CN101642798B - 用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作新方法，属精密铸造领域，是以水基硅酸乙酯-硅溶胶为混合粘结剂，与耐火粉料、固化剂混合配制成混合粘结剂涂料，以该混合粘结剂涂料涂挂于熔模表面形成单层或多层涂层底层，再在该底层上相继涂挂单层水玻璃粘结剂涂料过渡涂层和多层水玻璃粘结剂涂料增强型涂层，从而形成由混合粘结剂涂层底层和水玻璃粘结剂涂层增强型面层组成的精密铸造熔模复合涂层型壳，本发明解决了精密铸造行业中长期存在的复杂内腔、深盲孔、深沟槽部件型壳的制造难点及型壳干燥缓慢、生产周期长、质量低下等问题，全面提高了精密铸件的质量，显著降低了生产成本，并有利环境保护，是对本领域传统技术的一个创造性突破。
Description
技术领域：
本发明用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作方法，属精密铸造技术领域。
技术背景：
目前国内外现有的熔模精密铸造型壳制造工艺主要有三种：①水玻璃涂层熔模型壳精密铸造工艺，②硅酸乙酯涂层熔模型壳精密铸造工艺，③硅溶胶涂层熔模型壳精密铸造工艺，精密铸造中上述三种熔模型壳涂层采用的粘结剂分别为单一的水玻璃、硅酸乙酯、硅溶胶，这三粘结剂在生产应用方面都存在一定的问题：现有硅酸乙酯型壳工艺繁琐，生产成本高；硅溶胶型壳对具有复杂内腔和深盲孔、深沟槽的件实现生产困难，特别是存在着型壳干燥缓慢，生产周期长这一致命的缺点；水玻璃型壳铸件质量低，达不到精密铸件的质量要求。正是这些问题的存在，阻碍了精密铸造生产的发展。开发具有很好工艺性能的粘结剂成为熔模精密铸造业急待解决的关键问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作方法，解决长期以来精密铸造行业熔模涂层型壳制作存在的产品精密度低、生产周期长，产品质量差的问题，以便全面提升精密铸件的产品质量，提高生产效率，降低生产成本，推动熔模精密铸造生产技术进步和发展。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一、本发明用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作方法，是以水基硅酸乙酯-硅溶胶为混合粘结剂，与耐火粉料、固化剂混合配制成混合粘结剂涂料，以该混合粘结剂涂料涂挂于熔模表面形成单层或多层涂层底层，再在该底层上涂挂单层或多层水玻璃粘结剂涂料的过渡层涂层，接着涂挂多层水玻璃粘结剂涂料的加固层涂层，从而形成由混合粘结剂涂层形成的精密型壳底层和水玻璃粘结剂涂层形成的增强型面层组成的精密铸造熔模复合涂层型壳，该混合粘结剂涂料按其组份的重量比，水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂∶耐火粉料∶固化剂为1∶1.5-4∶0.1-0.2。
上述的混合粘结剂涂料，其耐火粉料为纯净320目的硅石粉、锆英粉或刚玉粉；固化剂为氧化镁。
上述的混合粘结剂涂料，其水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂的组份及按体积百分数的配比如下：
其中所说的水基硅酸乙酯粘结剂，是以耐火粉料为分散媒，按耐火粉料∶硅酸乙酯为4∶1的重量比，按硅酸乙酯∶盐酸酸化水为1∶0.08-0.15的体积比，连续搅拌下，先水解制备基础量的水基硅酸乙酯母液，再按硅酸乙酯∶水为1∶0.08-0.15的体积比，在连续搅拌下，向母液中继续添加硅酸乙酯和水，水解制备水基硅酸乙酯粘结剂，其中制备母液的盐酸酸化水是按体积比盐酸∶水为1∶1的盐酸水溶液。
上述的水玻璃粘结剂涂料，其组份按重量比，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂之比例为1∶1.1-1.6，消泡剂为水玻璃粘结剂涂料重量的0.4-0.5％，当其用作过渡层时，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂重量比为1∶1.1-1.2；当其用作加固层时，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂重量比为1∶1.4-1.6。
二、实施本发明用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作新方法的工艺步骤如下：
(一)配制水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料：
1)制取基础量的水基硅酸乙酯粘结剂母液
取少量(50～1000ml)硅酸乙酯原液，按耐火粉料∶硅酸乙酯为4∶1的比例取耐火粉料分散媒，另取1∶1的盐酸酸化水，按硅酸乙酯∶盐酸酸化水为1∶0.08-0.15体积比，在连续搅混拌条件下，制取水基硅酸乙酯粘结剂母液；
2)制取水基硅酸乙酯粘结剂
向按上述步骤1)新鲜制取的水基硅酸乙酯母液中，按本发明前述规定比例，添加硅酸乙酯和水，连续搅拌，制取需要数量的水基硅酸乙酯水性粘结剂；
