CN102049464B - 实型铸造专用涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实型铸造专用涂料及其制备方法。该涂料中各组分的质量百分比为：高铝矾土孰料30～40％，鳞片状石墨粉20～30％，粘结剂6.3～8.5％，氧化铁红粉1～2％，悬浮剂4～6％，减水剂0.8～1.5％，水20～30％。其制备方法为：首先按实型铸造专用涂料组分的质量比例配料并装入球磨机内；然后在球磨机内加入直径30～50mm的陶瓷球50～80个，混合搅拌均匀即得本涂料。实践证明，该涂料在高温、低温环境下均具有强耐磨性、高附着性、优良的透气性和快干性，而且该涂料能够满足大型铸件生产要求，本发明的制备方法工艺简单，成本低廉。

Description

实型铸造专用涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于实型铸造技术领域，具体的指一种实型铸造专用涂料及其制备方法。

背景技术

实型铸造技术是采用聚苯乙烯泡沫塑料制作模样，涂刷涂料烘干后，用自硬树脂砂工艺造型、浇注铸件的一种铸造方法。在自硬树脂砂实型铸造工艺中，涂料是一项关键技术，与普通涂料相比，实型铸造用涂料在造型时要承受树脂砂的机械冲击、浇注时要承受金属液的冲刷以及模样气化燃烧所产生气体的压力作用。

现有技术中，专利号为03134231.0的中国专利公开了一种负压实型铸造用涂料，其骨干材料为320目锆英粉或320目铝矾土或320目石墨；粘结剂为磷酸钠或水玻璃或聚乙烯醇缩甲醛及其结合；溶剂为水或乙醇；湿润剂为丙酮；发泡剂为烷基磺酸钠；涂料质量配比为：骨干材料70～80％，粘结剂4～8％，湿润剂0.8～1.2％，发泡剂：1.4～2.0％，其余为溶剂。该涂料具有与泡沫塑料湿润性好，附着力强，高温强度高及透气性好等特点。专利号为02100867.1的中国专利公开了一种水基消失模铸造专用涂料，它由700～850份高铝矾土，150～300份硅藻土，20～30份硼润土，0.5～2.0份工业碳酸钠，5～15份纤维素钠，30～40份白乳胶，10～20份硫酸铝，20～30份氧化铁，20～30份淀粉，0.1～0.2份洗衣粉和700～800份水组成，该涂料具有浸润性好，涂刷性好，能变特性及流淌性好，涂层均匀，透气性好，强度高，耐火性好，耐磨性好，脱壳性好的优点及效果。但是，这两项专利技术适用工艺范围是负压实型铸造，其涂料的耐高温性能较差，只能适合高温处理时间较短的小零件(200kg以内)生产，对于大型铸件(20吨以内)和小批量手工作业的生产则不能适应。专利号为200510071854.X的中国专利公开的一种实型铸造涂料，该涂料由水溶剂和固形物按照水∶固形物为0.8～1∶1的质量比混合而成；其中固形物是土状石墨、鳞片石墨、粘土、聚乙酸乙烯脂乳液按照25∶5∶4.5∶6的质量比组成。该涂料具有耐高温的性能能适用于大型铸件的生产工艺，但其制造成本偏高，而且不能适用于手工涂刷，该涂料为黑色，易造成工作环境黑色污染的形象。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种在高温、低温环境下均具有强耐磨性、高附着性、优良的透气性和快干性的实型铸造专用涂料，使其能够满足大型铸件生产要求。

为了实现上述目的，本发明的实型铸造专用涂料中各组分的质量百分比为：高铝矾土熟料30～40％，鳞片状石墨粉20～30％，粘结剂6.3～8.5％，氧化铁红粉1～2％，悬浮剂4～6％，减水剂0.8～1.5％，水20～30％。

优选地，所述粘结剂由常温粘结剂和高温粘结剂组成，其中所述常温粘结剂与所述高温粘结剂的质量比为1∶1～2。

进一步地，所述常温粘结剂为：建筑乳液、白乳胶或水溶性树脂中的一种；所述高温粘结剂为：质量比为6～7∶1的硅溶胶与六偏磷酸钠的组合物，或者是质量比为8～9∶1的水玻璃与硫酸铝的组合物。

