CN101293270A - 一种高熔点金属液态模锻涂料及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高熔点金属液态模锻涂料及其制备和使用方法。有效解决了高熔点金属液态模锻模具寿命低的问题。底层和面层均由粒度为200～500目的基料100份、载体100～300份、粘结剂2～25份、悬浮剂0.1～25份、消泡剂0.01～0.05份组成。面层涂料的基料为镁橄榄石或铬铁矿，底层涂料基料为经过处理的硅藻土。悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物。面层涂料粘结剂是磷酸铝和六偏磷酸钠的混合物，底层涂料粘结剂为水玻璃和六偏磷酸钠的混合物。将上述组分及配比混合均匀，静置3～8小时备用。使用时将底层涂料涂在预热至150～300℃金属模具表面上，干燥后再将面层涂料涂在底层涂料上，干燥后进行液态模锻。

Description

一种高熔点金属液态模锻涂料及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种液态模锻或挤压铸造高熔点金属用涂料及其制备和使用方法。

背景技术

液态模锻(也称挤压铸造)是一种近净形高品质铸件生产技术。这一技术用于钢铁一类的高熔点金属时，由于金属熔体的高温和高的成形压力作用，模具经常出现熔焊和变形，导致模具出现异常破坏，影响了钢铁材料的液态模锻推广应用。为解决这一问题，提高模具寿命，人们曾选用高级模具材料，甚至是用高温合金制造模具，虽然有一定改善，但模具寿命仍然是推广应用的限制环节。使用涂料来保护模具是提高模具寿命的一条简易可行的技术路线。在有色金属的挤压铸造中就是通过使用涂料，使模具寿命提高到工业接受的程度。但适用于有色金属液态模锻的涂料在高熔点黑色金属液态模锻中并不能发挥期望的作用，模具熔焊和冲蚀现象依然经常出现。

现有技术中，有一些适用于钢铁材料铸造的涂料。中国重庆钢铁(集团)有限公司发明了一种Al₂O₃-SiC-C系涂料(专利号ZL99115164.X)，其特征在于涂料的组成为：Al₂O₃：45-65份(以重量计)，SiO₂：8-20份(重量)，SiC：5-12份(重量)，C：8-15份(重量)。采用这种涂料能减低金属熔液和熔渣对铁水罐衬的侵蚀和渗透，可以提高铁水罐的使用寿命，使铁水罐不“粘包”。但这一涂料因与金属模具的附着力不足，易导致涂料脱落，在液态模锻中无法使用。华南理工大学隋贤栋；姚锡凡；杜隆有等发明了一种离心铸造管型涂料(ZL95103459.6)，其组成及其重量比是：100份基料、100～120份水、5～8份膨润土、0.15～0.3份Na₂CO₃、还可加入0.1～0.3份阴离子表面活性剂，其中，基料是硅藻土和石英粉，该涂料具有很好的悬浮性，低的发气性、很好的脱模性及抗铁水冲刷性能和绝热耐火性能。但是，这种涂料用于液态模锻合金钢材料时，耐火度不足，高温强度较低，高压下易溃散，仍不能有效提高模具寿命。

发明内容

本发明目的是为解决高熔点合金液态模锻中模具寿命低的问题，提供了一种用于高熔点金属液态模锻，对模具进行有效保护的涂料及其制备和使用方法。

本发明的技术方案：

一种高熔点金属液态模锻涂料，包括底层和面层两层涂料，两层涂料均由粒度为200～500目的基料、悬浮剂、粘结剂、载体、消泡剂组成；

底层涂料包括：基料为经过扩容处理的硅藻土，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物；粘结剂为水玻璃和六偏磷酸钠的混合物；载体是水；消泡剂是正丁醇；

底层涂料组分的质量比：基料为100份，悬浮剂0.1～4份，粘结剂2～25份，载体100～300份，消泡剂0.01～0.05份；

其中，悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为2～8∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为25～100∶1；

面层涂料包括：基料为镁橄榄石或者铬铁矿或者铝矾土中的一种，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物，粘结剂是磷酸铝和六偏磷酸钠的混合物，载体是水；消泡剂是正丁醇；

面层涂料组分的质量比：基料100份，悬浮剂0.1～4份，粘结剂2～25份，载体100～300份，消泡剂0.01～0.05份；

其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比10～15∶1～2，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为25～100∶1。

一种高熔点金属液态模锻涂料制备和使用方法包括如下步骤：

步骤1，按底层涂料组分的质量比：基料为100份，悬浮剂0.1～4份，粘结剂2～25份，水100～300份，正丁醇0.01～0.05份；

其中，悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为2～8∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为25～100∶1；

按面层涂料组分的质量比：基料100份，悬浮剂0.1～4份，粘结剂2～25份，水100～300份，正丁醇0.01～0.05份；

其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比10～15∶1～2，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为25～100∶1；

