CN102825211A

CN102825211A - 一种非占位涂料及其应用

Info

Publication number: CN102825211A
Application number: CN2012103481752A
Authority: CN
Inventors: 杨晶; 张文达; 徐宏; 党惊知
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明一种非占位涂料及其应用属于铝合金铸造技术领域；所要解决的技术问题是提供一种具有良好悬浮性、渗透性好，转移的涂层强度较高，与砂型之间的结合牢固，在烘干和浇注过程中不开裂的低成本非占位涂料及其在铸造中的应用；所采用的技术方案为锆英粉80-90份、滑石粉10-20份、硅溶胶20-40份、膨润土2-4份、水8-15份、水基消泡剂0.1-0.6份、吐温800.1-0.55份；本发明广泛应用于铝合金铸造领域。

Description

一种非占位涂料及其应用

技术领域

本发明一种非占位涂料及其应用属于铝合金铸造技术领域。

背景技术

非占位涂料又称转移涂料,其工作原理是将涂料直接喷涂到芯盒或模样表面,然后填砂、紧实,涂料层和型(芯)砂在芯盒的约束下同时固化,起模时涂料能从芯盒或模样表面转移到砂型(芯)表面,从而制得带有涂料的精密砂型(芯) 。由于这种工艺方法所形成的涂层不占据型腔的有效位置,故称为非占位涂料法,亦称转移涂料法。采用这种方法不会影响型(芯)的尺寸精度,涂层可完美地复制出模样或芯盒的表面,不存在刷痕、流淌、堆积等涂料表面缺陷,能获得精密光洁的铸件,可与熔模铸造相媲美。树脂自硬砂型(芯)非占位涂料对提高我国汽车、拖拉机、柴油机的缸体、缸盖等重要铸件的内腔表面质量及尺寸精度有非常重要的意义。

非占位涂料技术最早是出现在20世纪70年代,是日本小松制作所提出的小松(Komatsu)—山西(Yamanishi)法,简称K-Y法。该法的工艺过程为,首先在喷涂有分型剂并已预热的金属芯盒上涂敷粉状涂料,然后加入树脂覆膜砂,加热固化后由顶杆将壳型顶出。在壳型上,涂料已由芯盒内表面转移到树脂覆膜砂壳型表面形成了光洁的铸型表面。此法采用的粉状涂料和所能制造的型(芯)形状都受限制,所以难以推广。

国内转移涂料工艺研究起始于二十世纪90年代，并取得了不少成绩，主要应用于模具和艺术铸件制作。至今，尚未见到形成生产线的报道，尚处于实验研究阶段。

袁寿民等研究了加热硬化转移涂料工艺，采用了乳白胶为粘洁剂的水基石墨涂料和呋喃I型热固性树脂砂，提出了转移涂料的配比以及树脂的加入量及原砂粒度对涂层一芯砂结合强度的影响，并用转移涂料浇注了DZZ-0.1液压阀体的ZLl02铝合金芯盒。芯盒的原加工工时为132h，改用转移涂料工艺后只需23 h，该法可以做到当天精铸出来，当天组合成芯盒投入使用。但是，由于该法在涂料中加入质量分数为20％～40％的白乳胶，在芯砂中加入质量分数为4％～6％的树脂，有机黏土的加入量也比较高，所以发气量高达60～100ml/g，铸件易出气孔缺陷。

邱克强等研究了粘土砂气冲造型的转移涂料，指出为了减小水分迁移对型砂强度的削弱，一方面要控制喷涂到模样表面涂料中的水分含量及涂层厚度；另一方面应控制型砂中糊精加入量和型砂紧实度。孟力凯经研究指出，消除溶剂迁移不利影响的途径，是在涂料中加入促凝剂，形成网状凝胶，将大部分甚至全部溶剂包围住。例如，在磷酸盐自硬涂料中加入三乙醇胺，促使与砂型接触的涂料胶凝硬化，获取接近于型砂紧实后的强度，从而实现涂料转移。

