CN103962501A - 一种钛及钛合金铸造用涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛及钛合金铸造用涂料及其制备方法。一种钛及钛合金铸造用涂料，包含以下组分和各组分的相对质量比例关系为：碳酸锆铵：耐火骨料粉：表面活性剂=18～22：75～80：0.6～0.8，所述耐火骨料粉为二氧化锆或二氧化锆与二氧化铪的混合物，所述表面活性剂由氧化钠、三氧化二铁和二氧化硅组成，所述表面活性剂中氧化钠、三氧化二铁和二氧化硅的质量比为8～10：1～2：6～10。该涂料组分简单、性能稳定、不易出现胶凝、使用寿命长且生产成本低。

Description

一种钛及钛合金铸造用涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂料，具体涉及一种钛及钛合金铸造用涂料及其制备方法。
背景技术
目前国际上可作为钛合金熔模精铸工艺的黏结剂有三种：醋酸锆、碳酸锆铵和钇溶胶。其中醋酸锆从20世纪60年代就开始用于浇注钛及钛合金铸件，迄今已近70年了，工艺比较成熟。但它存在的最大的问题是：首先是涂料浆不稳定，尤其是醋酸锆-氧化钇料浆极易胶凝，经常在配置过程中就发生胶凝，即使不发生胶凝，料浆配置好后必须马上用完，要想使它不发生胶凝，必须立即冷冻保存，即便如此，也只能保存2~3天；其次是醋酸锆不具有抗水性，它与氧化钇或氧化锆粉配置的料浆涂层不像硅酸乙酯和硅溶胶的涂层那样稳定、结实，它干燥后遇水，还会发生回溶，导致涂层脱落、鼓涨。这现象严重影响了涂料的工艺过程和型壳质量。为此，国外从20世纪90年代初，开始寻找新的替代黏结剂，经过几年努力，找到了碳酸锆铵和钇溶胶。但是国外的碳酸锆铵与氧化钇和氧化锆粉配制的料浆也极易胶凝，常常在配制过程中胶凝，无法使用。后来经过改进，使用性能和稳定性获得了改善。21世纪初碳酸锆铵被引进台湾，目前台湾的一些厂商在使用。2010年台湾碳酸锆铵的供应商，为了推销该黏结剂，带着它到河北衡水武邑Kimet精铸有限公司进行试验，结果以失败告终，根本无法浇注出合格铸件，浇铸成形率很低，只有5%-10%，铸件表面呈黑褐色，而且使用过程中需不断添加氨水调节和稳定涂料浆，工作环境及其恶劣。
目前国内生产化工阀门和泵体为主的企业大多采用机加工石墨型生产，这种铸型制造成本高、生产周期长、且铸件的质量和性能难以保证，污染环境。
发明内容
根据现有技术存在的缺点，本发明提供一种钛及钛合金铸造用涂料及其制备方法。该涂料组分简单、性能稳定、不易出现胶凝、使用寿命长且生产成本低。
根据现有技术存在的缺点，本发明提供的技术方案为：一种钛及钛合金铸造用涂料，包含以下组分和各组分的相对质量比例关系为：
碳酸锆铵：耐火骨料粉：表面活性剂=18～22：75～80：0.6～0.8，所述耐火骨料粉为二氧化锆或二氧化锆与二氧化铪的混合物，所述表面活性剂由氧化钠、三氧化二铁和二氧化硅组成，所述表面活性剂中氧化钠、三氧化二铁和二氧化硅的质量比为8～10：1～2：6～10。
一种钛及钛合金铸造用涂料，包含以下组分和各组分的相对质量比例关系为：碳酸锆铵：耐火骨料粉：表面活性剂=19.5： 79.7：0.75。
所述表面活性剂中氧化钠、三氧化二铁和二氧化硅的质量比为8：1：6。
一种钛及钛合金铸造用涂料的制备方法，包括以下工艺步骤：
a首先计量好碳酸锆铵、耐火骨料粉和表面活性剂；