步骤2，将底层涂料或面层涂料搅拌均匀后，静置3～8小时，待用；

步骤3，将底层涂料喷涂或涂刷在预热至150～350℃的金属模具表面，涂层厚度0.1～0.8mm；待底层涂料干燥后，将面层涂料喷涂或涂刷在底层涂料的表面，涂层厚度0.1～0.8mm；干燥后，浇注金属熔体进行液态模锻或挤压铸造。

本发明的有益效果：

液态模锻是在高温高压条件下进行液态金属成形的工艺方法，要求涂料既具有高的耐火度，又具有高的隔热性；既具有与金属模具之间有高的附着力，又具有高的内聚力；既具有高的室温强度，又具有高的高温强度。所以，单一涂料很难满足要求这种复杂苛刻的要求。本发明采用底层和面层两层涂料很好地满足了这些要求。底层涂料不与高温金属液直接接触，主要起隔热作用，与金属模具间高的附着力。采用经过扩容处理的硅藻土为基料，获得了很好的隔热性，使用水玻璃和六偏磷酸钠的混合物作为粘结剂可以提高涂料的抗曝裂性，并与模具型腔表面有较好的润湿性和小的发气量。以钠膨润土和CMC钠盐的混合物为悬浮剂，有效克服了钠膨润土或CMC钠盐单一悬浮剂容易发生的沉淀结块现象。

面层涂料与高温金属液直接接触，要求具有高的耐火度和高的高温强度以及不与金属液反应。三种不同基料的面层涂料适用场合不同。镁橄榄石基料的面层涂料适用于液态模锻锰含量大于2％的合金钢，铬铁矿基料的面层涂料适用于铬含量大于2％的合金钢，铝矾土基料的面层涂料适用于各种低合金钢和普通碳钢。以钠膨润土和CMC钠盐的混合物为悬浮剂，可以有效克服了钠膨润土或CMC钠盐单一悬浮剂容易发生的沉淀结块现象。以磷酸铝和六偏磷酸钠的混合物为粘结剂赋予了涂料高的耐火度、高的热稳定性以及与底层涂料间高的附着力。

具体实施方式

高熔点金属包括：ZGMn13、高铬铸铁、普通钢等。

一种用于ZGMn13液态模锻用涂料，它由底层和面层两层涂料组成。两层涂料均由粒度为200～500目的基料、载体、粘结剂、悬浮剂、消泡剂。

底层涂料为经过扩容处理的硅藻土，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物；粘结剂为水玻璃和六偏磷酸钠的混合物，载体是自来水，消泡剂是正丁醇。

底层涂料选择3种符合要求的配比(质量)：

(1)基料为100份，悬浮剂0.1份，粘结剂2份，载体100份。消泡剂0.01份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为2∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为25∶1。

(2)基料为100份，悬浮剂2份，粘结剂12份，载体200份。消泡剂0.03份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为5∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为60∶1。

(3)基料为100份，悬浮剂4份，粘结剂25份，载体300份。消泡剂0.05份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为8∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为100∶1。

面层涂料的基料为镁橄榄石，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物。粘结剂是磷酸铝和六偏磷酸钠的混合物。

面层涂料选择6种符合要求质量配比：

(1)基料镁橄榄100份，悬浮剂0.1份，粘结剂2份，载体100份。消泡剂0.01份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比10∶1，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为25∶1。

(2)基料镁橄榄100份，悬浮剂2份，粘结剂12份，载体200份。消泡剂0.03份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比12∶1，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为60∶1。

(3)基料镁橄榄100份，悬浮剂4份，粘结剂25份，载体300份。消泡剂0.05份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比15∶2，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为100∶1。

一种用于高铬铸铁液态模锻用涂料，它由底层和面层两层涂料组成。两层涂料均由粒度为200～500目的基料、载体、粘结剂、悬浮剂、消泡剂。

底层涂料为经过扩容处理的硅藻土，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物；粘结剂为水玻璃和六偏磷酸钠的混合物，载体是自来水，消泡剂是正丁醇。

底层涂料选择3种符合要求的配比(质量)：

(1)基料为100份，悬浮剂0.1份，粘结剂2份，载体100份。消泡剂0.01份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为2∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为25∶1。

(2)基料为100份，悬浮剂2份，粘结剂12份，载体200份。消泡剂0.03份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为5∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为60∶1。

(3)基料为100份，悬浮剂4份，粘结剂25份，载体300份。消泡剂0.05份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为8∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为100∶1。

面层涂料的基料为铬铁矿，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物。粘结剂是磷酸铝和六偏磷酸钠的混合物。

面层涂料选择6种符合要求质量配比：

(1)基料铬铁矿100份，悬浮剂0.1份，粘结剂2份，载体100份。消泡剂0.01份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比10∶1，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为25∶1。

(2)基料铬铁矿100份，悬浮剂2份，粘结剂12份，载体200份。消泡剂0.03份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比12∶1，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为60∶1。

