CN106513567A - 一种新型环保铸造涂料及其制备方法、使用方法 - Google Patents
一种新型环保铸造涂料及其制备方法、使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种新型环保铸造涂料及其制备方法、使用方法。本发明公开了一种铸造用涂料，包括组分A、组分B、组分C，其中三者质量份为：组分A90‑100份、组分B110‑125份、组分C10‑15份。组分A为耐火材料组分，组分B为载液及粘结剂组分，组分C为添加剂及助剂组分。该涂料不仅具备隔热性能好、强度高、低发气量、流变性能、悬浮性能好等优点，而且环保无毒，同时在制备该涂料的过程中，对原料的选择进行了精心的筛选，采用经济性的回收陶瓷粉和铁矿尾矿砂作为原料进行制备，兼具环保性与经济性。
Description
技术领域
本发明属于铸造领域，具体涉及一种环保型的铸造用涂料及其制备方法、使用方法。
背景技术
消失模铸造技术是一种在国内外得到了广泛应用的精确成型技术。涂料是消失模铸造工艺的关键技术之一，涂料质量的好坏直接影响该工艺的成败。许多文献中披露，消失模铸造工艺成功与否50%取决于模样，30%取决于涂料，20%取决于其他工艺因素，所以国内外铸造工作者对消失模铸造技术中所使用的铸造涂料非常重视。在我国，由于铸造涂料的商品化程度不高，大部分消失模铸造厂家对涂料的配方和性能缺乏系统深入的研究，在实际生产中一般都在生产现场自配自用，导致铸件质量问题较多，直接削弱了消失模铸造精确生产的优势，极大地限制了消失模铸造技术的发展。因此，深入系统的研究并有效地控制消失模铸造涂料对提高整体消失模铸造工艺过程的稳定性具有重大而深远的意义。
铸造用涂料除了需要满足对隔热性能、强度的要求，还需要该涂料在涂装的过程中实用且利于储存，除此之外还需要考虑到该涂料的环保性能、经济性能等多种因素。现有技术中，铸造涂料往往偏重于满足实际使用过程的涂装型能，往往忽视了其他需要满足的性能，如申请号为201310609022.3的名为《一种铸造涂料》的中国专利，该方案公开了一种包括原砂、粘结剂、固化剂和润滑剂的铸造涂料，该涂料也能用于铸造，然而在该方案中对涂料除了涂装性能以外的性质并未投入过多关注。
发明内容
针对近年来一直提倡的环保化生产理念，本发明中提供了一种环保型的铸造用涂料，该涂料不仅具备隔热性能好、强度高、低发气量、流变性能、悬浮性能好等优点，而且环保无毒，同时在制备该涂料的过程中，对原料的选择进行了精心的筛选，采用经济性的回收陶瓷粉和铁矿尾矿砂作为原料进行制备，兼具环保性与经济性。
本发明所要解决的技术问题通过以下步骤予以实现：
铸造涂料可由多种原料配制而成，通常要包括耐火材料、载液、粘结剂、悬浮剂和助剂等成分。耐火材料是形成涂层的主体部分，是决定涂层强度、稳定性、发气性的最重要的组成部分，本发明的组分A中选用多种不同的矿物材料相互配合制成了隔热性能好且强度高的原料。本发明中选用回收陶瓷粉、铁矿尾矿砂、硅藻土组成了耐火材料的主要成分，这三种粉末材料耐火性好，但是与涂料中其他成分之间的结合能力不足，当与其他原料相混合，在载液中沉降，故在组分A中还添加有一定含量的较为轻质的白炭黑和次石墨，白炭黑质量轻、颗粒表面极性强，次石墨原矿是一种独特的球形碳化物矩阵结构的残存复合矿物，微观上是一种合成超离散碳化硅粉的现成的片岩，将次石墨粉末应用于耐火材料中，取其孔隙率高（超过5%）、压缩强度大（大于10kt/mm2）、导热系数小、展开相表面积大的特点，不仅次石墨材料本身耐高温性能好，而且能够与其他的粉末原料相结合，形成稳定的结构组成，提升组分A的整体稳定性。
