CN103056290A - 一种耐热铸铁铸造涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐热铸铁铸造涂料及其制备方法，该材料中各成分的重量百分比为：纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体25-28%，粉煤灰2-4%，十二烷基氨基丙酸钠0.4-0.8%，钠基膨润土9-10%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液31-33%，其余为碳化硅粉；其中，粉煤灰成分的重量百分比为：CaO 3-4%，Al2O3 26-28%，MgO 1-2%，Fe2O3 5-7%，其余为SiO2；碳化硅粉中各成分的重量百分比为SiC 99.8%,其余SiO2，碳化硅粉的粒径为0.5-1mm；膨润土和粉煤灰的粒径为80-100μm。
Description
技术领域
本发明属于涂料领域，涉及一种耐热铸铁铸造涂料及其制备方法。
背景技术
201010105706.6号申请公开的防止碳缺陷的消失模铸造铸铁涂料，按质量百分比，由以下组分组成：60.5％～64.5％的铝矾土、13.5％～17.5％的高岭土、3.5％～6.0％的滑石粉、1.7％～3.5％的凹土棒土、0.4％～0.8％的木质素磺酸钠、2.5％～6.0％的硫酸铝、1.7％～3.5％的聚乙烯醇、3.5％～5.0％的硅溶胶、0.1％～0.2％的氧化铁粉、0.01％～0.02％的正辛醇，上述组分总量为100％。分别制得凹土棒土、聚乙烯醇、硫酸铝水溶液，铝矾土、高岭土、滑石粉和氧化铁粉均匀混合成耐火粉料混合料，将凹土棒土、聚乙烯醇、硫酸铝水溶液、硅溶胶与耐火粉料混合料及正辛醇混合，搅拌、研磨，即制成。该涂料具有良好的触变性和涂挂性，涂层强度高、透气性好；铸件表面光洁，无皱皮等碳缺陷。72小时悬浮率大于100%。触变性22.12%，高温强度大于363g。上述涂料存在的问题是，触变性及高温强度还不足。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐热铸铁铸造涂料，不仅具有良好的悬浮性和高温强度，并且触变性高。
本发明的另一目的是提供一种耐热铸铁铸造涂料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
本发明铸造涂料用于耐热铸铁。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种耐热铸铁铸造涂料，其特征在于，该材料中各成分的重量百分比为：
纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体25-28%，粉煤灰2-4%，十二烷基氨基丙酸钠0.4-0.8%，钠基膨润土9-10%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液31-33%，其余为碳化硅粉；
其中，粉煤灰成分的重量百分比为：CaO 3-4% ，Al2O3 26-28%，MgO 1-2%，Fe2O3 5-7% ，其余为SiO2；碳化硅粉中各成分的重量百分比为SiC 99.8%,其余SiO2，碳化硅粉的粒径为0.5-1mm；(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的粒径为80-100nm，膨润土和粉煤灰的粒径为80-100μm。
上述耐热铸铁铸造涂料的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
1）纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的准备：
将氢氧化铝Al(OH)3溶解于氢氧化钾水溶液中，二者质量g：体积mL比为1：10；然后置入容器中加热至120℃，保温25-28小时，用滤纸过滤出沉淀物，并以去离子水洗净4-6次；然后将沉淀物以高温炉加热至400℃保温1h得到产物A待用；
将FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O混合，葡聚糖T-40在充氮气的环境下溶于1500ml纯净水中，然后加入FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O，其中FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O与葡聚糖T-40的重量比为117：43：250；用恒温磁力搅拌器搅拌,同时滴加质量百分比浓度30%氨水，其中，葡聚糖T-40与氨水的重量g：体积ml之比为117：1200,升温至80℃，1200r/min搅拌,反应1h得到胶体B；
将产物A、胶体B和(Mg，Fe)2(SiO4)粉体三者按质量比0.5：1：0.4-0.6混合；其中(Mg，Fe)2(SiO4)粉体的粒径为60-80nm；在超声频率50kHz功率、400W下于50-55℃超声搅拌0.5h；再于100℃下常压干燥5h，即得到纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体；
2）3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液的准备：
所用原料的重量百分比为：邻苯二甲酸二辛酯5%、环戊醇0.2%，乙醇4%、聚乙烯醇7%、过硫酸钾0.15-0.19%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯25-30%，乙酸乙烯酯15-20%，余量为水；