周起玉等采用水玻璃覆膜砂，经微波加热硬化涂料及砂芯，实现了涂料完整转移，获得的铸铝件，尺寸精度高，可与熔模精铸件媲美。但由于加热硬化，必需利用微波炉和采用透微波材料(如合成树脂)来制作模具，投资和生产成本高。李焕臣等开展了水玻璃砂型上转移自硬磷酸盐涂料的研究，在涂有钙基润滑脂作脱模剂的芯盒内表面上喷上涂料，填入水玻璃砂，吹C0₂硬化，20～30分钟后取出砂芯。而宋会宗等采用贴附一层3mm左右硅橡胶作脱模剂，明显地降低了涂料对模具表面的粘着强度。为了克服溶剂迁移层的危害，上海交通大学创建了液固相变精密铸造法，该工艺是先在芯盒表面喷封闭剂(脱模剂)，依次喷上涂料固化剂和涂料，涂料在固化剂作用下固化，再填砂并紧实。然后，将芯盒置入反应固化器中，抽真空至0.1Mpa，保持5～20分钟，使涂料中溶剂挥发，接着通入固化反应催化气体，使砂芯充分固化。再取出带有涂料的砂芯置入烘炉中，在200℃烘干3～4小时。该法虽能获得质量良好的精密砂芯，但工序多，需真空装置及专用固化器等，投资大、生产成本高。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种具有良好悬浮性、渗透性好，转移的涂层强度较高，与砂型之间的结合牢固，在烘干和浇注过程中不开裂的低成本非占位涂料及其在铸造中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种非占位涂料所用原料按照以下重量份配比：

锆英粉 80-90份、滑石粉 10-20份、硅溶胶 20-40份、膨润土 2-4份、水 8-15份、水基消泡剂 0.1-0.6份、吐温80 0.1-0.55份。

所述水基消泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

一种非占位涂料的应用方法按照以下步骤进行：

用脱模剂擦拭型（芯）盒，所述脱模剂由滑石粉和二甲基硅油组成，先用滑石粉将模样擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用二甲基硅油在滑石粉层上再刷一层薄膜，将多余的二甲基硅油擦去即可，接着用所述非占位涂料涂再次涂覆型（芯）盒，然后向芯盒内填充型（芯）砂，待所述型（芯）砂自硬化20-30min后进行烘干，最后脱芯盒即得到成品砂芯。

所述型（芯）砂为PEPSET树脂自硬砂或呋喃树脂自硬砂。

所述非占位涂料涂层的厚度为0.2-0.5mm。

所述烘干工艺条件为温度150±10℃、时间1-1.5h。

本发明非占位涂料由耐火骨料、粘结剂、悬浮剂、载液和添加剂制备而成，所述耐火骨料包括锆英粉、滑石粉，粘结剂为硅溶胶，悬浮剂为膨润土、载液为水，添加剂有水基消泡剂和渗透剂。

其中水基消泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，渗透剂为吐温80，两者均购自兴化市科华铸造材料厂。市售的铸造用水基消泡剂和渗透剂都可用于本发明中。

本发明的非占位涂料制备方法为：将原料按照以下重量份称取：锆英粉 80-90份、滑石粉 10-20份、硅溶胶 20-40份、膨润土 2-4份、水 8-15份、水基消泡剂 0.1-0.6份、渗透剂 0.1-0.55份；

将锆英粉、滑石粉、膨润土混合均匀，在一次加入硅溶胶和水，最后加入水基消泡剂和渗透剂再次混合均匀即得到非占位涂料。

涂料组分对涂料性能影响最主要的是粘结剂的影响，硅溶胶加入量太多，涂层固化后易产生细微开裂；太少，涂层与型砂结合强度低，涂层难以实现完整转移。涂料的悬浮性随密度的增加而增大；膨润土加入量增加，悬浮性增大，但膨润土加入量过多时有开裂现象，因此，膨润土加入量应控制在较低的水平。

非占位涂料的附着能力是影响涂层能否顺利转移的关键指标。影响涂模结合强度的主要因素有：模样材质与表面光洁程度以及脱模剂等。模样的表面粗糙度对涂料附着强度的影响是随着表面粗糙程度的增加，涂料与模样间的附着强度增大。金属模样表面质量高，再配合使用脱模剂能有效地降低涂模结合强度。

