铸件用醇基锆英粉涂料及其制造方法。
背景技术
重型装备制造业作为国家的基础工业,在国民经济中起着至关重要的支柱作用。大型铸件作为国防、冶金、石油、化工、电站、核能等行业装备的核心部件,其质量水平是直接影响这些行业发展的重要因素之一,随着这些行业的不断发展,将对大型铸件的质量水平提出越来越高的要求。在铸型(芯)工作表面上涂敷铸造涂料是大型铸件生产过程中的一道重要工序,铸造涂料的主要功能包括:降低铸件表面粗糙度;防止和减少铸件粘砂;提高铸型(芯)表面强度,防止和减少铸件夹砂、砂眼缺陷;控制铸件冷却速度,防止铸件产生缩孔、裂纹缺陷;使铸件表面合金化和晶粒细化,调整铸件表面成分和表面组织,提高铸件的使用性能,延长铸件使用寿命;提高铸件落砂和清理效率,显著降低铸件清理工作量,改善清砂工人劳动条件。铸造涂料的质量高低是影响铸件是否粘砂、夹砂及铸件表面光洁度、铸件尺寸精度的最直接因素。
目前,英国福士科(FOSECO)公司生产的醇基锆英粉涂料是适用于大型铸件生产的代表性进口产品,国内也有众多的高校、科研所及企业在研制和生产铸造涂料,但这些国内铸造涂料产品在技术上与国外产品比尚存在着较大差距,不能满足大型铸件生产的技术质量要求,各大型铸件生产企业使用的铸造涂料基本依赖进口。国内产品与进口产品相比尚存在如下几点质量缺陷:
1.悬浮性差。涂料经较长时间贮存或长途运输后,其比重较大的锆英粉容易沉淀形成硬底,使用前需要用专用工具搅拌较长时间才能使涂料各组分重新混合均匀,这给涂料的施工应用带来了麻烦。
2.可刷涂粘度低。施工时需要加入较多的有机溶剂将涂料调至较低粘度才能刷得开,故导致每遍刷涂所得的涂层厚度薄,并且大量溶剂侵蚀砂型,带来危害。
3.刷涂性差。刷涂时手感不滑爽,毛刷每蘸一次涂料来回刷几次便感到发涩发紧,使刷涂作业费时费力,增加了刷涂劳动强度,降低了刷涂效率,不能满足大型铸件砂型/芯大面积刷涂的要求。
4.流平性差。由于涂料流平性差,涂层不能自动流平刷涂所产生的刷痕,导致涂层点燃干燥后留下较明显的刷痕,使浇铸出来的铸件表面较粗糙,不利于提高铸件的表面质量。
虽然,在中国专利公开了一种名称为“锂基膨润土锆英粉粉状铸型涂料”(申请号:86105456),还公开了一种名称为“醇基或水基砂粉防渗透粘砂铸造涂料”(申请号:200510018167),但其质量技术指标性能同进口产品比仍有一定差距,表现在悬浮性较差,易沉底和板结,涂刷困难,流平性差,不适合大型铸件生产中应用。
因此,开发优质铸造涂料,缩小差距,代替进口,提高铸造涂料及铸件的竞争力,是当前国内铸造业所面临的一个刻不容缓的亟需解决的课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:开发一种大型铸件用铸造涂料,该涂料配方采用的原料,能提高产品的稳定性,使其在贮存性、悬浮性、涂刷性、流平性等性能指标方面优异,能够取代进口产品,解决我国在大型铸件生产企业使用的铸造涂料长期依赖进口的问题。
本发明的技术方案如下:
一种大型铸件用醇基锆英粉涂料,该涂料由下列原料组分配比制成:
锆英粉62~75%、锂基膨润土1~3%、去离子水1~3%、改性硅酸铝镁1~3%、纳米级增稠剂(粘土)0.15~0.8%、三氧化二铝0.02~0.08%、水溶性聚酯树脂0.2~1.2%、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)0.1~0.8%、松香0.6~3%、工业酒精15~25%、异丙醇1~5%、重芳烃溶剂油150#1~5%。
