CN106077445A

CN106077445A - 一种铝合金低压铸造用金属型涂料及其制备方法

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Publication number: CN106077445A
Application number: CN201610606181.1A
Authority: CN
Inventors: 董选普; 郑徐雨; 王萌; 靳永明; 凌宏江; 潘晓波
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: CN106077445B

Abstract

本发明公开了一种铝合金低压铸造用金属型涂料，其包括硅‑铝‑铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂。所述硅‑铝‑铬三元复合溶胶、所述磷酸盐粘结剂、所述耐火粉料、所述乙酰丙酮、所述消泡剂、所述分散剂、所述附着力促进剂、所述流平剂及所述防沉降剂的质量比为1：(0.2～0.6):0.15:0.02:0.005:0.03:0.01:(0.0055～0.006):(0.011～0.012)。本发明还包括如上所述的铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法。

Description

一种铝合金低压铸造用金属型涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料加工及冶金类技术相关领域，更具体地，涉及一种铝合金低压铸造用金属型涂料及其制备方法。

背景技术

铝合金铸件具有一些其他铸件无法比拟的优势，如美观、质量轻、耐腐蚀等优势，使其广受用户的青睐，特别是在汽车向着轻量化发展以来，铝合金铸件在汽车工业中得到了广泛的应用。铝合金铸件的密度比铸铁和铸钢小，而强度则较高，因此在承受同样载荷条件下，采用铝合金铸件可以减轻结构的重量，故在航空工业、动力机械及运输机械制造中，铝合金铸件得到了广泛的应用。铝合金铸件具有良好的表面光泽，在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性，故在民用器皿中具有广泛的用途。此外，铝合金铸件有良好的导热性能，其可以用在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如内燃机的汽缸盖和活塞等也适于用铝合金来制造。

目前，低压铸造是生产铝合金铸件常用的方法之一，其具备充型稳定性高，铸件成形精度高、内部质量好，材料利用率高等优点。低压铸造中用的涂料的种类很多，低压铸造用涂料主要根据涂料粘结剂和耐高温的填充料来区分，低压铸造用涂料与金属型涂料的种类基本相同，且均能起到一定的保温和润滑作用，但普遍存在使用寿命短，易脱落、铸件表面光洁度差等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种铝合金低压铸造用金属型涂料及其制备方法，其基于铝合金低压铸造的特点，针对铝合金低压铸造用金属型涂料的组分及组分质量含量等进行了设计。所述金属型涂料内的硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂的质量比为1：(0.2～0.6):(0.1～0.2):0.02:0.005:0.03:0.01:(0.0055～0.006):(0.011～0.012)，使得所述金属型涂料具备良好的润滑性、脱模性、粘结性，所述金属型涂料的表面的结合力达到160N/cm²，有利于提高铸件的表面质量和生产效率。此外，所述金属型涂料形成的涂层在高温下具备良好的高温强度，所述涂层的表面强度为II级；同时，所述金属型涂料的使用寿命较长，比普通同类涂料的使用寿命提高50％。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种铝合金低压铸造用金属型涂料，一种铝合金低压铸造用金属型涂料，其包括硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂。

所述硅-铝-铬三元复合溶胶、所述磷酸盐粘结剂、所述耐火粉料、所述乙酰丙酮、所述消泡剂、所述分散剂、所述附着力促进剂、所述流平剂及所述防沉降剂的质量比为1：(0.2～0.6):0.15:0.02:0.005:0.03:0.01:(0.0055～0.006):(0.011～0.012)。

进一步的，所述耐火粉料是氮化硼、二硫化钼、石墨、云母中的一种或者两种，其目数为2000目～3000目，平均粒径为3um～4um。

进一步的，所述硅-铝-铬三元复合溶胶与所述磷酸盐粘结剂的质量比为下列数值中的一个：1：0.2、1：0.4、1：0.6。

按照本发明的另一方面，提供了一种铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂按照质量比1：(0.2～0.6):(0.1～0.2):0.02:0.005:0.03:0.01:(0.0055～0.006):(0.011～0.012)进行混合，得到混合物；