再进一步地，所述悬浮剂为膨润土粉与质量分数为2％的羟甲基纤维素钠水溶液的组合物，其中，膨润土粉与羟甲基纤维素钠水溶液之间的质量比为1∶2～3。

还进一步地，所述减水剂为：亚甲基双荼磺酸钠或聚羧酸系继木钙。

更进一步地，所述高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％、250目筛上余量15～25％；所述鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量70～80％。

本发明另一目的是提供一种工艺简单、成本低廉的实型铸造专用涂料制备方法，该制备方法包括以下步骤：

首先按实型铸造专用涂料组分的质量比将配料装入球磨机；

然后在球磨机内加入直径30～50mm的陶瓷球50～80个，混合搅拌均匀即得实型铸造专用涂料。

本发明各组分的选择及质量分数控制原理如下：

本发明选择高铝矾土熟料和鳞片状石墨粉为主料，高铝矾土熟料是较好的高温耐火材料，但因为高铝矾土熟料的熔点在1700℃，相对于钢铁等金属材料的熔点其耐火度偏低，如高铝矾土熟料含量过高会使得所配制的涂料耐高温性能较差。涂料中加入一定比例的熔点为3000℃的鳞片状石墨后，能有效地提高了涂料的耐高温性能。本发明的基料中选择高铝矾土熟料质量百分比为30～40％与鳞片状石墨粉的质量百分比为20～30％相组合，使得到的涂料产品具有优良的热学性能和力学性能。配料时，涂料用高铝矾土熟料可选用Al₂O₃含量80～85％的铝矾土，鳞片状石墨可选用C含量85％以上石墨，相比采用莫来石、棕刚玉等做为基料成本价格能降低30～50％。

本发明中的粘结剂由常温粘结剂和高温粘结剂组成，这些粘结剂能使涂料的颗粒粘接成在常温和高温环境均具有较高强度的涂料层。其中，选择的常温粘结剂有利于增强耐受涂刷涂料的铸型在常温的耐受力，防止在搬运时由于意外轻微磕碰导致涂层损坏，保证了涂料层常温下的强度满足造型填砂的高强度要求；选择部分高温粘结剂可以保障涂料高温条件下的粘结性能，使其在高温浇注过程中能经受高温铁水浇注时的冲刷，实现涂层保持完整性、无裂纹，从而达到铸件表面的光洁。即本发明的涂料中通过配置的高、低温粘结剂和双组分的耐火材料，有利于涂料高温强度，满足了大型铸件需经受长时间高温铁水(＞1400℃)的侵蚀及常温强度下造型填砂的高强度(防止模型变形)要求。本发明中所述常温粘结剂选用建筑乳液、白乳胶或水溶性树脂中的一种，所述高温粘结剂选用硅溶胶与六偏磷酸钠组合物，或者是水玻璃与硫酸铝的组合物，而且在配料时控制所述常温粘结剂与所述高温粘结剂的质量比为1∶1～2，能更好的保证耐受涂层经受起实型铸造工艺操作过程中常温到高温的剧热变化。

氧化铁红能在高温下转化为FeO析出氧，氧又促使更多的铁被氧化(Fe₂O₃←→2FeO+[O]、Fe+[O]←→FeO)，FeO能使砂粒间较早出现Fe₂SiO₄液相，并使Fe₂SiO₄接近共晶成分易过冷形成玻璃体获得易剥离涂层，提高涂料的抗粘砂性能。同时，氧化铁红还对涂料起到调色的作用，本发明的涂料颜色为浅灰红色，与传统黑色和灰色涂料相比，工作环境大为改观，改变了铸造环境黑色污染形象。

悬浮剂具有防止高比重的耐火材料在涂料中分层沉淀的功能，使涂料具有好的涂敷性、流平性、触变性等性能，从而实现了涂料较好的触变悬浮效果。本发明选用膨润土粉与质量分数为2％的羟甲基纤维素钠(CMC)水溶液的组合物，并且其中膨润土粉与CMC水溶液质量比为1∶2～3，能使涂料具有很好的悬浮性能。

减水剂(也称分散剂)具有使涂料颗粒分散，改善涂料与泡沫塑料模型的亲和性，降低用水量，从而提高涂料密度和使涂层快速干燥。本发明选用的减水剂为亚甲基双荼磺酸钠(NNO)或聚羧酸系继木钙中的一种即能与涂料中其他组分综合作用，提高涂料的涂刷性。