模样选择：采用金属芯盒，金属芯盒既可以保证模样的强度和刚度，又可保证尺寸精度和表面光洁度，较高的尺寸精度和表面光洁度有助于降低起模时的阻力。

涂覆脱模剂：芯盒表面涂刷或喷涂脱模剂。用脱模剂擦拭（型）芯盒，脱模剂由滑石粉和二甲基硅油组成，视模样大小，先用纱布蘸适量的滑石粉将模样擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用刷子蘸适量的二甲基硅油在经滑石粉擦拭过的模样上再刷上一层薄膜即可，将多余的二甲基硅油擦去。滑石粉与二甲基硅油均匀成膜即可，注意不要漏涂。滑石粉和脱模剂过多都将影响涂料的转移性能，只有适当的滑石粉和脱模剂才能有较好的转移性能。

涂覆非占位涂料。涂覆方法有刷涂或者喷涂皆可，确保涂料均匀涂抹在芯盒表面，涂层不宜过厚，尽量避免麻点、厚薄不匀等缺陷发生。在保证涂料便于涂覆的前提下，适当提高涂料的粘度可以增加涂料的涂挂性，涂层过厚则涂层龟裂倾向增加。

造型（芯）：采用PEPSET树脂自硬砂造型（芯），填砂、紧砂动作要轻，以免破坏涂层。

制好的树脂自硬砂芯需先进行自硬化20～30分钟，再在烘干箱中在一定温度下烘烤一定时间。作为优选，本工艺烘干温度为150±10℃，烘干时间为1-1.5小时。本发明采用的芯盒为金属材质，没有退让性，故采用平稳的起摸方法是保证涂料转移的最重要工序。但是往往在大型腔立面和棱角处，涂层更薄，起模时稍有倾斜，就会拉伤或破坏涂层。因此，应针对模样大小采用平稳的起模方式。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明确定了涂料的耐火骨料、悬浮剂、粘结剂及辅料的组成和含量，使得上述各组分之间的作用达到协同，使涂料的综合性能提高。研制完成的锆英粉—硅溶胶一膨润土系转移涂料与树脂自硬砂型相配合，可实现涂料与砂型之间的转移。转移的涂层强度较高，与砂型之间的结合牢固，在烘干和浇注过程中不开裂，具有很好的抗粘砂能力和降低铸件表面粗糙度的作用。起模时间应有良好的控制，试验证明将模型在150±10℃下烘干1-1.5小时，转移效果较好。涂料的密度在1.7-1.8g/cm³之间，在12小时后涂料在量筒中的悬浮依然大于94%。本发明制备的非占位涂料在密度、悬浮性、渗透性方面能满足涂料的基本要求。

2、本发明的涂料制备工艺简单，操作方便，原材料丰富，生产成本低。

3、本发明涂料更加适用于铝合金铸件的少余量近净成型。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

耐火骨料：锆英粉80份；滑石粉10份；粘结剂：硅溶胶20份；悬浮剂：膨润土2份；载液：水10份；添加剂：脂肪醇聚氧乙烯醚 0.2份；吐温80 0.2份。先将耐火骨料和粘结剂放入适当大小的容器内，通过人工或机械搅拌均匀后，再向容器内倒入水，再搅拌均匀后备用。

室温下先用脱模剂将模样或芯盒便面擦拭一遍。

后迅速涂刷0.5mm厚的非占位涂料层。

后迅速将配好的PEPSET树脂自硬砂填入模样或芯盒。紧实并自硬化20分钟后置于150℃的烘箱中烘烤1小时。

涂层参数和性能测量：密度1.8g/cm³，渗透深度1mm，悬浮性12小时98%，涂覆涂料的“8”砂芯抗拉强度1.03MPa。

实施例2：

耐火骨料：锆英粉85份；滑石粉15份；粘结剂：硅溶胶30份；悬浮剂：膨润土3份；载液：水10份；添加剂：脂肪醇聚氧乙烯醚 0.2份；吐温80 0.2份。先将耐火骨料和粘结剂放入适当大小的容器内，通过人工或机械搅拌均匀后，再向容器内倒入水，再搅拌均匀后备用。