本发明的组分B中采用异丙醇、2-丁氧基乙醇作为载液、二亚苄基山梨醇和氢化蓖麻油作为活性调节剂、酚醛树脂及偶联剂作为粘结剂。本发明的组分C中选用二氧化硅气凝胶和硫酸钡作为活性成分添加剂，有助于增加粘结效果，同时有助于涂料内部原料的分散。
本发明中选择的回收陶瓷粉可包括各类陶瓷，在实践中，以氧化物陶瓷为宜，一方面是氧化物陶瓷，如氧化铝陶瓷，便宜易得，产量大，易回收，同时，氧化物陶瓷相对硬度低，易于进行破碎、粉碎等机械加工处理。本发明中选用的铁矿尾矿砂优选采选完铁矿后，完全没有利用价值的尾矿砂，其颗粒粒度不大于0.1mm，SiO2含量超过65%。铁矿尾矿砂便宜易得，经过破碎采选后往往粒度均一，且表面活性较高，非常适合作为本发明中耐火材料的原料粉体。
本发明中提供的铸造用涂料组成及重量份为：
所述添加剂包括组分A、组分B、组分C，其中三者质量份为：
组分A 90-100份
组分B 110-125份
组分C 10-15份
其中，组分A及组分A内各组成重量份为：
回收陶瓷粉 20-30份
铁矿尾矿砂 15-20份
硅藻土 15-20份
白炭黑 10-15份
次石墨 5-8份
组分A中回收陶瓷粉和铁矿尾矿砂粒度为140-280μm。
进一步优选，可将硅藻土表面进行活化，组分A中硅藻土采用表面酸浸活化后的硅藻土，进一步提升硅藻土的表面活性。
组分B及组分B内各组成重量份为：
异丙醇 65-80份
2-丁氧基乙醇 10-15份
二亚苄基山梨醇 5-8份
氢化蓖麻油 6-12份
酚醛树脂 25-28份
偶联剂 0.6-0.8份
组分B中的偶联剂为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂。
组分C及组分C内各组成重量份为：
二氧化硅气凝胶 15-20份
硫酸钡 2-4份
组分C中二氧化硅气凝胶比表面积为450-480m2/g，密度为55-70kg/m3。
进一步地，本发明中的涂料密度为1.75-1.88g/cm3。
本发明还提供一种制备上述铸造用涂料的方法，包括如下步骤：
步骤一，将组分A中的各原料破碎、混合均匀后在250-300℃温度下烘烤6-8小时，烘烤后研磨至固体颗粒粒度小于20μm，制得组分A；
优选地，组分A原料破碎后粒度为30-50μm。
优选地，组分A研磨完毕后在250-300℃温度下继续烘烤4-8小时。
步骤二，将组分B中的各原料混合，在800-1500r/min条件下分散25-45min，制得组分B；
步骤三，将组分C中的各原料混合均匀后研磨至固体颗粒粒度小于20μm，制得组分C；
步骤四，将上述步骤中制得的组分A、B、C混合后，在55-65℃温度条件下研磨至固体颗粒粒度小于10μm即得所需涂料。
本发明中的铸造用涂料耐火性能好、流动性佳，尤其适用于应用于有复杂结构的铸型表面。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中制备的铸造用涂料对原料的选择进行了精心的筛选，采用经济性的回收陶瓷粉和铁矿尾矿砂作为原料进行制备，兼具环保性与经济性。
2、本发明中的铸造用涂料隔热性能好，在高温环境下稳定性佳，使用过程中不产生有毒有害气体，对操作人员和操作环境无影响。
3、本发明中的铸造用涂料能降低金属型所受的热冲击，提高其使用寿命，可调节系统热阻、控制冷却速度，以保证铸件的组织和性能达到要求。
4、本发明中的铸造用涂料具有低的发气量，避免因气体排出造成的教主不完全、气孔、夹渣和碳黑等缺陷。
5、本发明中的铸造用涂料流变性能好，耐储存、易清理。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容进行进一步的描述。
实施例1