先将邻苯二甲酸二辛酯与正丁醇混合，搅拌使其溶解，形成溶液甲待用；在容器中加入水，加热至80℃，在搅拌下加入聚乙烯醇，升温至95℃，保温至全部溶解；待溶解后，停止加热使温度降至68～70℃，在搅拌下加入3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯和乙酸乙烯酯形成溶液乙待用；将溶液甲和溶液乙混合，加入过硫酸甲，搅拌混合均匀，升温到65～70℃之间，停留1-2小时，得到3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液，待用；
3）耐热铸铁铸造涂料制备：其中各成份的重量百分比为：所述纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体25-28%，粉煤灰2-4%，十二烷基氨基丙酸钠0.4-0.8%，钠基膨润土9-10%，所述3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液31-33%，其余为碳化硅粉，将各成份放入容器中搅拌均匀即得；
粉煤灰成分的重量百分比为：CaO 3-4% ，Al2O3 26-28%，MgO 1-2%，Fe2O3 5-7% ，其余为SiO2；碳化硅粉成分的重量百分比为SiC 99.8%,其余为SiO2；碳化硅粉的粒径为0.5-1mm；纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的粒径为80-100nm，膨润土和粉煤灰的粒径为80-100μm。
步骤1）中所用氢氧化钾水溶液的浓度为10mol/L氢氧化钾水溶液。
步骤1）中所用氨水的质量百分比浓度为30%氨水。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
本发明耐热铸铁铸造涂料中纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体，具有大量的微观界面，具有良好的隔热性；而且具有较高的本体强度，显著提高了材料的高低温强度。纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体在十二烷基氨基丙酸钠和钠基膨润土的作用下，具有很好的触变性。
涂料中3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液与纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体和粉煤灰具有很好的亲和力。3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液通过加强与纳米复合粉体的粘合剂来强化交联强度，大大提高了材料的强度。
涂料中粉煤灰具有微观多孔，既可提高材料的隔热能力，而且降低成本。
涂料中硅化碳在材料中具有良好的隔热耐热性和良好的触变性，并且具有良好的高温稳定性，可广泛应用于耐热铸铁的铸造。
附图说明：
图1为本发明实施例1得到的铸造涂料组织。
由图1可以看出，该涂料涂在消失模表面后，组织均匀密实。
具体实施方式：
以下实施例中所用聚乙烯醇的型号为2088；(Mg，Fe)2(SiO4)粉体为市购橄榄石，其粒径为60-80nm。
实施例一：
耐热铸铁用消失模铸造涂料制备方法，该方法包括以下步骤：
1）纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的准备：
将20g氢氧化铝Al(OH)3溶解于200mL的10mol/L氢氧化钾水溶液中；然后置入容器中加热至120℃，保温26小时，用滤纸过滤出沉淀物,并以去离子水洗净5次；然后将洗涤后的沉淀物用高温炉加热至400℃保温1h得到产物A待用；
将117gFeCl3·6H2O与43g FeCl2·4H2O混合，250g葡聚糖T-40在充氮气的环境下溶于1500ml纯净水中，然后加入FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O混合物；用恒温磁力搅拌器搅拌, 搅拌速度1200r/min,同时滴加质量百分浓度30%氨水1200ml,升温至80℃，反应1h得到胶体B；
将产物A、胶体B和(Mg，Fe)2(SiO4)粉体三者按质量比0.5：1：0.4混合；其中(Mg，Fe)2(SiO4)粉体的粒径为60-80nm；在超声频率50kHz功率、400W下于50-55℃超声搅拌0.5h；再于100℃下常压（一个大气压）干燥5h，即得到纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体；
2）3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液的准备：
所用原料的重量百分比为：邻苯二甲酸二辛酯5%、环戊醇0.2%，乙醇4%、聚乙烯醇7%、过硫酸钾0.15%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯25%，乙酸乙烯酯20%，余量为水；
先将邻苯二甲酸二辛酯与正丁醇混合，搅拌使其溶解，形成溶液甲待用；在容器中加入水，加热至80℃，在搅拌下加入聚乙烯醇，升温至95℃，保温至全部溶解；待溶解后，停止加热使温度降至68～70℃，在搅拌下加入3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯和乙酸乙烯酯形成溶液乙待用；将溶液甲和溶液乙混合，加入过硫酸甲，搅拌混合均匀，升温到65～70℃之间，停留1-2小时，得到3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液，待用；
3）耐热铸铁铸造涂料制备：其中各成份的重量百分比为：上述纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体25%，粉煤灰2%，十二烷基氨基丙酸钠0.4%，钠基膨润土9%，上述3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液31%，其余为碳化硅粉，将各成份放入容器中搅拌均匀即得；
