CN107497992A - 消失模铸造涂料及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种消失模铸造涂料及其制备方法和使用方法，所述消失模铸造涂料以重量份数计包括以下组分：耐火骨料68～78份、羟乙基纤维素2～6份、纳基膨润土3～6份、糖浆4～7份、白乳胶2～6份和鳞片石墨粉2～5份。该消失模铸造涂料的各种原料按重量份数进行合理地配比，具有强度高和剥离性好的特点。利用该消失模铸造涂料制备的消失模铸件表面质量优良、无夹砂或粘砂，涂料能够在铸件开箱后自动剥离铸件表面，减少了铸件后期清铲打磨的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及铸造领域，特别是涉及消失模铸造涂料及其制备方法和使用方法。
背景技术
消失模铸造是将塑料泡沫制作成与待铸造零件的结构、尺寸一样或相似的实型模具，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺。用该工艺制造的铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度，而且尺寸误差小，从而减少了后期机械加工的费用和时间。此外，消失模铸造使用无粘结剂的干砂造型，减少了污染，被认为是21世纪最可能实现绿色铸造的工艺技术。
与一般砂型铸造涂料不同，消失模铸造涂料不是涂覆在铸型型腔上，而是涂覆在塑料泡沫模型上。当塑料泡沫模型被液态金属置换时，涂料实际上起到的是铸型作用，因而有“涂料即是铸型”之说。为了减少铸件夹砂或粘砂等缺陷，保证铸件成品率，需要提高模型强度和刚度，防止模型破坏或变型，确保金属液与铸型隔离，因此，消失模铸造涂料需要具有较高的强度。为了提高铸件在开箱后的加工效率，消失模铸造涂料还需要具有良好的剥离性。
传统的消失模铸造涂料通常存在以下问题：若其剥离性较好，则强度不够高，在涂挂后烘干的过程中会发生开裂甚至剥落的现象，使得型砂直接与高温钢水接触，最终导致产品夹砂或粘砂严重；若其强度足够高，则剥离性较差，在开箱后涂料将紧紧附着在铸件表面，会增加后续清铲打磨工序的工作量，导致工作效率低下和生产成本上升。
发明内容
基于此，有必要提供一种在消失模铸造过程中能够形成强度高且剥离性好的涂层的消失模铸造涂料及其制备方法和使用方法。
一种消失模铸造涂料，以重量份数计包括以下组分：耐火骨料68～78份、羟乙基纤维素2～6份、纳基膨润土3～6份、糖浆4～7份、白乳胶2～6份和鳞片石墨粉2～5份。
上述消失模铸造涂料的各种原料按重量份数进行了合理地配比，尤其是选定了羟乙基纤维素、钠基膨润土、白乳胶和鳞片石墨粉的重量份数，一方面决定了消失模铸造涂料在消失模铸造过程中形成的涂层具有较高的强度，不会因为与高温金属液接触而使强度明显下降，另一方面决定了上述涂层不会在烘干的过程中开裂或者剥落，同时又能够在铸件开箱后自动剥离铸件表面。该消失模铸造涂料应用于消失模铸造时，使制造的铸件具有表面质量优良、无夹砂或粘砂的优点，同时减少了铸件的后续清铲打磨工作量少。
在其中一个实施例中，耐火骨料为72～76份，羟乙基纤维素为2～4份，纳基膨润土为3～5份，糖浆为6～7份，白乳胶为3～5份，鳞片石墨粉为3～5份。
在其中一个实施例中，耐火骨料为74份，羟乙基纤维素为3份，纳基膨润土为4份，糖浆为7份，白乳胶为4份，鳞片石墨粉4为份。
在其中一个实施例中，耐火骨料为锆英粉、石英粉和刚玉粉中的至少一种。
在其中一个实施例中，锆英粉、石英粉和刚玉粉的目数为200～320目。
在其中一个实施例中，消失模铸造涂料以重量份数计还包括1～2份的添加剂。
上述消失模铸造涂料的制备方法：将上述消失模铸造涂料的各组分混合均匀，即可得到所述消失模铸造涂料。
该消失模铸造涂料的制备方法简单快捷，得到的消失模铸造涂料在消失模铸造过程中形成的涂层具有强度高和剥离性好的优点。
上述消失模铸造涂料的使用方法：将上述消失模铸造涂料与水按100:68～76的重量比混合，即可使用。