3)制备水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂
取用按以上步骤2)制取的水基硅酸乙酯粘结剂，按本发明前述规定比例，立即加入硅溶胶、水份蒸发活性剂无水酒精，水和微量盐酸，搅拌均匀，制备成水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂，备用期限5-10天；
4)配制水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料
取用按以上步骤3)制取的水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂，
根据本发明前述规定组份和比例，向水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂中加入耐火粉料和固化剂，搅拌均匀，配制成该混合粘结剂涂料。
(二)配制水玻璃涂料
按常规工艺配制水玻璃涂料，采用铝钒土熟料配料，添加水玻璃粘结剂和消泡剂，搅拌下制备水玻璃涂料。
(三)制作复合型壳
按常规制壳工艺，制作复合型壳，开始在蜡模组上涂挂上述水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料，撒上砂子，安放在模组架上自然风干，如此重复多次，即形成多层混合粘结剂涂料涂层底层；接着涂挂水玻璃涂料，撒上砂子，安放在模组架上自然风干短暂时间，送进硬化槽化学硬化，再风干短暂时间，形成水玻璃涂料过渡涂层，再如此重复多次，直至满足增强型壳涂层层数要求。
复合型壳制造完成后，按常规工艺，经脱蜡、焙烧，最后浇注铸件。
本发明方法采用水基硅酸乙酯-硅溶胶配制的混合粘结剂涂料制作型壳，具有突出的技术进步性：克服了水玻璃型壳铸件质量低，达不到精密铸件的质量要求问题，而本发明混合粘结剂型壳高温强度好而变形量小，可生产表面粗糙度为Ra 3.2～12.5μm的铸件，尺寸精度高，一般可达到CT5～7，耐火度高、高温性能稳定，这都利于精铸件质量提高，制壳省去了化学硬化过程，避免了氨气排放，减少了污染环境；与硅酸乙酯熔模精密铸造型壳相比由于本发明制作复合型壳其硅酸乙酯的用量仅为现有技术熔模精密铸造型壳硅酸乙酯用量的40-45％，仅就硅酸乙酯用量其原料成本降低50％以上，硅酸乙酯型壳工艺繁琐，干燥时间、干燥速度不易控制，而本发明的混合粘结剂涂料备用期限5-10天，干燥时间、干燥速度可根据混合粘结剂配制比例范围及固化剂取量按要求控制，有效避免了生产应用方面存在的这一技术难题；与硅溶胶涂层熔模精密型壳相比解决了复杂内腔和深盲孔、深沟槽部件的生产难点，特别是存在着型壳干燥缓慢，生产周期长不利于大批量生产这一致命的缺点，不仅提高了精密铸件的质量，而且显著降低了生产成本，有利环境保护，对本领域的长期沿袭的传统技术是一个创造性突破。
具体实施方式：
现以下列具体实施例说明本发明是如何实施的：
例1、制作熔模精密铸造浇注青铜工艺品复合涂层型壳。
(一)配制水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料
1)制取水基硅酸乙酯粘结剂母液
取50ml硅酸乙酯，用200g的320目硅石粉耐火粉料作分散煤，在搅拌下，加入由2ml盐酸和2ml水配制的4ml的1∶1盐酸水溶液，加快混拌，瞬时混合料变干，接着又变稀并伴随发热，很快又变成具有粘性浆料，此时硅酸乙酯已充分水解，制成水基硅酸乙酯粘结剂母液。
2)制取水基硅酸乙酯粘结剂：
取硅酸乙酯1000ml、水100ml，先将大部分硅酸乙酯加入至上述母液中搅拌均匀，后加入水搅拌均匀，直至水加完，最后将余下的硅酸乙酯一次性倒入搅拌均匀即制得水基硅酸乙酯粘结剂。
3)制备水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂
取如上述步骤2)制备的1154ml水基硅酸乙酯粘结剂，按下列重量百分比：
立即加入硅溶胶3000ml、无水酒精323ml、水138ml、盐酸1.38ml、搅拌均匀，即制备成了水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂。
4)配制水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料
取水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂1000g，按混合粘结剂∶耐火粉料∶固化剂为1∶1.6∶0.2的重量比，加入耐火粉料320目硅石粉1600g，固化剂氧化镁0.2g，搅拌均匀，配制而成。
(二)配制水玻璃涂料
按常规工艺，采用铝钒土熟料配制水玻璃涂料
用作过渡涂层，按重量比，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂为1∶1.1，并添加占涂料重量0.4％的消泡剂，搅拌均匀，配制而成。
用作加固涂层，按重量比，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂为1∶1.4，并添加占涂料重量0.4％的消泡剂，搅拌均匀，配制而成。