(2)将所述混合物内加入陶瓷球叶片搅拌6小时后，再将所述混合物球磨48小时，以得到铝合金低压铸造用金属型涂料。

进一步的，所述硅-铝-铬三元复合溶胶是采用溶胶凝胶制备成的。

进一步的，所述磷酸盐粘结剂是由磷酸的水溶液与金属氢氧化物经水浴加热反应制成的。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，采用本发明的铝合金低压铸造用金属涂料及其制备方法，所述金属型涂料内的硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂的质量比为1：(0.2～0.6):(0.1～0.2):0.02:0.005:0.03:0.01:(0.0055～0.006):(0.011～0.012)，使得所述金属型涂料具备良好的润滑性、脱模性、粘结性，所述金属型涂料的表面的结合力达到160N/cm²，有利于提高铸件的表面质量和生产效率。此外，所述金属型涂料形成的涂层在高温下具备良好的高温强度，所述涂层的表面强度为II级；同时所述金属型涂料的使用寿命较长，比普通同类涂料的使用寿命提高50％。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的铝合金低压铸造用金属型涂料的制备流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，本发明第一实施方式提供的铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法，其包括以下步骤：

第一步，将各个组分按照预定质量比例混合。具体地，将硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂按照质量比1:0.2:0.15:0.02:0.005:0.03:0.01:0.00575:0.0115进行混合，以得到混合物。可以理解，在其他实施方式中，所述流平剂与所述硅-铝-铬三元复合溶胶的质量比可以为(0.0055～0.006)：1之间的任意值；所述防沉降剂与所述硅-铝-铬三元复合溶胶的质量比可以为(0.011～0.012)：1之间的任意值；所述磷酸盐粘结剂与所述硅-铝-铬三元复合溶胶的质量比可以为(0.2～0.6):1之间的任意值；所述耐火材料与所述硅-铝-铬三元复合溶胶的质量比可以为(0.1～0.2):1之间的任意值。

本实施方式中，所述磷酸盐粘结剂是由磷酸的水溶液与金属氢氧化物经水浴加热反应制备而成的，其中磷与金属离子的摩尔比为0.3～0.45。所述磷酸盐粘结剂的制备包括以下步骤：

(a)将工业磷酸、去离子水混合并加热搅拌；

(b)加热到一定温度后，加入金属氢氧化物粉末，冷凝回流直至体系变得澄清透明时停止加热，自然冷却至室温，调节体系的PH，得到磷酸盐粘结剂。

本实施方式中，所述硅-铝-铬三元复合溶胶采用溶胶凝胶法制备，其是按照一定的原子比混合制备而成的。所述硅-铝-铬三元复合溶胶的制备包括以下步骤：

(1)采用正硅酸乙酯作为前驱体，将前驱体、溶剂、酸性催化剂按照一定的摩尔比混合均匀后搅拌2小时，以得到稳定的二氧化硅溶胶；

(2)以九水硝酸铝、九水硝酸铬粉末为原料，配置成混合水溶液，以氨水作为催化剂，经一定温度的水浴加热并搅拌3小时后，得到澄清的铝-铬溶胶；

(3)按照一定的原子比将二氧化硅溶胶、铝-铬溶胶混合得到硅-铝-铬三元复合溶胶。

第二步，将得到的所述混合物进行搅拌及球磨，以得到铝合金低压铸造用金属型涂料。具体地，将所述混合物内加入陶瓷球叶片搅拌6小时后，再所述混合物球磨48小时，以得到铝合金低压铸造用金属型涂料。

采用本实施方式所制备的铝合金铸造用金属型涂料的表面结合力为96N/cm²，表面光洁度提高了一个等级，使用寿命与同类型的商品涂料相当。

本发明第二实施方式提供的铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法，其包括以下步骤：

第一步，将各个组分按照预定质量比例混合。具体地，将硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂按照质量比1:0.4:0.15:0.02:0.005:0.03:0.01:0.00575:0.0115进行混合，以得到混合物。本实施方式中，所述耐火粉料是氮化硼、二硫化钼、石墨、云母中的一种或者两种，其目数为2000目～3000目，平均粒径为3um～4um。