上述的大型铸件用醇基锆英粉涂料,优选的是由下列重量的组分配比:
锆英粉65~75%、锂基膨润土1.3~2%、去离子水1.3~2%、改性硅酸铝镁1.3~2%、纳米级粘土0.3~0.7%、三氧化二铝0.04~0.06%、水溶性聚酯树脂0.4~0.8%、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)0.3~0.8%、松香1~2%、工业酒精20~25%、异丙醇1.8~3%、重芳烃溶剂油150#2.5~3.5%。
所述部分原料要求达到如下指标:
锆英粉:ZrO2≥65%、Fe2O3≤0.10%、TiO2≤0.05%、平均粒度325目。
锂基膨润土:H2O≤10%、膨胀容≥20ml/g。
改性硅酸铝镁:平均原始粒度0.1um。
工业酒精:乙醇≥98%。
聚乙烯醇缩丁醛:纯度≥96%、乙烯醇缩丁醛基66~84%、粘度(涂1号杯)10s。
上述大型铸件用醇基锆英粉涂料的制造方法,包括如下步骤:
一.原料预处理
(1).按配方量的锂基膨润土与去离子水按1∶1(重量比)的比例混合均匀,装入密闭容器中静置24h以上,使锂基膨润土被充分活化;
(2).按配方量将纳米级粘土与工业酒精按1∶5(重量比)的比例混合均匀,高速搅拌20~30min,制成纳米级增稠剂预凝胶并装入密闭容器中静置24h以上;。
(3).称取配方量的改性硅酸铝镁,加入到其3倍重量的工业酒精中。高速搅拌20~30min,制成均匀的改性硅酸铝镁预凝胶并转入密闭容器中静置24h以上;
(4).称取松香配方量1倍重量的工业酒精,置密闭容器中,逐渐加入松香,在60~80℃搅拌溶解,制成50%松香乙醇溶液;
(5).称取配方量的聚乙烯醇缩丁醛,用工业酒精通过搅拌溶解,制成10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液,静置48h以上。
二.制备涂料
①.将配方量的异丙醇、重芳烃溶剂油150#及原料预处理后的余量酒精混合均匀,制成混合溶剂;
②.在容器中加入上述步骤(1)已充分活化的改性锂基膨润土、步骤①的80~90%混合溶剂,高速搅拌,待体系中无粗粒,呈半流体的均匀凝胶体时,停止搅拌,加入配方量的三氧化二铝、上述步骤(3)的改性硅酸铝镁预凝胶、上述步骤(2)纳米级增稠剂预凝胶后,继续高速搅拌10~20min,制得复合悬浮剂;
③.将步骤②的复合悬浮剂用胶体磨研磨3~5遍;
④.在已研磨好的复合悬浮剂中加入上述步骤(4)的50%松香乙醇溶液、步骤(5)的10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液、以及配方量的水溶性聚酯树脂,高速搅拌5~10min,然后在搅拌状态下逐渐加入配方量的锆英粉,加完后继续高速搅拌5~10min,制得涂料预分散体;
⑤.涂料预分散体用胶体磨研磨1~2遍;
⑥.将已研磨分散好的涂料用上述步骤①剩余的混合溶剂调节粘度至16~40s(涂6号杯),即得成品。
所述高速搅拌是转速≥1000r/mim。
所述改性硅酸铝镁采用醇溶性增稠悬浮剂,如商品名“安格50”等。
按上述技术方案制得的涂料,其主要技术指标达到如下:
性能                指标
比重(g/cm3)         2.0~2.20
PH值                7.0~9.0
粘度(涂6#杯,s)     ≥16
24h悬浮性(%)                ≥99
发气量(1000℃,ml/g)         ≤20
灼减量(%)                   ≤2.6
