CN105014048B - 一种含有二氧化硅的铝合金铸渗用涂料及利用其制备铸渗涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了含有SiO2的铝合金铸渗用涂料及利用其制备铸渗涂层的方法，所述涂料主要由以下重量份比例的组分所制成：25～45份SiO2、45～65份CrO3、3～10份熔盐、3～7份氟化钠、1～3份粘结剂。相对于现有技术，本发明铝合金铸渗用涂料及利用其制备铸渗涂层的方法，不仅具有制造工序少，制造周期短，生产成本低等优点的优势，最重要的是通过特定的涂料，结合铸渗技术，所制成适用于铝合金的涂层，其耐腐蚀性大大提高；同时，所得涂层的厚度在数微米到十余微米之间，可最大程度降低对铝合金导热性的影响。

Description

一种含有二氧化硅的铝合金铸渗用涂料及利用其制备铸渗涂 层的方法
技术领域
本发明涉及一种含有二氧化硅的铝合金铸渗用涂料及利用其制备铸渗涂层的方法，可有效提高铸造铝合金表面的耐腐蚀性能，属于铸造技术领域。
背景技术
铝是一种化学性质活泼的金属，在常温下就很容易跟氧气发生反应，生成一层致密而坚固的氧化铝薄膜.这层薄膜可以阻止内层的铝进一步氧化，可以满足日常使用的要求。但在弱的酸、碱性条件下，这层膜的作用有限，不能有效阻止铝合金的腐蚀，由此，对铝合金的耐腐蚀性能提出了更高的要求。
如铸铝在冷凝式热水器中的应用。在燃气热水器尾部增设冷凝换热器，可降低排烟温度，在释放烟气显热的同时将烟气中的水蒸气冷凝，使之释放液化潜热，因此其热效率较常规热水器高10％～15％。通常其排烟温度低于110℃，热效率不低于96％。采用冷凝式燃气热水器的另一个好处是，冷凝水可将烟气中SOx和NOx等酸性气体溶解，能有效减少烟气排放造成的污染，减轻环境污染。
铸铝的导热性能优良，热导率明显高于铸铁，另外铝材价格低廉，适合工业上大规模使用。其次，从设计上来看，铸铝换热器的可靠设计也使其具有充分的优势：铝制换热器的壁厚大，在保证较高的换热强度的基础上，可以承受更高的水压，维持长期稳定运行；且铝合金熔化后具有良好的流动性，铸造和加工性优良。基于这些特点，铸铝冷凝式换热器近年来得到了快速发展。
但由于酸性物质溶解于冷凝水中形成了pH值约为3～5的酸性液体，会对换热器冷凝段的铝合金产生严重的腐蚀，降低热水器的使用寿命，影响使用的安全性。
铸渗也叫涂覆铸造，是将能形成表面特殊性能层的各种合金粉末粘附、贴固或涂刷在铸型的特定表面上,然后浇注液体金属，利用其热量使涂层材料熔化而与母材金属物理结合或反应结合，从而在铸件表面形成具有特殊性能的涂层的技术。与现用阳极氧化、电镀、化学镀、激光熔覆、微弧氧化和等离子喷涂等、铝合金表面处理方法相比，铸渗不需要专门的设备，不受铸件形状的限制，可以处理铸件的任一表面，它将传统铸造和材料表面复合强化技术相结合，在铸造的同时进行表面处理，并且充分利用了金属液的余热及金属液凝固时的潜热，无需后续加工，工序简单，能耗降低。
目前，现有铸渗技术的研究主要围绕黑色金属，近年来也有镁合金铸件铸渗工艺的研究，而目前还没有铸渗技术应用于铝合金的研究。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种含有二氧化硅(下文中简称SiO2)的铝合金铸渗用涂料及利用其制备铸渗涂层的方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种含有SiO2的铝合金铸渗用涂料，其主要由以下重量份比例的组分所制成：
25～45份SiO2、45～65份CrO3、3～10份熔盐、3～7份氟化钠、1～3份粘结剂。
作为优选，所述的含有SiO2的铝合金铸渗用涂料主要由以下重量份比例的组分所制成：