所选的高铝矾土熟料的粒度级配为200目筛上余量5～10％、250目筛上余量15～25％，鳞片状石墨粉的粒度级配为200目筛上余量70～80％的适当粒度级配，有利于涂料颗粒排列适当，既满足涂料抗裂性又能有效的改善涂料透气性，使气相产物能顺利渗透通过，减小金属充填阻力。同时，通过对涂料双组分骨料材料细度的严格调控，形成高抗裂性和透气性涂层，满足了实型铸造对涂料高透气性的特殊要求。

涂料中总水分控制在30％以内，与其他涂料相比降低10％以上，不仅保障了涂料优良的润湿性，还使涂层在＜60℃低温烘干或空气中自然干燥条件下(泡沫塑料模型变形温度)达到快速烘干的目的，涂料具有优良的快干性。

本发明涂料的制备方法采用陶瓷行业通用球磨机用于铸造涂料的生产，在球磨机内加入直径30～50mm的陶瓷球50～80个，从而通过不同直径的瓷球匹配在混合过程中的相互碰撞和摩擦，促使涂料组分的均匀分布和熟化。

本发明的实型铸造专用涂料通过选用高铝矾土熟料和鳞片状石墨粉为骨料，充分利用石墨粉耐火度高(＞3000℃)和铝矾土耐火度适度(＞1700℃)的特性合理配置，既达到高的抗粘砂能力、提高模样的刚度和耐高温性能，又尽量降低成本。经过骨料及各种添加剂的优化调配，形成强流变性流体，与泡沫塑料模型润湿性及涂刷性均达到较好状态。实践证明，该涂料经过2遍涂刷就可达到1.5mm以上涂料厚度，能满足大型铸件的抗粘砂要求及搬运需要。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实型涂料及其制备方法进一步详细说明。

实施例1

实型铸造专用涂料各组分的质量百分含量为：高铝矾土熟料35％，鳞片状石墨粉25％，建筑乳液2.8％，硅溶胶3％，六偏磷酸钠0.5％，氧化铁红粉2％，膨润土粉与质量分数为2％的CMC水溶液的组合物6％，亚甲基双萘磺酸钠0.8％，水24.9％。

其中，膨润土粉与CM C的水溶液质量比为1∶3；高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％、250目筛上余量15～20％；鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量80％。

实施例2

实型铸造专用涂料各组分的质量百分含量为：高铝矾土熟料30％，鳞片状石墨粉30％，白乳胶2.7％，水玻璃4.5％，硫酸铝0.5％，氧化铁红粉1％，膨润土粉与质量分数为2％的CM C水溶液的组合物5％，聚羧酸系继木钙1.3％，水25％。

其中，膨润土与CMC的水溶液质量比为1∶2；高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％、250目筛上余量20-25％；鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量70％。

实施例3

实型铸造专用涂料各组分的质量百分含量为：高铝矾土熟料40％，鳞片状石墨粉20％，水溶性树脂3.2％，硅溶胶3.0％，六偏磷酸钠0.5％，氧化铁红粉2％，膨润土粉与质量分数为2％的CMC水溶液的组合物6％，亚甲基双萘磺酸钠1.3％，水24％。

其中，膨润土粉与CMC的水溶液质量比为1∶2.5；高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％、250目筛上余量15～20％；鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量75％。

实施例4

实型铸造专用涂料各组分的质量百分含量为：高铝矾土熟料35％，鳞片状石墨粉20％，建筑乳液3％，水玻璃4％，硫酸铝0.5％，氧化铁红粉2％，膨润土粉与质量分数为2％的CMC水溶液的组合物4％，亚甲基双萘磺酸钠1.5％，水30％。

其中，膨润土粉与CM C的水溶液质量比为1∶3；高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％、250目筛上余量15～20％；鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量70％。

实施例5

实型铸造专用涂料各组分的质量百分含量为：高铝矾土熟料35％，鳞片状石墨粉25％，建筑乳液3％，硅溶胶3％，六偏磷酸钠0.5％，氧化铁红粉2％，膨润土粉与质量分数为2％的CMC水溶液的组合物6％，聚羧酸系继木钙1％，水24.5％。