1、成分配比
组分A及组分A内各组成重量份为：
回收陶瓷粉 20份
铁矿尾矿砂 15份
硅藻土 15份
白炭黑 10份
次石墨 5份
组分A中回收陶瓷粉为回收的氧化铝陶瓷，铁矿尾矿砂为市售产品，其中SiO2含量为70%左右，产地为辽宁鞍山。
组分B及组分B内各组成重量份为：
异丙醇 65份
2-丁氧基乙醇 10份
二亚苄基山梨醇 5份
氢化蓖麻油 6份
酚醛树脂 25份
硅烷偶联剂 0.6份
组分C及组分C内各组成重量份为：
二氧化硅气凝胶 15份
硫酸钡 2份
其中，组分A中回收陶瓷粉和铁矿尾矿砂粒度为174μm。
硅藻土采用表面酸浸活化后的硅藻土，本实施例中采用盐酸酸浸活化硅藻土，活化后清洗硅藻土至硅藻土矿浆pH为6.5-7，烘干即得所需硅藻土。
组分C中二氧化硅气凝胶比表面积为465m2/g，密度为68kg/m3。
组分A、组分B、组分C质量份为：
组分A 90份
组分B 110份
组分C 10份
2、涂料的制备
步骤一，将组分A中的各原料破碎至30μm、混合均匀后在280℃温度下烘烤8小时，烘烤后研磨至固体颗粒粒度小于20μm，然后在300℃温度下继续烘烤8小时，制得组分A；
步骤二，将组分B中的各原料混合，在1500r/min条件下分散45min，制得组分B；
步骤三，将组分C中的各原料混合均匀后研磨至固体颗粒粒度小于20μm，制得组分C；
步骤四，将上述步骤中制得的组分A、B、C混合后，在65℃温度条件下研磨至固体颗粒粒度小于10μm即得所需涂料。
实施例2
本实施例中采用的原料与实施例1相同，制备方法也与实施例1相同。
组分A及组分A内各组成重量份为：
回收陶瓷粉 25份
铁矿尾矿砂 17份
硅藻土 16份
白炭黑 12份
次石墨 6.5份
组分B及组分B内各组成重量份为：
异丙醇 70份
2-丁氧基乙醇 14份
二亚苄基山梨醇 6份
氢化蓖麻油 6.5份
酚醛树脂 27份
硅烷偶联剂 0.6份
组分C及组分C内各组成重量份为：
二氧化硅气凝胶 16份
硫酸钡 3份
组分A、组分B、组分C质量份为：
组分A 95份
组分B 120份
组分C 14份
实施例3
本实施例中采用的原料与实施例1相同，制备方法也与实施例1相同。
组分A及组分A内各组成重量份为：
回收陶瓷粉 22份
铁矿尾矿砂 19份
硅藻土 19.5份
白炭黑 13份
次石墨 6份
组分B及组分B内各组成重量份为：
异丙醇 72份
2-丁氧基乙醇 14份
二亚苄基山梨醇 7份
氢化蓖麻油 9份
酚醛树脂 26份
硅烷偶联剂 0.75份
组分C及组分C内各组成重量份为：
二氧化硅气凝胶 17.5份
硫酸钡 3份
组分A、组分B、组分C质量份为：
组分A 96份
组分B 123份
组分C 14份
实施例4
本实施例中采用的原料与实施例1相同，制备方法也与实施例1相同。
组分A及组分A内各组成重量份为：
回收陶瓷粉 30份
铁矿尾矿砂 20份
硅藻土 20份
白炭黑 15份
次石墨 8份
组分B及组分B内各组成重量份为：
异丙醇 80份
2-丁氧基乙醇 15份
二亚苄基山梨醇 8份
氢化蓖麻油 12份
酚醛树脂 28份
硅烷偶联剂 0.8份
组分C及组分C内各组成重量份为：
二氧化硅气凝胶 20份
硫酸钡 4份
组分A、组分B、组分C质量份为：
组分A 100份
组分B 125份
组分C 13.7份
将实施例1、2、3、4中制得的铸造用涂料用自动喷涂设备涂装于铸型表面，测试涂料密度、悬浮性、条件粘度、触变性和发气性。
涂料密度的测量方法采用通用的量筒称量法。