b然后将碳酸锆铵倒入涂料桶中，边搅拌，边加入耐火骨份料；
c搅拌均匀后加入表面活性剂，并持续搅拌2-4小时，然后在25℃条件下测定涂料黏度，黏度控制在11-14cPs范围内，则涂料制备完成。
本发明的有益效果是：碳酸锆铵具有抗水性，涂层干燥后遇水不易发生回溶，可获得内表面緻密光滑的型壳和质量优良的钛及钛合金铸件。同时该涂浆具有性能稳定，使用寿命长的优点。且碳酸锆铵相对于其他黏结剂，价格较为便宜，使本产品在市场上具有更好的竞争力。而制备该涂浆的方法简单、环保无污染。
具体实施方式
实例一
涂料的制备：a首先称量195g碳酸锆铵、700g二氧化锆、97g二氧化铪、4g氧化钠、0.5g三氧化二铁和3g二氧化硅；
b然后将195g碳酸锆铵倒入涂料桶中，边搅拌，边加入700g二氧化锆和97g二氧化铪；
c搅拌均匀后加入4g氧化钠、0.5g三氧化二铁和3g二氧化硅，并持续搅拌2小时，在25℃条件下测定涂料黏度在12.7cPs，涂料制备完成。
型壳制备：涂料制备好后，将清洗后的蜡模涂挂面涂层。涂料充分干燥和硬化后，再进行背层涂挂，背层通常涂挂8-12次，最后一次只粘涂料浆，不撒砂。背层干燥到80%-90%时，采用电热法脱蜡，脱蜡过程中尽可能的让型腔中的蜡流净，以避免在后面高温焙烧后，型壳中残存多的灰份和残渣。将己脱蜡的型壳放入高温烘培炉内焙烧，温度不低于900℃，在最高温度下的保温时间在2-2.5小时，保温结束后断电随炉冷却，当温度降到350℃以下时，即可出炉，取出型壳准备熔炼浇注。熔炼浇注在真空自耗电极电弧凝壳炉中进行，铸件组浇注后，在炉内随炉冷却，当温度降低到400℃以下时，即可开炉取出铸件组，并进行铸件清理和精整，得到成品铸件。
正常情况下碳酸锆铵以阴离子羟基化锆聚合物形式存在，而该涂料在涂层干燥过程中，水分蒸发，阴离子羟基化锆聚合物分子变得不稳定，发生分解、聚合，最后成溶胶形成长链网状结构分子，与耐火骨料粉胶凝在一起，从而达到抗水黏结的效果，涂层干燥后遇水不易发生回溶，可获得内表面緻密光滑的型壳和质量优良的钛及钛合金铸件。
制备的钛及钛合金铸造用涂料，在配制和使用过程中无需添加氨水，用过之后，只需及时加盖密封防止其中的氨挥发损失就可以，涂料性能非常稳定，不会发生胶凝，涂层也不会发生回溶，可不必定期检查它的固体总含量，而且使用寿命达到20天以上。该涂料的物理性质：25℃条件下，黏度为12.7cPs，密度为3.2g/cm3，外观为无色或浅黄色透明液体。由此可见，该涂料浆具有性能稳定，使用寿命长的优点，前述三种黏结剂与氧化锆配制料浆寿命的比较见表1，三种黏结剂的价格比较见表2。。
表1 三种黏结剂与氧化锆配制料浆寿命的比较
料浆类别 二醋酸锆-氧化锆料浆 碳酸锆铵-氧化锆料浆 钇溶胶-氧化锆料浆
寿命/天 ≥15 ≥20 ≥25
表2 三种黏结剂的价格比较
料浆类别 二醋酸锆 碳酸锆铵 钇溶胶
价格（元/Kg） 35 35 100
从表1可见，碳酸锆铵-氧化锆料浆寿命已够长了，可滿足涂料要求；而且从表2的数据看出碳酸锆铵相对于其他黏结剂，价格较为便宜，使本产品在市场上具有更好的竞争力。
而且在配制和使用过程中不需添加氨水调节涂料，环保无污染，同时制备方法较为简单。使用该涂料精铸的型壳，型壳中各层结合层均具有较强的粘结力，不受季节性温度和湿度变化影响，涂料后型壳体积稳定，不易产生裂纹、空鼓、涂层回溶和脱落的弊病，可确保获得型腔内表面层光滑緻密的型壳和质量优良的钛及钛合金铸件。避免和减少了铸件后期处理的工作量，确保了铸件的质量，降低了生产成本，缩短了生产周期，提高了材料的利用率。