30～40份SiO2、50～60份CrO3、4～8份熔盐、2～4份氟化钠、1～2份粘结剂。
作为另一种优选，所述的含有SiO2的铝合金铸渗用涂料主要由以下重量份比例的组分所制成：
30份SiO2、60份CrO3、4份熔盐、4份氟化钠、1份粘结剂。
作为另一种优选，所述SiO2的颗粒尺寸≥250目。
作为另一种优选，所述熔盐由NaCl、KCl和MgCl2按摩尔量比为18：47：35组成。
作为另一种优选，所述粘结剂羧甲基纤维素钠或聚乙稀醇。
本发明还提供了利用所述含有SiO2的铝合金铸渗用涂料及利用其制备铸渗涂层的方法，包括以下步骤：
(1)取SiO2、CrO3、熔盐、氟化钠和粘结剂混合均匀，加入纯水制成涂料；
(2)将上述涂料涂覆在铸型型腔或砂芯表面，在温度为100～120℃条件下烘干；
(3)将熔炼好的铝液浇注入上述型腔或砂芯表面，铝液和型腔或砂芯表面的涂料发生相互作用，在铸件表面即得所述涂层。
作为优选，所述铸型为水玻璃砂型、树脂砂型或砂芯。
作为另一种优选，所述浇注温度为720～750℃。
有益效果：相对于现有技术，本发明铝合金铸渗用涂料及利用其制备铸渗涂层的方法，不仅具有制造工序少，制造周期短，生产成本低等优点的优势，最重要的是通过特定的涂料，结合铸渗技术，所制成适用于铝合金的涂层，其耐腐蚀性大大提高；同时，所得涂层的厚度在数微米到十余微米之间，最大程度降低对铝合金导热性的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
组分及配比：
35份SiO2、55份CrO3、8份熔盐、5份氟化钠、1份羧甲基纤维素钠；
所述SiO2的颗粒尺寸≥250目；
所述熔盐由NaCl、KCl和MgCl2按摩尔量比为18：47：35组成。
制备方法：
(1)取SiO2、CrO3、熔盐、氟化钠和羧甲基纤维素钠混合均匀，加入纯水制成涂料；
(2)将上述涂料涂覆在水玻璃砂型型腔，在温度为100℃条件下烘干；
(3)将熔炼好的铝液浇注入上述型腔，浇注温度为720℃，铝液和型腔表面的涂料发生相互作用，在铸件表面即得所述涂层。
实施例2
组分及配比：
45份SiO2、50份CrO3、3份熔盐、3份氟化钠、2份聚乙烯醇；
所述SiO2的颗粒尺寸≥250目；
所述熔盐由NaCl、KCl和MgCl2按摩尔量比为18：47：35组成。
制备方法：
(1)取SiO2、CrO3、熔盐、氟化钠和聚乙烯醇混合均匀，加入纯水制成涂料；
(2)将上述涂料涂覆在树脂砂型型腔，在温度为120℃条件下烘干；
(3)将熔炼好的铝液浇注入上述型腔，浇注温度为750℃，铝液和型腔表面的涂料发生相互作用，在铸件表面即得所述涂层。
实施例3
组分及配比：
30份SiO2、60份CrO3、4份熔盐、4份氟化钠、1份羧甲基纤维素钠；
所述SiO2的颗粒尺寸≥250目；
所述熔盐由NaCl、KCl和MgCl2按摩尔量比为18：47：35组成。
制备方法：
(1)取SiO2、CrO3、熔盐、氟化钠和羧甲基纤维素钠混合均匀，加入纯水制成涂料；
(2)将上述涂料涂覆在砂芯表面，在温度为110℃条件下烘干；
(3)将熔炼好的铝液浇注入上述型腔，浇注温度为740℃，铝液和砂芯表面的涂料发生相互作用，在铸件表面即得所述涂层。
实施例4
组分及重量份比例：
40份SiO2、45份CrO3、5份熔盐、3份氟化钠、2份羧甲基纤维素钠；
所述SiO2的颗粒尺寸≥250目；
所述熔盐由NaCl、KCl和MgCl2按摩尔量比为18：47：35组成。
制备方法：
(1)取SiO2、CrO3、熔盐、氟化钠和羧甲基纤维素钠混合均匀，加入纯水制成涂料；
(2)将上述涂料涂覆在砂芯表面，在温度为110℃条件下烘干；
(3)将熔炼好的铝液浇注入上述型腔，浇注温度为730℃，铝液和砂芯表面的涂料发生相互作用，在铸件表面即得所述涂层。