(三)制作复合型壳
按常规制壳工艺，制作复合型壳，开始在蜡模组上涂挂上述水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料，撒上砂子(50-100目硅石砂)，安放在模组架上自然风干1.5-2小时，形成混合粘结剂涂料底层；接着涂挂水玻璃过渡层涂料，撒上砂子(16-30目莫来石砂)，安放在模组架上自然风干短暂时间，送进硬化槽化学硬化8-12分钟，再风干0.5-1小时；接着涂挂水玻璃加固层涂料，撒上砂子(20目莫来石砂)，安放在模组架上自然风干短暂时间，送进硬化槽化学硬化8-12分钟，再风干0.5-1小时；如此重复5次复合型壳制作完成。
(四)复合型壳制造完成后，按常规工艺，经脱蜡、焙烧，最后浇注铸件。
例2、制作精密铸造浇注低合金钢熔模复合涂层型壳
(一)制取水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料
1)制取水基硅酸乙酯母液
同例1。
2)制取水基硅酸乙酯粘结剂
同例1。
3)制取水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂
取如上述步骤2)制备的1154ml水基硅酸乙酯粘结剂，按下列重量百分比：
立即加入硅溶胶2308ml、无水酒精269ml、水115ml、盐酸1.92ml、搅拌均匀，即制备成了水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂。
4)配制水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料
取水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂1000g，按混合粘结剂∶耐火粉料∶固化剂为1∶3.5∶0.2的重量比，加入耐火粉料320目锆英粉3500g，固化剂氧化镁0.2g，搅拌均匀，配制而成。
(二)配制水玻璃涂料
按常规工艺，采用铝钒土熟料配制水玻璃涂料
用作过渡涂层，按重量比，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂为1∶1.2，并添加占涂料重量0.4％的消泡剂，搅拌均匀，配制而成。
用作加固涂层，按重量比，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂为1∶1.5，并添加占涂料重量0.4％的消泡剂，搅拌均匀，配制而成。
(三)制造复合型壳
按常规制壳工艺，制作复合型壳，开始在蜡模组上涂挂上水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料，撒上砂子，安放在模组架上自然风干1.5-2小时，如此重复三次，第一层撒100-120目锆英砂，第二层撒30-60目莫来石砂；第三层撒16-30目莫来石砂；形成由三层混合粘结剂涂层组成的底层；接着涂挂水玻璃过渡层涂料，撒上16-30目莫来石砂子，安放在模组架上自然风干短暂时间，送进硬化槽化学硬化8-12分钟，再风干0.5-1小时；接着涂挂水玻璃加固层涂料，撒上20目莫来石砂子，安放在模组架上自然风干短暂时间，送进硬化槽化学硬化8-12分钟，再风干0.5-1小时；如此重复4次复合型壳制作完成。
(四)复合型壳制造完成后，按常规工艺，经脱蜡、焙烧，最后浇注铸件。
例3、制作精密铸造浇注不锈钢熔模复合涂层型壳
(一)制取水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料
1)制取水基硅酸乙酯母液
同例1。
2)制取水基硅酸乙酯粘结剂
同例1。
3)制取水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂
取如上述步骤2)制备的1154ml水基硅酸乙酯粘结剂，按下列重量百分比：
立即加入硅溶胶1813ml、无水酒精230ml、水99ml、盐酸0.99ml、搅拌均匀，即制备成水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂。
4)配制水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料
取水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂1000g，按混合粘结剂∶耐火粉料∶固化剂为1∶2.3∶0.1的重量比，加入耐火粉料320目刚玉粉2300g，固化剂氧化镁0.1g，搅拌均匀，配制而成。
(二)配制水玻璃涂料
按常规工艺，采用铝钒土熟料配制水玻璃涂料
用作过渡涂层，按重量比，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂为1∶1.2，并添加占涂料重量0.4％的消泡剂，搅拌均匀，配制而成。
用作加固涂层，按重量比，铝钒土熟料∶水玻璃粘结剂为1∶1.6，并添加占涂料重量0.4％的消泡剂，搅拌均匀，配制而成。
(三)制造复合型壳