实施例二
涂料的制备：a首先称量180g碳酸锆铵、600g二氧化锆、150g二氧化铪、3g氧化钠、0.6g三氧化二铁和3g二氧化硅；
b然后将180g碳酸锆铵倒入涂料桶中，边搅拌，边加入600g二氧化锆和150g二氧化铪；
c搅拌均匀后加入3g氧化钠、0.6g三氧化二铁和3g二氧化硅，并持续搅拌4小时，在25℃条件下测定涂料黏度在13cPs，涂料制备完成。得到的涂料的寿命与实施例一中得到的涂料寿命检测结果相同，都大于或等于20天。该涂料的物理性质：25℃条件下，黏度为13cPs，密度为3.5g/cm3，外观为无色或浅黄色透明液体。
实施例三
涂料的制备：a首先称量220g碳酸锆铵、800g二氧化锆、2.7g二氧化钠、0.6g三氧化二铁和2.7g二氧化硅；
b然后将220g碳酸锆铵倒入涂料桶中，边搅拌，边加入800g二氧化锆；
c搅拌均匀后加入2.7g氧化钠、0.6g三氧化二铁和2.7g二氧化硅，并持续搅拌3小时，在25℃条件下测定涂料黏度在11.9cPs，涂料制备完成。得到的涂料的寿命与实施例一中得到的涂料寿命检测结果相同，都大于或等于20天。该涂料的物理性质：25℃条件下，黏度为11.9cPs，密度为2.8g/cm3，外观为无色或浅黄色透明液体。
实施例四
涂料的制备：a首先称量200g碳酸锆铵、780g氧化锆、3.5g氧化钠、0.5g三氧化二铁和4g氧化硅；
b然后将200g碳酸锆铵倒入涂料桶中，边搅拌，边加入780g氧化锆；
c搅拌均匀后加入3.5g氧化钠、0.5g三氧化二铁和4g氧化硅，并持续搅拌4小时，在25℃条件下测定涂料黏度在12.3cPs，涂料制备完成。得到的涂料的寿命与实施例一中得到的涂料寿命检测结果相同，都大于或等于20天。该涂料的物理性质：25℃条件下，黏度为12.3cPs，密度为3.0g/cm3，外观为无色或浅黄色透明液体。

Claims (4)

1.一种钛及钛合金铸造用涂料，其特征在于：包含以下组分和各组分的相对质量比例关系为：
碳酸锆铵：耐火骨料粉：表面活性剂=18～22：75～80：0.6～0.8，所述耐火骨料粉为二氧化锆或二氧化锆与二氧化铪的混合物，所述表面活性剂由氧化钠、三氧化二铁和二氧化硅组成，所述表面活性剂中氧化钠、三氧化二铁和二氧化硅的质量比为8～10：1～2：6～10。
2.如权利要求1所述一种钛及钛合金铸造用涂料，其特征在于：包含以下组分和各组分的相对质量比例关系为：
碳酸锆铵：耐火骨料粉：表面活性剂=19.5：79.7：0.75。
3. 如权利要求1或2所述一种钛及钛合金铸造用涂料，其特征在于：所述表面活性剂中氧化钠、三氧化二铁和二氧化硅的质量比为8：1：6。
4.一种权利要求1所述钛及钛合金铸造用涂料的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
a首先计量好碳酸锆铵、耐火骨料粉和表面活性剂；
b然后将碳酸锆铵倒入涂料桶中，边搅拌，边加入耐火骨份料；
c搅拌均匀后加入表面活性剂，并持续搅拌2-4小时，然后在25℃条件下测定涂料黏度，黏度控制在11-14cPs范围内，则涂料制备完成。
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