第二步，将得到的所述混合物进行搅拌及球磨，以得到铝合金低压铸造用金属型涂料。具体地，将所述混合物内加入陶瓷球叶片搅拌6小时后，再将所述混合物球磨48小时，以得到铝合金低压铸造用金属型涂料。

采用本实施方式所制备的铝合金铸造用金属型涂料的表面结合力为164N/cm²，表面光洁度提高了一个等级，使用寿命与同类型的商品涂料相比提高了两个班次左右。

本发明第三实施方式提供的铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法，其包括以下步骤：

第一步，将各个组分按照预定质量比例混合。具体地，将硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂按照质量比1:0.6:0.15:0.02:0.005:0.03:0.01:0.00575:0.0115进行混合，以得到混合物。

采用本实施方式所制备的铝合金铸造用金属型涂料的表面结合力为145N/cm²，表面光洁度提高了一个等级，使用寿命与同类型的商品涂料相比提高了一个班次左右。

本发明还提供了一种铝合金低压铸造用金属型涂料，其包括硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂，所述硅-铝-铬三元复合溶胶、所述磷酸盐粘结剂、所述耐火粉料、所述乙酰丙酮、所述消泡剂、所述分散剂、所述附着力促进剂、所述流平剂及所述防沉降剂的质量比为1：(0.2～0.6):(0.1～0.2):0.02:0.005:0.03:0.01:(0.0055～0.006):(0.011～0.012)。优选地，所述硅-铝-铬三元复合溶胶与所述耐火粉料的质量为1:0.15。

本发明所提供的铝合金低压铸造用金属型涂料使用时，首先，将所述铝合金低压铸造用金属型涂料按照一定比例进行稀释，测得涂料的波美度为6(对应的涂料密度为1.043g/ml)，经搅拌后留以备用；之后，对模具进行预处理，主要包括模具的喷砂、清灰处理，目的是清除所述模具的表面残留的涂层，获得洁净的模具表面；随后，为了使所述涂料较好的附着在所述模具表面上，对所述模具进行了烘烤，使所述模具的温度达到240℃～260℃；再者，将所述铝合金低压铸造用金属型涂料均匀的喷涂在所述模具表面上，使得所述模具的表面光洁；之后，模具合模后，进行再次烘烤，使所述模具的涂层中的水分彻底挥发并保持干燥，放置在模具备用区备用；之后，对所述模具进行一定时间的预热处理，使所述模具温度达到300℃～400℃，目的是降低模具对金属铝液的激冷作用；最后，将所述模具装配于低压铸造机中以进行浇注。

采用本发明的铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法，所述金属型涂料内的硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂的质量比为1：(0.2～0.6):(0.1～0.2):0.02:0.005:0.03:0.01:(0.0055～0.006):(0.011～0.012)，使得所述金属型涂料具备良好的润滑性、脱模性、粘结性，所述金属型涂料的表面的结合力达到160N/cm²，有利于提高铸件的表面质量和生产效率。此外，所述金属型涂料形成的涂层在高温下具备良好的高温强度，所述涂层的表面强度为II级；同时，所述金属型涂料的使用寿命较长，比普通同类涂料的使用寿命提高50％。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铝合金低压铸造用金属型涂料，其包括硅-铝-铬三元复合溶胶、磷酸盐粘结剂、耐火粉料、乙酰丙酮、消泡剂、分散剂、附着力促进剂、流平剂及防沉降剂，其特征在于：

2.如权利要求1所述的铝合金低压铸造用金属型涂料，其特征在于：所述耐火粉料是氮化硼、二硫化钼、石墨、云母中的一种或者两种，其目数为2000目～3000目，平均粒径为3um～4um。

3.如权利要求1所述的铝合金低压铸造用金属型涂料，其特征在于：所述硅-铝-铬三元复合溶胶与所述磷酸盐粘结剂的质量比为下列数值中的一个：1：0.2、1：0.4、1：0.6。

4.一种铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法，其包括以下步骤：

5.如权利要求1所述的铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法，其特征在于：所述硅-铝-铬三元复合溶胶是采用溶胶凝胶制备成的。

6.如权利要求1所述的铝合金低压铸造用金属型涂料的制备方法，其特征在于：所述磷酸盐粘结剂是由磷酸的水溶液与金属氢氧化物经水浴加热反应制成的。