按常规制壳工艺，制作复合型壳，开始在蜡模组上涂挂上述水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料，撒上砂子，安放在模组架上自然风干1.5-2小时，如此重复三次，其中第一层撒50-100目刚玉砂，第二层撒30-50目刚玉砂，第三层撒20-40目刚玉砂，形成由三层混合粘结剂涂层组成的底层；接着涂挂水玻璃过渡层涂料，撒上16-30目莫来石砂子，安放在模组架上自然风干短暂时间，送进硬化槽化学硬化8-12分钟，再风干0.5-1小时；接着涂挂水玻璃加固层涂料，撒上20目莫来石砂子，安放在模组架上自然风干短暂时间，送进硬化槽化学硬化8-12分钟，再风干0.5-1小时，如此重复4次，复合型壳制作完成。
(四)复合型壳制造完成后，按常规工艺，经脱蜡、焙烧，最后浇注铸件。
本发明工艺应用：
本发明混合粘结剂-水玻璃复合型壳方法及工艺，已在生产中实施应用，例如在汽轮机叶片、青铜工艺品、精密模具铸造等方面得到切实应用，不仅取得显著的技术效果，而且取得了良好的社会效应。例如按本发明方法实施完成的首套844件青铜铸造的项目产品“钟、磬、铃”，在2008年奥运会时，在北京奥林匹克公园中心区中国传统元素七个景观中，成为最具中国特色、最能体现人文奥运的景观之一。
Claims (3)
1.一种用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作方法，是以水基硅酸乙酯-硅溶胶为混合粘结剂，与耐火粉料、固化剂混合配制成混合粘结剂涂料，以该混合粘结剂涂料涂挂于熔模表面形成单层或多层涂层底层，再在该底层上涂挂单层或多层水玻璃粘结剂涂料的涂层面层，从而形成由混合粘结剂涂层形成的精密型壳底层和水玻璃粘结剂涂层形成的增强型面层组成的精密铸造熔模复合涂层型壳，该混合粘结剂涂料按其组份的重量比，水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂∶耐火粉料∶固化剂为1∶1.5-4∶0.1-0.2；该混合粘结剂涂料之水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂的组份及按体积百分数的配比如下：
2.根据权利要求1的一种用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作方法，其特征在于水基硅酸乙酯粘结剂，是以耐火粉料为分散媒，按耐火粉料∶硅酸乙酯为4∶1的重量比，按硅酸乙酯∶盐酸酸化水为1∶0.08-0.15的体积比，在连续搅拌下，先水解制备基础量的水基硅酸乙酯粘结剂母液，再按硅酸乙酯∶水为1∶0.08-0.15的体积比，在连续搅拌下，向母液中继续添加硅酸乙酯和水，水解制备水基硅酸乙酯粘结剂，其中制备母液的盐酸酸化水是按体积比盐酸∶水为1∶1的盐酸水溶液。
3.根据权利要求1的一种用于精密铸造熔模的复合涂层型壳制作方法，其实施步骤是：
(一)配制水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料：
1)制取基础量的水基硅酸乙酯母液
取50～1000ml硅酸乙酯原液，以耐火粉料作分散媒，添加盐酸酸化水溶液，在连续搅混拌条件下，制取水基硅酸乙酯母液，
2)制取水基硅酸乙酯粘结剂
向按上述步骤1)新鲜制取的水基硅酸乙酯母液中，按规定比例，添加硅酸乙酯和盐酸酸化水溶液，连续搅拌，制取需要数量的水基硅酸乙酯粘结剂，
3)制备水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂
取用按以上步骤2)制取的水基硅酸乙酯粘结剂，按规定比例，立即加入硅溶胶、水份蒸发活性剂无水酒精，水和微量盐酸，搅拌均匀，制备成水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂，
4)配制水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料
取用按以上步骤3)制取的水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂，
按水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂∶耐火粉料∶固化剂为1∶1.5-4∶0.1-0.2比例，向水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂中，加入耐火粉料和固化剂，搅拌均匀，配制成该混合粘结剂涂料；
(二)配制水玻璃涂料
按常规工艺配制水玻璃涂料，采用铝钒土熟料配料，加水玻璃粘结剂和添加消泡剂，搅拌下制备为水玻璃涂料；
(三)制作复合型壳
按常规制壳工艺，在蜡模组上涂挂上述水基硅酸乙酯-硅溶胶混合粘结剂涂料，撒上沙子，安放在模组架上自然风干，如此可重复多次，按需要形成单层或多层混合粘结剂涂料涂层底层；接着涂挂水玻璃涂料，撒上沙子，安放在模组架上自然风干短暂时间，送进硬化槽化学硬化，再风干短暂时间，形成水玻璃涂料过渡涂层，再如此重复多次，直至满足加强型壳涂层层数要求。
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