高温抗裂性(1200℃,2min)     无裂纹
本发明涂料具有如下显著效果:
1.抗粘砂能力强。应用于钢水重量在10t以上,壁厚超过800mm的大型铸件的浇铸生产,打箱后铸件表面无粘砂。
2.悬浮性优异。24h悬浮性达99%以上,涂料经过长期贮存或长途运输后只有轻微分层,施工时容易将涂料混合均匀。特别是本产品的悬浮性指标大大高于国家机械行业标准JB/T9226-1999《砂型铸造用涂料》的相应指标。
3.可刷涂粘度高。现有技术涂料粘度在20s(涂6#杯)以上刷涂困难,使用前需要加入较多有机溶剂稀释,本发明涂料使用前可不加有机溶剂稀释,粘度在30s(涂6号杯)以上亦容易刷涂,每刷一遍所得的干涂层厚度厚。对于要求涂覆较厚涂层的大型铸钢件,使用本发明产品可减少刷涂遍数,从而提高生产效率。
4.刷涂性好。毛刷每蘸一次本涂料来回刷10次以上仍然手感滑爽,使刷涂作业省时省力,从而降低了刷涂劳动强度,提高了刷涂效率。特别适宜大型铸件砂型/芯大面积刷涂的要求。
5.流平性好。毛刷每蘸一次涂料来回刷10次以上涂层仍然能够自动流平,得到无刷痕、光滑平整的干涂层,使浇铸出来的铸件表面光洁度高,提高了铸件的表面质量。
本发明涂料经多次应用试验表明:耐火性好,抗粘砂能力强,悬浮性、刷涂性、流平性特别优异,综合性能优于国内同类产品,可替代同类进口产品。并且本发明涂料产品与同类进口产品价格相比约低三分之一。
本发明的涂料产品也适用于中、小型铸件。
具体实施方式
实施例一
1.配方(单位:公斤):锆英粉65、锂基膨润土1、去离子水1、改性硅酸铝镁(商品名“安格50”)1、纳米级粘土0.15、松香0.8、水溶性聚酯树脂0.32、聚乙烯醇缩丁醛0.3、三氧化二铝0.02、工业酒精25、异丙醇2.4、重芳烃溶剂油150#3。
2.原料预处理
(1)将锂基膨润土1公斤与去离子水1公斤混合均匀,装入密闭容器中静置24h以上,使锂基膨润土被充分活化;(2)将纳米级粘土0.15公斤与工业酒精0.75公斤在搅拌机中混合均匀,高速(转速≥1000r/mim)搅拌20~30min,制成纳米级增稠剂预凝胶并装入密闭容器中静置24h以上;(3)将改性硅酸铝镁1公斤加入3公斤工业酒精中,在搅拌机中高速搅拌20~30min,制成均匀的改性硅酸铝镁预凝胶并转入密闭容器中静置24h以上;(4)将0.8公斤工业酒精置密闭容器中,逐渐加入松香0.8公斤,在70℃~75℃搅拌溶解,制成50%松香乙醇溶液;(5)聚乙烯醇缩丁醛0.3公斤用工业酒精搅拌溶解,制成10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液,静置48h以上。
3.制备涂料
①.将异丙醇2.4公斤、重芳烃溶剂油150#3公斤及原料预处理后的余量酒精混合均匀,制成混合溶剂;②.在容器中加入已充分活化的锂基膨润土、90%的混合溶剂,高速(转速≥1000r/mim)搅拌,待体系中无粗粒,呈半流体的均匀凝胶体时,停止搅拌,加入三氧化二铝0.02公斤、原料预处理的改性硅酸铝镁预凝胶、纳米级增稠剂预凝胶后,继续高速搅拌10~20min,制得复合悬浮剂。③.将上复合悬浮剂用胶体磨研磨3~5遍;④.在已研磨好的复合悬浮剂中加入50%松香乙醇溶液、10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液及水溶性聚酯树脂0.32公斤,高速搅拌5~10min,然后在搅拌状态下逐渐加入锆英粉65公斤,加完后继续高速搅拌5~10min,制得涂料预分散体;⑤.将涂料预分散体用胶体磨研磨1~2遍;⑥.将已研磨分散好的涂料用剩余的混合溶剂调节粘度至16~40s(涂6#杯),即得成品。