其中，膨润土粉与CMC的水溶液质量比为1∶2；高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％、250目筛上余量20～25％；鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量80％。

实施例6

实型铸造专用涂料各组分的质量百分含量为：高铝矾土熟料38％，鳞片状石墨粉22％，建筑乳液3.5％，硅溶胶3.5％，六偏磷酸钠0.5％，氧化铁红粉1.5％，膨润土粉与质量分数为2％的CMC水溶液的组合物6％，亚甲基双萘磺酸钠1％，水24％。

其中，膨润土粉与CMC的水溶液质量比为1∶2；高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％、250目筛上余量15～20％；鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量76％。

实施例7

实型铸造专用涂料各组分的质量百分含量为：高铝矾土熟料35％，鳞片状石墨粉25％，建筑乳液3％，水玻璃4.5％，硫酸铝0.5％，氧化铁红粉2％，膨润土粉与质量分数为2％的CMC水溶液的组合物4％，聚羧酸系继木钙1％，水25％。

其中，膨润土粉与CMC的水溶液质量比为1∶2；高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％、250目筛上余量20～25％；鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量80％。

上述各实施例该涂料的制备方法，步骤如下：

首先按上述组分的质量比例配料，将成分、含量、粒度等符合技术要求的各种粉料装入球磨机内，再注入水；

然后在球磨机内加入直径30～50mm的陶瓷球50～80个，混合搅拌均匀即得本涂料。

将上述七个实施例制备的实型铸造专用涂料分别进行涂层耐磨强度、涂层透气性、悬浮性、烘干抗裂性、涂刷性、密度和固体物含量等性能进行测试，并选择现有市售的一种实型铸造用涂料作为对比涂料，按行业常规检测方式进行检测，测试方式如表1所示：

表1：

测试结果如表2所示：

表2：

表2结果显示，本发明的实型铸造专用涂料涂层耐磨强度均在0.90g以下、涂层透气性在520～550×10^-3范围、悬浮性在98％以上、烘干抗裂性检测时模型边角涂层较厚部位无裂纹、涂刷性值超过5.2，密度和固体物含量均在对比涂料之上，即本发明涂料的各项性能均优与对比涂料。

Claims (10)

1.一种实型铸造专用涂料，其特征在于：该涂料中各组分的质量百分比为：高铝矾土熟料30～40％，鳞片状石墨粉20～30％，粘结剂6.3～8.5％，氧化铁红粉1～2％，悬浮剂4～6％，减水剂0.8～1.5％，水20～30％。

2.根据权利要求1所述的实型铸造专用涂料，其特征在于：所述粘结剂由常温粘结剂和高温粘结剂组成，其中所述常温粘结剂与所述高温粘结剂的质量比为1∶1～2。

3.根据权利要求2所述的实型铸造专用涂料，其特征在于：所述常温粘结剂为：建筑乳液、白乳胶或水溶性树脂中的一种。

4.根据权利要求2所述的实型铸造专用涂料，其特征在于：所述高温粘结剂为：质量比为6～7∶1的硅溶胶与六偏磷酸钠的组合物，或者是质量比为8～9∶1的水玻璃与硫酸铝的组合物。

5.根据权利要求1所述的实型铸造专用涂料，其特征在于：所述悬浮剂为膨润土粉与质量分数为2％的羟甲基纤维素钠水溶液的组合物，其中，膨润土粉与羟甲基纤维素钠水溶液之间的质量比为1∶2～3。

6.根据权利要求1所述的实型铸造专用涂料，其特征在于：所述减水剂为：亚甲基双荼磺酸钠或聚羧酸系继木钙。

7.根据权利要求1～6所述任一种实型铸造专用涂料，其特征在于：所述高铝矾土熟料的粒度级配为：200目筛上余量5～10％和250目筛上余量15～25％。

8.根据权利要求1～6所述任一种实型铸造专用涂料，其特征在于：所述鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量70～80％。

9.根据权利要求7所述的实型铸造专用涂料，其特征在于：所述鳞片状石墨粉的粒度级配为：200目筛上余量70～80％。

10.一种权利要求1所述实型铸造专用涂料的制备方法，包括以下步骤：

首先按实型铸造专用涂料组分的质量比例配料并装入球磨机内；

然后在球磨机内加入直径30～50mm的陶瓷球50～80个，混合搅拌均匀即得本涂料。