其中，粉煤灰成分的重量百分比为：CaO 3-4% ，Al2O3 26-28%，MgO 1-2%，Fe2O3 5-7% ，其余为SiO2；碳化硅粉成分的重量百分比为SiC 99.8%，其余为SiO2；碳化硅粉的粒径为0.5-1mm；(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的粒径为80-100nm，膨润土和粉煤灰的粒径为80-100μm。
实施例二：
步骤1）中产物A、胶体B和(Mg，Fe)2(SiO4)粉体三者混合的质量比0.5：1： 0.6；
步骤3）耐热铸铁铸造涂料制备：其中各成份的重量百分比为：纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体28%，粉煤灰4%，十二烷基氨基丙酸钠0.8%，钠基膨润土10%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液33%，碳化硅粉其余。
其余制备过程同实施例一。
实施例三：
步骤1）中产物A、胶体B和(Mg，Fe)2(SiO4)粉体三者混合的质量比0.5：1：0.5；
步骤3）耐热铸铁铸造涂料制备：其中各成份的重量百分比为：
该材料中各成分的重量百分比为：纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体27%，粉煤灰3%，十二烷基氨基丙酸钠0.5%，钠基膨润土9.5%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液32%，碳化硅粉其余。
其余制备过程同实施例一。
实施例四：各成份配比不在本发明设计范围内。
步骤1）中产物A、胶体B和(Mg，Fe)2(SiO4)粉体三者混合的质量比0.5：1：0.2；
步骤3）耐热铸铁铸造涂料制备：其中各成份的重量百分比为：
该材料中各成分的重量百分比为：纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体23%，粉煤灰1%，十二烷基氨基丙酸钠0.3%，钠基膨润土8%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液29%，碳化硅粉其余。
其余制备过程同实施例一。
实施例五：各成份配比不在本发明设计范围内。
步骤1）中产物A、胶体B和(Mg，Fe)2(SiO4)粉体三者混合的质量比0.5：1：0.8；
步骤3）耐热铸铁铸造涂料制备：其中各成份的重量百分比为：该材料中各成分的重量百分比为：纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体30%，粉煤灰5%，十二烷基氨基丙酸钠0.9%，钠基膨润土11%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液35%，碳化硅粉其余。
其余制备过程同实施例一。
测试：下表对应本发明涂料及对比涂料1的性能测定，涂料的悬浮率直接测试。高温强度测定需涂刷在消失模表面进行。
本发明的涂料中3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液，过少起不到溶剂作用，过多会稀释材料的隔热成分；十二烷基氨基丙酸钠为涂料中的增强组分，过少起不到增强触变性和悬浮作用，过多会稀释复合粉体和3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液；纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体过少起不到隔热作用，过多会减少粘接剂的粘接作用。
Claims (5)
1.一种耐热铸铁铸造涂料，其特征在于，该材料中各成分的重量百分比为：
纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体25-28%，粉煤灰2-4%，十二烷基氨基丙酸钠0.4-0.8%，钠基膨润土9-10%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液31-33%，其余为碳化硅粉；
其中，粉煤灰成分的重量百分比为：CaO 3-4% ，Al2O3 26-28%，MgO 1-2%，Fe2O3 5-7% ，其余为SiO2；碳化硅粉中各成分的重量百分比为SiC 99.8%,其余SiO2，碳化硅粉的粒径为0.5-1mm；(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的粒径为80-100nm，膨润土和粉煤灰的粒径为80-100μm。
2.根据权利要求1所述的耐热铸铁铸造涂料，其特征在于，步骤1）中纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的制备过程，具体如下：
将氢氧化铝Al(OH)3溶解于氢氧化钾水溶液中，二者质量g：体积mL比为1：10；然后置入容器中加热至120℃，保温25-28小时，用滤纸过滤出沉淀物，并以去离子水洗净4-6次；然后将沉淀物以高温炉加热至400℃保温1h得到产物A待用；
将FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O混合，葡聚糖T-40在充氮气的环境下溶于1500ml纯净水中，然后加入FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O，其中FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O与葡聚糖T-40的重量比为117：43：250；用恒温磁力搅拌器搅拌,同时滴加30%氨水，其中，葡聚糖T-40与氨水的重量g：体积ml之比为117：1200,升温至80℃，1200r/min搅拌,反应1h得到胶体B；