实施例二
1.配方(单位:公斤):锆英粉75、锂基膨润土1、去离子水1、改性硅酸铝镁1(商品名“安格50”)、纳米级粘土0.8、松香1.12、水溶性聚酯树脂0.2、聚乙烯醇缩丁醛0.8、三氧化二铝0.08、工业酒精15、异丙醇2、重芳烃溶剂油150#2。
2.原料预处理
(1)将锂基膨润土1公斤与去离子水1公斤混合均匀,装入密闭容器中静置24h以上,使锂基膨润土被充分活化;(2)将纳米级粘土0.8公斤与工业酒精4公斤在搅拌机中混合均匀,高速(转速≥1000r/mim)搅拌约25min,制成预凝胶并装入密闭容器中静置24h以上;(3)改性硅酸铝镁1公斤,加入到3公斤重量的工业酒精中,在搅拌机高速(转速≥1000r/mim)搅拌约25min,制成均匀的预凝胶并转入密闭容器中静置24h以上;(4)将1.12公斤工业酒精置于密闭容器中,逐渐加入松香1.12公斤,在75℃左右搅拌溶解,制成50%松香乙醇溶液;(5)聚乙烯醇缩丁醛0.8公斤用工业酒精搅拌溶解,制成10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液,静置48h以上。
3.制备涂料
①.将异丙醇2公斤、重芳烃溶剂油150#2公斤及原料预处理后的余量酒精混合均匀,制成混合溶剂;②.在容器中加入已充分活化的锂基膨润土、90%的混合溶剂,高速(转速≥1000r/mim)搅拌,待体系中无粗粒,呈半流体的均匀凝胶体时,停止搅拌,加入三氧化二铝0.08公斤、原料预处理的改性硅酸铝镁预凝胶、纳米级增稠剂预凝胶后,继续高速搅拌约13min,制得复合悬浮剂;③.将复合悬浮剂用胶体磨研磨4遍;④.在已研磨好的复合悬浮剂中加入50%松香乙醇溶液、10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液及水溶性聚酯树脂0.2公斤,高速搅拌约8min,然后在搅拌状态下逐渐加入锆英粉75公斤,加完后继续高速搅拌约8min,制得涂料预分散体;⑤.预分散体用胶体磨研磨1~2遍;⑥.将已研磨分散好的涂料用剩余的混合溶剂调节粘度至16~40s(涂6号杯),即得成品。
实施例三
1.配方(单位:公斤):锆英粉70、锂基膨润土2、离子水2、改性硅酸铝镁(商品名“安格50”)2、纳米级粘土0.5、松香1.8、水溶性聚酯树脂0.16、聚乙烯醇缩丁醛0.5、三氧化二铝0.05、工业酒精18、异丙醇1.5、重芳烃溶剂油150#1.4。
2.原料预处理
(1)将锂基膨润土2公斤与去离子水2公斤混合均匀,装入密闭容器中静置24h以上,使锂基膨润土被充分活化;(2)将纳米级粘土0.5公斤与工业酒精2.5公斤在搅拌机混合均匀,高速(转速≥1000r/mim)搅拌约28min,制成预凝胶并装入密闭容器中静置24h以上;(3)改性硅酸铝镁2公斤,加入到6公斤的工业酒精中,在搅拌机高速搅拌约28min,制成均匀的预凝胶并转入密闭容器中静置24h以上;(4)松香1.8公斤置密闭容器中逐渐加入1.8公斤工业酒精,在65℃左右搅拌溶解,制成50%松香乙醇溶液;(5)将聚乙烯醇缩丁醛0.5公斤用工业酒精搅拌溶解,制成10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液,静置48h以上。
3.制备涂料