在其中一个实施例中，混合的条件为：在500～600转/分钟的转速下搅拌30～120分钟，再在180～240转/分钟的转速下搅拌20～40分钟。
在其中一个实施例中，将上述消失模铸造涂料与水按100:70的重量比混合均匀，混合的条件为：在550转/分钟的转速下搅拌90分钟，再在200转/分钟的转速下搅拌30分钟。
该消失模铸造涂料的使用方法简单易行，用于消失模铸造时形成的涂层具有强度高、剥离性好的优点，使制造的铸件具有表面质量优良、无夹砂或粘砂的优点，同时减少了铸件的后续清铲打磨工作量少。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将对本申请进行更全面的描述，并给出了本申请的较佳实施例。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施方式的消失模铸造涂料，以重量份数计包括以下组分：耐火骨料68～78份、羟乙基纤维素2～6份、纳基膨润土3～6份、糖浆4～7份、白乳胶2～6份和鳞片石墨粉2～5份。
可选地，耐火骨料为72～76份，羟乙基纤维素为2～4份，纳基膨润土为3～5份，糖浆为6～7份，白乳胶为3～5份，鳞片石墨粉为3～5份。
可选地，耐火骨料为74份，羟乙基纤维素为3份，纳基膨润土为4份，糖浆为7份，白乳胶为4份，鳞片石墨粉为4份。
羟乙基纤维素是一种纤维状或粉末状固体，由碱性纤维素和环氧乙烷(或氯乙醇)经醚化反应制备。羟乙基纤维素易溶于水，不溶于一般有机溶剂，具有良好的增稠、悬浮、分散、乳化、粘合、成膜、保护水分和提供保护胶体等特性，可制备不同粘度范围的溶液，对电解质具有异常好的盐溶性，可用作悬浮剂。羟乙基纤维素是一种高分子化合物，结构呈链状；分子链中原子间以共价键结合；分子链间彼此距离的范围很大，使分子间互相吸引的范得华力很大，有时甚至超过共价键能。随着羟乙基纤维素含量的增加，上述作用力加强，因此羟乙基纤维素能够提高涂料在常温下的强度。然而在205℃以上的高温时，羟乙基纤维素会逐渐分解，使消失模铸造涂料的微观结构变疏松，从而影响其强度。在消失模铸造过程中，消失模铸造涂料所处环境的温度变化范围很大，考虑到温度的影响因素，需要合理调整羟乙基纤维素的含量，从而使消失模铸造涂料在常温下具有良好的强度且在高温时不会降低太多强度。
膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，钠基膨润土是碱性系数大于或等于1的膨润土。钠基膨润土的物理化学性质和工艺技术性能优越，主要表现在：吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换量高；在水介质中分散性好，胶质价高；其胶体悬浮液的触变性、粘度、润滑性好，pH值高；热稳定性好；有较高的可塑性和较强的粘结性；热湿拉强度和干压强度高。钠基膨润土可作为粘结剂，起到支撑砂型和抵抗金属液冲刷的作用，也可与羟乙基纤维素共用作为悬浮剂。钠基膨润土水溶后为胶团结构，在常温下可提高消失模铸造涂料的强度；而当它被加热至710℃左右时，会失去结构水，从而失去粘结能力，成为死粘土，反而会对消失模铸造涂料的强度产生负面影响。因此，钠基膨润土的含量也需要进行合理调整，从而使消失模铸造涂料在常温下具有良好的强度且在高温时不会降低太多强度。
白乳胶是用途最广、用量最大、历史最悠久的水溶性胶粘剂之一，是由醋酸乙烯单体在引发剂作用下经聚合反应而制得的一种热塑性粘合剂。白乳胶可常温固化、固化较快、粘接强度较高，其粘接层具有较好的韧性和耐久性且不易老化，但同时白乳胶不耐高温，在高温下结构很容易被破坏。因此，使用白乳胶作为粘结剂时也要考虑用量的问题，添加适量的白乳胶使消失模铸造涂料在常温下具有良好的强度且在高温时不会降低太多强度。