(3)基料铬铁矿100份，悬浮剂4份，粘结剂25份，载体300份。消泡剂0.05份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比15∶1，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为100∶1。

一种用于普碳钢液态模锻用涂料，它由底层和面层两层涂料组成。两层涂料均由粒度为200～500目的基料、载体、粘结剂、悬浮剂、消泡剂。

底层涂料为经过扩容处理的硅藻土，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物；粘结剂为水玻璃和六偏磷酸钠的混合物，载体是自来水，消泡剂是正丁醇。

底层涂料选择3种符合要求的配比(质量)：

(1)基料为100份，悬浮剂0.1份，粘结剂2份，载体100份。消泡剂0.01份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为2∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为25∶1。

(2)基料为100份，悬浮剂2份，粘结剂12份，载体200份。消泡剂0.03份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为5∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为60∶1。

(3)基料为100份，悬浮剂4份，粘结剂25份，载体300份。消泡剂0.05份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为8∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为100∶1

面层涂料的基料为铝矾土，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物。粘结剂是磷酸铝和六偏磷酸钠的混合物。

面层涂料选择6种符合要求质量配比：

(1)基料铝矾土100份，悬浮剂0.1份，粘结剂2份，载体100份。消泡剂0.01份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比10∶1，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为25∶1。

(2)基料铝矾土100份，悬浮剂2份，粘结剂12份，载体200份。消泡剂0.03份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比12∶1，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为60∶1。

(3)基料铝矾土100份，悬浮剂4份，粘结剂25份，载体300份。消泡剂0.05份。其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比15∶1，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为100∶1。

这种高熔点金属液态模锻涂料的制备和使用方法包括如下步骤：

步骤1，按上述组分和配比分别配制底层涂料和面层涂料。

步骤2，将底层涂料和面层涂料搅拌均匀后，静置3小时。

步骤3，将底层涂料喷涂或涂刷在预热至280℃的金属模具表面，厚度0.3mm。待底层涂料干燥后，将面层涂料喷涂或涂刷在底层涂料的表面，厚度0.4mm。干燥后浇ZGMn13、高铬铸铁或普通钢等高熔点金属熔体进行比压为200MPa的液态模锻或挤压铸造。

底层涂料和面层涂料搅拌均匀后，静置时间大于8小时时没有意义，实际上都是在使用前配制。

金属模具的预热温度，低于150℃时，涂料流淌严重，高于350℃时，涂料喷不上。

底层和面层的涂层厚度小于0.1mm时，起不到隔热和耐高温作用，大于0.8mm时，涂层容易开裂。

使用结果表明，本发明的涂料可以有效保护模具。

Claims (2)

1.一种高熔点金属液态模锻涂料，其特征在于，包括底层和面层两层涂料，两层涂料均由粒度为200～500目的基料、悬浮剂、粘结剂、载体、消泡剂组成；

底层涂料包括：基料为经过扩容处理的硅藻土，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物；粘结剂为水玻璃和六偏磷酸钠的混合物；载体是水；消泡剂是正丁醇；

底层涂料组分的质量比：基料为100份，悬浮剂0.1～4份，粘结剂2～25份，载体100～300份，消泡剂0.01～0.05份；

其中，悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为2～8∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为25～100∶1；

面层涂料包括：基料为镁橄榄石或者铬铁矿或者铝矾土中的一种，悬浮剂为钠膨润土和CMC钠盐的混合物，粘结剂是磷酸铝和六偏磷酸钠的混合物，载体是水；消泡剂是正丁醇；

面层涂料组分的质量比：基料100份，悬浮剂0.1～4份，粘结剂2～25份，载体100～300份，消泡剂0.01～0.05份；

其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比10～15∶1～2，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为25～100∶1。

2.一种高熔点金属液态模锻涂料及其制备和使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，按底层涂料组分的质量比：基料为100份，悬浮剂0.1～4份，粘结剂2～25份，水100～300份，正丁醇0.01～0.05份；

其中，悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比为2～8∶1，粘结剂中水玻璃与六偏磷酸钠的质量比为25～100∶1；

按面层涂料组分的质量比：基料100份，悬浮剂0.1～4份，粘结剂2～25份，水100～300份，正丁醇0.01～0.05份；

其中悬浮剂中钠膨润土与CMC钠盐的质量比10～15∶1～2，粘结剂中磷酸铝和六偏磷酸钠的质量比为25～100∶1；

步骤2，将底层涂料或面层涂料搅拌均匀后，静置3～8小时，待用；

步骤3，将底层涂料喷涂或涂刷在预热至150～350℃的金属模具表面，涂层厚度0.1～0.8mm；待底层涂料干燥后，将面层涂料喷涂或涂刷在底层涂料的表面，涂层厚度0.1～0.8mm；干燥后，浇注金属熔体进行液态模锻或挤压铸造。