①.将异丙醇1.5公斤、重芳烃溶剂油150#1.4公斤及原料预处理后的余量酒精混合均匀,制成混合溶剂;②.在容器加入已充分活化的锂基膨润土、90%混合溶剂,高速(转速≥1000r/mim)搅拌,待体系中无粗粒,呈半流体的均匀凝胶体时,停止搅拌,加入三氧化二铝0.05公斤、原料预处理的改性硅酸铝镁预凝胶、纳米级增稠剂预凝胶后,继续高速搅拌约15min,制得复合悬浮剂;③.将复合悬浮剂用胶体磨研磨5遍;④.在已研磨好的复合悬浮剂中加入50%松香乙醇溶液、10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液及0.16公斤水溶性聚酯树脂,高速搅拌8min,然后在搅拌状态下逐渐加入锆英粉70公斤,加完后继续高速搅拌约6min,制得涂料预分散体;⑤.将涂料预分散体用胶体磨研磨1~2遍;⑥.将已研磨分散好的涂料用剩余的混合溶剂调节粘度至16~40s(涂6#杯),即得成品。
按上述各实施例配方及制备方法制得的涂料,其主要技术如表1所示。
表1本发明涂料的主要技术指标
  性能   指标
  比重(g/cm<sup>3</sup>)PH值粘度/S(涂6#杯)24h悬浮性(%)发气量/(ml/g)(1000℃灼减量(%)暴热抗裂性(1200℃,2mim)   2.0~2.207.0~8.0≥16≥99≤20≤2.6I级
由表1可见,本涂料的悬浮性指标大大高于国家标准JB/T 9226-1999《砂型铸造用涂料》的相应指标。涂料经过长期存放或长途运输仅有轻微分层而不会形成“硬底”,只须稍加搅拌便可施工,悬浮性能非常优异。
以下通过实验例进一步说明本发明涂料的应用效果
实验例一
本发明涂料(LD101醇基锆英粉涂料)与英国福士科(FOSECO)同类涂料在中国大型装备基地——二重集团公司铸造分厂进行了基本性能测试和生产对比试验,其情况如下:
1.基本性能测试
采取随机抽样的方法,抽取约3KG涂料小样进行了以下基本性能的测试,结果如下表2:
表2基本性能的测试结果
Figure C20061002233400121
LD101涂料的粘度较英国福士科公司的同类涂料稍低外,其它性能指标无明显差别。
2.现场生产试验
分别选择高压内缸类铸件、厚壁类铸件各1种,在其外皮进行对比试验。
高压内缸类铸件选择工号:256549,图号:73D、013、003,高压内缸上半做试验件。该铸件净重:8390KG;毛重;11000KG;钢水总重:19800KG。该铸件在各种缸体类铸件中具有一定的代表性。
厚壁类铸件选择工号:A63606,图号:YD140-3-3,中号V形块做试验件。该铸件净重:8850KG;毛重;10300KG;钢水总重:19700KG。该铸件最大热节Φ850mm,冒口直径Φ1100mm,在厚壁类铸件中具有一定的代表性。
从铸件脱箱后(未上落砂机)的外观表面来看,两种涂料部位(铸件两侧表面)的表面均光洁、基本无粘砂现象,铸件两侧外观表面无明显差异。
3.结论
通过上述基本性能测试和现场生产试验表明:本发明所提供的LD101涂料样品同英国福士科公司的醇基锆英粉涂料相比,在悬浮性、涂刷性、燃烧性、高温抗裂性、抗粘砂性方面,无明显差别;在同等试验条件下所生产铸件的表面状态基本上没有区别。
实验例二
本发明涂料的的中试产品与英国福士科公司的同类产品以相同的施工条件在中国二重集团公司铸造分厂电炉车间的代表性产品支承辊轴承座和14000MN水压机增重座的浇铸生产中进行了对比试验,即两种涂料在同一砂型上各刷1/2的面积,支承辊轴承座涂刷3遍,涂层厚度为1.0~1.2mm,水压机增重座砂型刷5遍,涂层厚度为1.8~2.0mm,试验铸件的钢水浇注量达20t以上,最大壁厚达0.8m。试验结果表明:本涂料施工性好,刷涂时具有稠而不涩、滑而不淌的特点,浇注后涂层产生适度烧结,打箱后涂层容易从铸件表面剥离,减少了清砂工作量;两种涂料所得铸件表面质量不相上下,均平整光滑,无气孔、夹砂、粘砂等现象。因此,本涂料的综合性能已接近国际先进水平,可满足大型铸件的设计生产要求。

