CN103537613A - 一种具有耐高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能耐1450℃以上高温且具有隔热、脱模功效的离型式复合剂及其制备方法，离型式复合剂各原料的重量百分比为：纳米胶体二氧化硅溶液：20~60%；含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等元素的复合氧化物超微（0.1~1.0μm）粉体5~30%；水性分散剂：0.2~2%；水性增稠剂：0.02~0.5%；水：余量，各组分的重量和为100%。本发明采用纳米胶体二氧化硅溶液与超微（0.1~1.0μm）多元素复合氧化物粉体配合，具有优异的耐高温、隔热、脱模、绿色环保等性能，可以有效提高模具表面的耐热疲劳性，延长模具使用寿命。本发明特别适用于熔模铸锻等金属高温成形工艺中的钢水与模具直接接触的部位使用。

Description

一种具有耐高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂

技术领域

本发明涉及一种离型式复合剂，特别是一种耐1450℃以上高温且具有隔热、脱模功效的离型式复合剂及其制备方法。

背景技术

熔模铸锻是一种新的金属成形技术，该技术是将熔融态坯料注入模具型腔充型后，通过对半固态毛坯施加锻压力完成零件模锻过程。熔模铸锻工艺对模具的耐温性能、脱模性能、使用寿命提出较高要求，传统的铸造用模具脱模剂无法满足该工艺要求，需开发一种全新的能耐1450℃以上且具有隔热、脱模功效的离型式复合剂。

传统的铸造用模具脱模剂普遍采用水溶性脱模剂。水溶性脱模剂通常以矿物油、动物油、植物油、硅油、蜡、脂肪酸等为基本成分，通过加入表面活性剂对其乳化后再以适量水稀释后喷涂或刷涂于模具表面，其耐高温隔热性能均不理想，特别是在水溶性脱模剂喷涂于金属模具表面后，使得模具表面温度大幅下降，模具表层受到拉应力；熔融金属注入模具后，模具表面又膨胀产生压应力。冷热交替反复进行，必将产生热疲劳，最后在模具表面形成热裂纹。防止模具表面产生热裂纹的根本方法是减少模具温度差，现有水溶性脱模剂虽然具有一定的隔热作用，但效果较差无法满足熔模铸锻工艺要求。

专利CN101146633A，公开了使用还原性有机酸或有机盐和配位体制成脱模剂，目的是改善模具表面状态、延长金属模具的使用寿命。但是对于模具表面上易产生热疲劳，造成热裂纹这一问题，并没有实质性的改善。

由以上分析可以看出，目前国内在耐高温热障功能复合剂技术方面还有许多问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的是针对熔模铸锻过程中1400℃左右熔融态坯料对模具型腔耐高温要求，提出一种能耐1450℃以上高温且具有隔热、脱模功效的离型式复合剂及其制备方法。

本发明提出的能耐1450℃以上高温且具有隔热、脱模功效的离型式复合剂，各原料的重量百分比如下：纳米胶体二氧化硅溶液：20~60%；含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等元素的复合氧化物超微（0.1~1.0μm）粉体5~30%；水性分散剂：0.2~2%； 水性增稠剂：0.02~0.5%；水：余量，各组分的重量和为100%。

所述的含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等元素的复合氧化物超微粉体为广泛存在于自然界中的硅酸盐矿物或人工合成的金属氧化物的复合粉末。

所述的复合氧化物超微粉体的制备方法为，将包括硅酸盐矿物、氧化镁、氧化钙、氧化铝、氧化锆中的一种或多种混合均匀，然后边搅拌边加水得到混合浆料，将浆料依次进行搅拌球磨、超细研磨、喷雾干燥等工序，就得到了颗粒直径为0.1~1.0μm的复合氧化物超微粉体。

所述的能耐1450℃以上高温且具有隔热、脱模功效的离型式复合剂的制备方法为，将含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等元素的复合氧化物超微（0.1~1.0μm）粉体与纳米胶体二氧化硅、水性分散剂、水性增稠剂、水混合搅拌，直至形成均匀的分散体系。

所述的水性分散剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠，水解聚马来酸酐、月桂酰乙二醇胺，失水三梨醇单月硅酸酯，十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

所述的水性增稠剂为膨润土、羟丙甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种或多种。

能耐1450℃以上高温且具有隔热、脱模功效的离型式复合剂的使用方法如下：首先将制备的离型式复合剂进行搅拌，用水稀释至适宜浓度，喷涂或刷涂于预热模具型腔表面，待水分蒸干，模具表面形成致密陶瓷薄膜后，向模具内注入熔融金属，铸锻成型后脱模。

本发明根据纳米胶体二氧化硅溶液固化原理及陶瓷粉体烧结原理，提出采用纳米胶体二氧化硅溶液作为粘结剂，包覆多元素复合氧化物超微粉体，喷涂于在预热后的模具表面。在使用过程中涂层经历二次致密过程，第一次：二氧化硅脱水固化，呈网状结构均匀包覆多元素复合氧化物超微粉体并吸附在模具表面，形成较为致密的陶瓷层；第二次，当熔融金属注入时，矿物、金属氧化物粉末受到高温作用，颗粒间接触界面扩大，使气孔缩小，致密化程度再次提高，形成致密的、高强度陶瓷薄膜。