室温下先用脱模剂将模样或芯盒便面擦拭一遍。

后迅速喷涂0.4mm厚的非占位涂料层。

后迅速将配好的PEPSET树脂自硬砂填入模样或芯盒。紧实并自硬化30分钟后置于150℃的烘箱中烘烤1小时。

涂层参数和性能测量：密度1.75g/cm³，渗透深度1mm，悬浮性12小时96%，涂覆涂料的“8”砂芯抗拉强度1.07MPa。

实施例3：

耐火骨料：锆英粉90份；滑石粉20份；粘结剂：硅溶胶40份；悬浮剂：膨润土4份；载液：水10份；添加剂：脂肪醇聚氧乙烯醚 0.2份；吐温80 0.2份。先将耐火骨料和粘结剂放入适当大小的容器内，通过人工或机械搅拌均匀后，再向容器内倒入水，再搅拌均匀后备用。

室温下先用脱模剂将模样或芯盒便面擦拭一遍。

后迅速涂刷0.2mm厚的非占位涂料层。

涂层参数和性能测量：密度1.70g/cm³，渗透深度1mm，悬浮性12小时96%，涂覆涂料的“8”字砂芯抗拉强度1.03MPa。

实施例4

一种非占位涂料所用原料按照以下重量份配比：

锆英粉 80份、滑石粉 20份、硅溶胶 20份、膨润土 2份、水 15份、脂肪醇聚氧乙烯醚 0.6份、吐温80 0.1份。

非占位涂料的在铸造应用中的方法，按照以下步骤进行：

用脱模剂擦拭型（芯）盒，所述脱模剂由滑石粉和二甲基硅油组成，先用滑石粉将模样擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用二甲基硅油在滑石粉层上再刷一层薄膜，将多余的二甲基硅油擦去即可，接着用所述非占位涂料涂再次涂覆0.4mm厚涂层型（芯）盒，然后向芯盒内填充呋喃树脂自硬砂，待呋喃树脂自硬砂自硬化20min后进行烘干，烘干工艺条件为温度160℃、时间1h，最后脱芯盒即得到成品砂型（芯）。

实施例5

一种非占位涂料所用原料按照以下重量份配比：

锆英粉 90份、滑石粉 10份、硅溶胶 25份、膨润土 3份、水 8份、脂肪醇聚氧乙烯醚 0.1份、吐温80 0.55份。

非占位涂料的在铸造应用中的方法，按照以下步骤进行：

用脱模剂擦拭型（芯）盒，所述脱模剂由滑石粉和二甲基硅油组成，先用滑石粉将模样擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用二甲基硅油在滑石粉层上再刷一层薄膜，将多余的二甲基硅油擦去即可，接着用所述非占位涂料涂再次涂覆0.3mm厚涂层型（芯）盒，然后向芯盒内填充呋喃树脂自硬砂，待呋喃树脂自硬砂自硬化30min后进行烘干，烘干工艺条件为温度140℃、时间1.5h，最后脱芯盒即得到成品砂型（芯）。

实施例6

一种非占位涂料所用原料按照以下重量份配比：

锆英粉 85份、滑石粉 15份、硅溶胶 35份、膨润土 3份、水 12份、脂肪醇聚氧乙烯醚 0.3份、吐温80 0.8份。

非占位涂料的在铸造应用中的方法，按照以下步骤进行：

用脱模剂擦拭型（芯）盒，所述脱模剂由滑石粉和二甲基硅油组成，先用滑石粉将模样擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用二甲基硅油在滑石粉层上再刷一层薄膜，将多余的二甲基硅油擦去即可，接着用所述非占位涂料涂再次涂覆0.5mm厚涂层型（芯）盒，然后向芯盒内填充PEPSET树脂自硬砂，待PEPSET树脂自硬砂自硬化27min后进行烘干，烘干工艺条件为温度145℃、时间1.2h，最后脱芯盒即得到成品砂型（芯）。

本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从那一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种非占位涂料，其特征在于所用原料按照以下重量份配比：

2.根据权利要求1所述的一种非占位涂料，其特征在于所述水基消泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

3.一种权利要求书1所述的非占位涂料的应用方法，其特征在于按照以下步骤进行：

4.根据权利要求2所述的非占位涂料的应用方法，其特征在于所述型（芯）砂为PEPSET树脂自硬砂或呋喃树脂自硬砂。

5.根据权利要求2所述的非占位涂料的应用方法，其特征在于所述非占位涂料涂层的厚度为0.2-0.5mm。

6.根据权利要求2所述的非占位涂料的应用方法，其特征在于所述烘干工艺条件为温度150±10℃、时间1-1.5h。