实施例5
组分及配比：
45份SiO2、65份CrO3、4份熔盐、3份氟化钠、3份聚乙烯醇；
所述SiO2的颗粒尺寸≥250目；
所述熔盐由NaCl、KCl和MgCl2按摩尔量比为18：47：35组成。
制备方法：
(1)取SiO2、CrO3、熔盐、氟化钠和聚乙烯醇混合均匀，加入纯水制成涂料；
(2)将上述涂料涂覆在水玻璃砂型型腔，在温度为120℃条件下烘干；
(3)将熔炼好的铝液浇注入上述型腔，浇注温度为740℃，铝液和型腔表面的涂料发生相互作用，在铸件表面即得所述涂层。
实验例本发明所得涂层的耐腐蚀性检测
(1)试样制备。制备边长8mm，长20mm的棱柱形试样，用水清洗后烘干。将柱体顶端无涂层面涂覆一层环氧树脂，凝固后测量试样的原始重量，计算其表面积。
(2)腐蚀介质配制。用质量分数为98％的分析纯硫酸与一定体积的去离子水混合，配制pH＝3的腐蚀液。
(3)腐蚀试验。取容积为500ml的烧杯，用蒸馏水洗净后烘干，加入配好的H2SO4溶液，放入样品。将烧杯放入25℃的恒温箱，每隔一天换一次腐蚀液，分别在72、120、168、240和336小时后取出样品，清洗样品表面并称量其重量。
(4)结果分析。采用失重法分析涂层的耐腐蚀性，用下式计算平均腐蚀速率：
式中，v为腐蚀速率(g/m2·h)，m0为试样腐蚀前的重量(g)，m1为试样清除腐蚀产物后的重量(g)，S为试样表面积(m2)，t为腐蚀时间(h)。
采用上述方法对本发明实施例3、4和5所得涂层进行耐腐蚀性检测，以未加涂层的原始样品作为对照品，检测结果见表1.
表1各样品不同时间点的腐蚀速率(g/m2·h)
由表1结果可得，本发明所得涂层样品在浸泡的前72小时没有明显的腐蚀发生，在120小时，有2个样品发生腐蚀，但即使腐蚀较快的样品，腐蚀速度也只有未处理样品的2.7％，在336小时，腐蚀速率是原始样品的约25.2～32％，耐腐性性能显著提高。

Claims (8)

1.一种含有SiO2的铝合金铸渗用涂料，其特征在于，其由以下重量份比例的组分所制成：
25～45份SiO2、45～65份CrO3、3～10份熔盐、3～7份氟化钠、1～3份粘结剂。
2.根据权利要求1所述的含有SiO2的铝合金铸渗用涂料，其特征在于，其由以下重量份比例的组分所制成：
30份SiO2、60份CrO3、4份熔盐、4份氟化钠、1份粘结剂。
3.根据权利要求1所述的含有SiO2的铝合金铸渗用涂料，其特征在于，所述SiO2的颗粒尺寸≥250目。
4.根据权利要求1所述的含有SiO2的铝合金铸渗用涂料，其特征在于，所述熔盐由NaCl、KCl和MgCl2按摩尔量比为18：47：35组成。
5.根据权利要求1所述的含有SiO2的铝合金铸渗用涂料，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠或聚乙稀醇。
6.利用权利要求1-5任一项所述含有SiO2的铝合金铸渗用涂料制备铸渗涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取SiO2、CrO3、熔盐、氟化钠和粘结剂混合均匀，加入纯水制成涂料；
(2)将上述涂料涂覆在铸型型腔或砂芯表面，在温度为100～120℃条件下烘干；
(3)将熔炼好的铝液浇注入上述型腔或砂芯表面，铝液和型腔或砂芯表面的涂料发生相互作用，在铸件表面即得所述涂层。
7.根据权利要求6所述的制备铸渗涂层的方法，其特征在于，所述铸型为水玻璃砂型或树脂砂型。
8.根据权利要求6所述的制备铸渗涂层的方法，其特征在于，所述步骤(3)中浇注时的温度为720～750℃。
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