涂料悬浮性是涂料抵抗固体耐火粉料分层和沉淀的能力，用悬浮率%表示。对悬浮性的测试采用具塞量筒测量法，将配置好的涂料将拌均匀后立即倒入准备好的具塞量筒中，使其液面达到100ml标高处，在静止状态下，将涂料试样放置一定时间后，观察涂料沉淀情况，以非沉淀物占原涂料溶剂的百分比表示该涂料的悬浮性。
涂料的条件粘度由流杯法测定。
涂料的触变性能采用旋转粘度计测试。
涂料的发气性在智能发气性测试仪上进行测定，测试方法为：将待测涂料置于烘干箱中，升温至150℃，保温3h，冷却至室温，研磨成粉末备用。测试时，将测试仪升温至850℃，保持恒定温度，取涂料试样1g置于瓷舟中，然后将瓷舟放入高温炉的瓷管中，并迅速推入至炉子的石英管红热部分，用塞子将管口封闭，使试样在极热的条件下加热，同时发气性测试仪的记录部分开始工作，记录发气量。
测试结果如下：
通过上述测试结果和在使用过程中的实践看来，实施例中的铸造用涂料密度适中，耐储存、流变触变性能好、发气量低（对比普通铸造用涂料发气量超过30ml/g），在实际使用过程中强度高、耐热性能好，与现有的铸造用涂料相比，具有明显的性能优势。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种新型环保铸造用涂料，其特征在于组成及重量份为：
所述添加剂包括组分A、组分B、组分C，其中三者质量份为：
组分A 90-100份
组分B 110-125份
组分C 10-15份
其中，组分A及组分A内各组成重量份为：
回收陶瓷粉 20-30份
铁矿尾矿砂 15-20份
硅藻土 15-20份
白炭黑 10-15份
次石墨 5-8份
组分B及组分B内各组成重量份为：
异丙醇 65-80份
2-丁氧基乙醇 10-15份
二亚苄基山梨醇 5-8份
氢化蓖麻油 6-12份
酚醛树脂 25-28份
偶联剂 0.6-0.8份
组分C及组分C内各组成重量份为：
二氧化硅气凝胶 15-20份
硫酸钡 2-4份。
2.如权利要求1所述铸造用涂料，其特征在于：组分A中回收陶瓷粉和铁矿尾矿砂粒度为140-280μm。
3.如权利要求1所述铸造用涂料，其特征在于：组分A中硅藻土为表面酸浸活化后的硅藻土。
4.如权利要求1所述铸造用涂料，其特征在于：组分B中的偶联剂为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂。
5.如权利要求1所述铸造用涂料，其特征在于：组分C中二氧化硅气凝胶比表面积为450-480m2/g，密度为55-70kg/m3。
6.如权利要求1所述铸造用涂料，其特征在于：所述涂料密度为1.75-1.88g/cm3。
7.一种制备如权利要求1-6任一所述铸造用涂料的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，将组分A中的各原料破碎、混合均匀后在250-300℃温度下烘烤6-8小时，烘烤后研磨至固体颗粒粒度小于20μm，制得组分A；
步骤二，将组分B中的各原料混合，在800-1500r/min条件下分散25-45min，制得组分B；
步骤三，将组分C中的各原料混合均匀后研磨至固体颗粒粒度小于20μm，制得组分C；
步骤四，将上述步骤中制得的组分A、B、C混合后，在55-65℃温度条件下研磨至固体颗粒粒度小于10μm即得所需涂料。
8.如权利要求6所述的涂料制备方法，其特征在于：步骤一中组分A原料破碎后粒度为30-50μm。
9.如权利要求6所述的涂料制备方法，其特征在于：步骤一中组分A研磨完毕后在250-300℃温度下继续烘烤4-8小时。
10.一种如权利要求1-6任一所述铸造用涂料的使用方法，其特征在于：所述涂料应用于有复杂结构的铸型表面。
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