将产物A、胶体B和(Mg，Fe)2(SiO4)粉体三者按质量比0.5：1：0.4-0.6混合；其中(Mg，Fe)2(SiO4)粉体的粒径为60-80nm；在超声频率50kHz功率、400W下于50-55℃超声搅拌0.5h；再于100℃下常压干燥5h，即得到纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体。
3.根据权利要求1所述的耐热铸铁铸造涂料，其特征在于，步骤2）中3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液的制备过程具体如下：
各原料的重量百分比为：邻苯二甲酸二辛酯5%、环戊醇0.2%，乙醇4%、聚乙烯醇7%、过硫酸钾0.15-0.19%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯25-30%，乙酸乙烯酯15-20%，余量为水；
先将邻苯二甲酸二辛酯与正丁醇混合，搅拌使其溶解，形成溶液甲待用；在容器中加入水，加热至80℃，在搅拌下加入聚乙烯醇，升温至95℃，保温至全部溶解；待溶解后，停止加热使温度降至68～70℃，在搅拌下加入3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯和乙酸乙烯酯形成溶液乙待用；将溶液甲和溶液乙混合，加入过硫酸甲，搅拌混合均匀，升温到65～70℃之间，停留1-2小时，得到3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液。
4.一种耐热铸铁铸造涂料的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
1）纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的准备：
将氢氧化铝Al(OH)3溶解于氢氧化钾水溶液中，二者质量g：体积mL比为1：10；然后置入容器中加热至120℃，保温25-28小时，用滤纸过滤出沉淀物，并以去离子水洗净4-6次；然后将沉淀物以高温炉加热至400℃保温1h得到产物A待用；
将FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O混合，葡聚糖T-40在充氮气的环境下溶于1500ml纯净水中，然后加入FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O，其中FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O与葡聚糖T-40的重量比为117：43：250；用恒温磁力搅拌器搅拌,同时滴加质量百分比浓度30%氨水，其中，葡聚糖T-40与氨水的重量g：体积ml之比为117：1200,升温至80℃，1200r/min搅拌,反应1h得到胶体B；
将产物A、胶体B和(Mg，Fe)2(SiO4)粉体三者按质量比0.5：1：0.4-0.6混合；其中(Mg，Fe)2(SiO4)粉体的粒径为60-80nm；在超声频率50kHz功率、400W下于50-55℃超声搅拌0.5h；再于100℃下常压干燥5h，即得到纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体；
2）3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液的准备：
所用原料的重量百分比为：邻苯二甲酸二辛酯5%、环戊醇0.2%，乙醇4%、聚乙烯醇7%、过硫酸钾0.15-0.19%，3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯25-30%，乙酸乙烯酯15-20%，余量为水；
先将邻苯二甲酸二辛酯与正丁醇混合，搅拌使其溶解，形成溶液甲待用；在容器中加入水，加热至80℃，在搅拌下加入聚乙烯醇，升温至95℃，保温至全部溶解；待溶解后，停止加热使温度降至68～70℃，在搅拌下加入3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯和乙酸乙烯酯形成溶液乙待用；将溶液甲和溶液乙混合，加入过硫酸甲，搅拌混合均匀，升温到65～70℃之间，停留1-2小时，得到3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液，待用；
3）耐热铸铁铸造涂料制备：其中各成份的重量百分比为：所述纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体25-28%，粉煤灰2-4%，十二烷基氨基丙酸钠0.4-0.8%，钠基膨润土9-10%，所述3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯复合溶液31-33%，其余为碳化硅粉，将各成份放入容器中搅拌均匀即得；
粉煤灰成分的重量百分比为：CaO 3-4% ，Al2O3 26-28%，MgO 1-2%，Fe2O3 5-7% ，其余为SiO2；碳化硅粉成分的重量百分比为SiC 99.8%,其余为SiO2；碳化硅粉的粒径为0.5-1mm；纳米级(Mg，Fe)2(SiO4)复合粉体的粒径为80-100nm，膨润土和粉煤灰的粒径为80-100μm。
5.根据权利要求4所述耐热铸铁铸造涂料的制备方法，其特征是：步骤1）中所用氢氧化钾水溶液的浓度为10mol/L氢氧化钾水溶液。
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