Claims (4)

1. 一种大型铸件用醇基锆英粉涂料,其特征在于,该涂料由下列重量比的原料制成:
锆英粉62~75%、锂基膨润土1~3%、去离子水1~3%、改性硅酸铝镁1~3%、纳米级粘土0.15~0.8%、三氧化二铝0.02~0.08%、水溶性聚酯树脂0.2~1.2%、聚乙烯醇缩丁醛0.1~0.8%、松香0.6~3%、工业酒精15~25%、异丙醇1~5%、重芳烃溶剂油150#1~5%。
2. 按权利要求1所述的涂料,其特征在于,该涂料由下列重量的组分配比制成:
锆英粉65~70%、锂基膨润土1.3~2%、去离子水1.3~2%、改性硅酸铝镁1.3~2%、纳米级粘土0.3~0.7%、三氧化二铝0.04~0.06%、水溶性聚酯树脂0.4~0.8%、聚乙烯醇缩丁醛0.3~0.6%、松香1~2%、工业酒精20~25%、异丙醇1.8~3%、重芳烃溶剂油150#2.5~3.5%。
3. 一种权利要求1所述大型铸件用醇基锆英粉涂料的制造方法,包括如下步骤:
一.原料预处理
(1).按配方量将锂基膨润土与去离子水按1∶1的重量比混合均匀,装入密闭容器中静置24h以上,使锂基膨润土被充分活化;
(2).按配方量将纳米级粘土与工业酒精按1∶5的重量比混合均匀,高速搅拌20~30min,制成纳米级增稠剂预凝胶并装入密闭容器中静置24h以上;
(3).称取配方量的改性硅酸铝镁,加入到其3倍重量的工业酒精中,高速搅拌20~30min,制成的硅酸铝镁预凝胶转入另一密闭容器中静置24h以上;
(4).称取配方量的松香,逐渐加入到含相同重量工业酒精的密闭容器中,在60~80℃搅拌溶解,制成50%松香乙醇溶液;
(5).称取配方量的聚乙烯醇缩丁醛,用工业酒精通过搅拌溶解,制成10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液,静置48h以上;
二.制备涂料
①.将配方量的异丙醇、重芳烃溶剂油150#及原料预处理后的余量酒精混合均匀,制成混合溶剂;
②.在容器中加入上述步骤(1)已充分活化的锂基膨润土、步骤①的80~90%混合溶剂,高速搅拌,待体系中无粗粒,呈半流体的均匀凝胶体时,停止搅拌,加入配方量的三氧化二铝、上述步骤(3)的硅酸铝镁预凝胶、上述步骤(2)的纳米级增稠剂预凝胶后,继续高速搅拌10~20min,制得复合悬浮剂;
③.将上述步骤②的复合悬浮剂用胶体磨研磨3~5遍;
④.在已研磨好的复合悬浮剂中加入步骤(4)的50%松香乙醇溶液、步骤(5)的10%聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液及配方量的水溶性聚酯树脂,高速搅拌5~10min,然后在搅拌状态下逐渐加入配方量的锆英粉,加完后继续高速搅拌5~10min,制得涂料预分散体;
⑤.将涂料预分散体用胶体磨研磨1~2遍;
⑥.已研磨分散好的涂料用步骤①剩余的混合溶剂调节粘度至涂6号杯16~40s,即得成品。
4. 按权利要求3所述涂料的制造方法,其特征在于,高速搅拌是转速≥1000r/min。
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