与国内外现有脱模剂相比，本发明离型式复合剂具有如下优点：

(1)优异的隔热性能：本发明中具有耐高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂加入多元素复合氧化物超微粉体，高温下可形成半瓷结构薄膜，该薄膜具有较低导热系数，可吸收浇注过程金属熔融传递到模具表面的部分热量，从而达到降低模具温度差、延缓热疲劳、延长模具使用寿命的作用。

(2)优异的脱模性能：本发明中具有耐高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂形成的陶瓷薄膜热膨胀系数比熔融坯料低得多，成形制件冷却收缩，与陶瓷薄膜产生缝隙，制件易于脱模；另外，本发明具有耐高温、隔热、脱模功效的离型剂所形成的陶瓷薄膜表面较为细腻光滑，利于熔融金属流动，避免模具表面受熔融金属直接冲刷，便于成形后脱模取件。

(3)性能稳定、使用方便：本发明具有耐高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂性能稳定，不是乳液形式，受温度，PH值等因素的影响较小，使用前搅匀即可喷涂或刷涂于预热后的模具型腔表面。

(4)延长模具寿命、绿色环保：本发明具有耐高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂采用经超细研磨的多元素复合氧化物超微粉体，有效减缓熔融金属浇注过程中模具表面热疲劳，延长模具的使用寿命。且在使用后便于从模具表面清理，回收后经研磨可继续利用，实现循环使用，绿色化回收。

附图说明

图1 为本发明具有耐高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂的使用原理图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的解释，但是应当明确的是本发明保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1：取纳米胶体二氧化硅溶液625g，水289g常温搅拌5min，然后加入含硅酸盐矿物、氧化铝、氧化锆的复合氧化物超微（平均粒径1.0μm）粉体80g，常温搅拌并缓慢均匀加入聚乙烯醇(200)5g，羟乙基纤维素1g，常温搅拌直至形成均匀稳定的分散体系。

实施例2：取纳米胶体二氧化硅溶液650g，水247g常温搅拌5min，然后加入含硅酸盐矿物、氧化镁、氧化钙的复合氧化物超微（平均粒径0.5μm）粉体100g，常温搅拌并缓慢均匀的加入聚丙烯酸钠2g、羟甲基纤维素钠1g，常温搅拌直至形成均匀稳定的分散体系。

实施例3：取纳米胶体二氧化硅溶液700g，水177g常温搅拌5min，然后加入含硅酸盐矿物、氧化镁、氧化钙、氧化锆的复合氧化物超微（平均粒径0.8μm）粉体120g，常温搅拌并缓慢均匀的加入水解聚马来酸酐2.5g、聚丙烯酰胺0.5g，常温搅拌直至形成均匀稳定的分散体系。

实施例4：取纳米胶体二氧化硅溶液750g，水104.5g常温搅拌5min，然后加入含氧化镁、氧化铝、氧化锆的复合氧化物超微（平均粒径0.3μm）粉体140g，常温搅拌并缓慢均匀的加入月桂酰乙二醇胺5g、甲基纤维素0.5g，常温搅拌直至形成均匀稳定的分散体系。

实施例5：取纳米胶体二氧化硅溶液750g，水110g常温搅拌5min，然后加入含氧化镁、氧化铝、氧化锆的复合氧化物超微（平均粒径0.5μm）粉体130g，常温搅拌并缓慢均匀的加入聚乙烯醇(400)5g、膨润土5g，常温搅拌直至形成均匀稳定的分散体系。

Claims (6)

1.一种具有耐1450℃高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂，其特征在于，各原料的重量百分比如下：纳米胶体二氧化硅溶液：20~60%；含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等元素的复合氧化物超微（0.1~1.0μm）粉体5~30%；水性分散剂：0.2~2%； 水性增稠剂：0.02~0.5%；水：余量，各组分的重量和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种具有耐1450℃高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂，其特征在于，所述的含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等元素的复合氧化物超微粉体为广泛存在于自然界中的硅酸盐矿物以及人工合成的金属氧化物的复合粉末。

3.根据权利要求1所述的一种具有耐1450℃高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂，其特征在于，所述的含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等元素的复合氧化物超微粉体的制备方法为，将包括硅酸盐矿物、氧化镁、氧化钙、氧化铝、氧化锆中的一种或多种混合均匀，然后边搅拌边加水得到混合浆料，将浆料依次进行搅拌球磨、超细研磨、烘干等工序，就得到了颗粒直径为0.1~1.0μm的复合氧化物超微粉体。

4.根据权利要求1所述的一种具有耐1450℃高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂，其特征在于，其制备方法是将含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等元素的复合氧化物超微（0.1~1.0μm）粉体与纳米胶体二氧化硅、水性分散剂、水性增稠剂、水直接混合搅拌，直至形成均匀的分散体系。

5.根据权利要求1所述的一种具有耐1450℃高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂，其特征在于，所述的水性分散剂包括聚乙烯醇、聚丙烯酸钠，水解聚马来酸酐、月桂酰乙二醇胺，失水三梨醇单月硅酸酯，十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种具有耐1450℃高温、隔热、脱模功效的离型式复合剂，其特征在于，所述的水性增稠剂包括膨润土、羟丙甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种或多种。