鳞片石墨粉是一种层天然固体润滑剂，具有良好的耐温性、自润滑性、热传导性、导电性、抗热震性、耐腐蚀性等性能，在本申请的消失模铸造涂料中用作脱模剂。若鳞片石墨粉的含量不足，则会使涂层在开箱后不能够完全剥离铸件表面；若鳞片石墨粉的含量过高，则会使涂层在烘干的过程中开裂或者剥落。因此，添加适量的鳞片石墨粉能够使消失模铸造涂料不会在烘干的过程中开裂或者剥落，而且能够在铸件开箱后自动剥离铸件表面。
因此，将上述消失模铸造涂料的各种原料按重量份数进行合理地配比，尤其是选定了羟乙基纤维素、钠基膨润土、白乳胶和鳞片石墨粉的重量份数，一方面决定了消失模铸造涂料在消失模铸造过程中形成的涂层具有较高的强度，不会因为与高温金属液接触而使强度明显下降，另一方面决定了上述涂层不会在烘干的过程中开裂或者剥落，同时又能够在铸件开箱后自动剥离铸件表面。该消失模铸造涂料应用于消失模铸造时，使制造的铸件具有表面质量优良、无夹砂或粘砂的优点，同时减少了铸件的后续清铲打磨工作量少。
可选地，耐火骨料为锆英粉、石英粉和刚玉粉中的至少一种。
锆英粉熔点在2500℃以上，抗热震性好，化学稳定性好，是优质的耐火材料。石英粉熔点为1650℃，化学稳定性好，硬度高，适用于制备耐火材料。刚玉粉又称白刚玉微粉，熔点为2250℃，质地致密，硬度高，适用于制备高级耐火材料。
可选地，锆英粉、石英粉和刚玉粉的目数为200～320目。
耐火骨料作为涂料的主要成分，它维持着涂料的微观结构和整体结构。一方面，骨料的颗粒愈细，则涂料的悬浮稳定性愈好，涂料层的质量愈均匀，从而铸件的表面质量也高；另一方面，骨料的颗粒愈细，则所需的粘结剂愈多，涂料层在高温下也较易于开裂。要使涂料层中的骨料颗粒排列致密，最好能使较细的颗粒镶嵌于较粗的颗粒之间，因此，粒度的分布宜分散而不宜集中，通常采用多级粒度的耐火骨料搭配。通常耐火骨料的粒度以200目、270目、320目三种配合使用为好。而采用消失模铸造工艺时，大量的气体要通过涂料层逸出，涂料层的透气能力特别重要，在此情况下，选择较大目数且集中均匀的粒度为好。
可选地，消失模铸造涂料以重量份数计还包括1～2份的添加剂。
添加剂可以是表面活性剂、消泡剂和防腐剂等。
本发明还提供了一实施方式的上述消失模铸造涂料的制备方法：将上述消失模铸造涂料的各组分混合均匀，即可得到所述消失模铸造涂料
该消失模铸造涂料的制备方法简单快捷，得到的消失模铸造涂料在消失模铸造过程中形成的涂层具有强度高和剥离性好的特点。
本发明还提供了一实施方式的上述消失模铸造涂料的使用方法：将上述消失模铸造涂料与水按100:68～76的重量比混合，即可使用。
具体地，所述混合条件是：在500～600转/分钟的转速下搅拌30～120分钟，再在180～240转/分钟的转速下搅拌20～40分钟。
本申请人通过研究发现，水的含量、搅拌的速度以及搅拌的时间等因素都会影响消失模铸造涂料的各项性能，例如高温强度、剥离性、悬浮性、流平性和涂挂性等。因此，为了保证其较好的高温强度、剥离性、悬浮性、流平性和涂挂性等，混合时先以500～600转/分钟的转速搅拌30～120分钟，再以180～240转/分钟的转速搅拌20～40分钟。
可选地，所述消失模铸造涂料与水按100:70的重量比混合，所述混合条件是：先在550转/分钟的转速下搅拌90分钟，再在200转/分钟的转速下搅拌30分钟。
本申请人通过研究发现，在上述条件下制得的使用状态的消失模铸造涂料具有最佳的状态，其在消失模铸造过程中形成的涂层的高温强度、剥离性、悬浮性、流平性和涂挂性等性能综合而言达到最优。
上述消失模铸造涂料在使用时，先按照上述步骤混合，制成使用状态的消失模铸造涂料，再均匀涂覆于塑料泡沫模型表面，然后将模型放在50℃干燥箱中干燥12小时，根据不同铸件的大小形状及重量，需重复涂覆和烘干1～3次，之后进行埋砂和抽真空浇注，最后待铸件冷却即可开箱。
以下是具体实施例及对比例。
实施例1
在常温常压下，按照表1实施例1的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例1的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以500转/分钟的转速搅拌120分钟，再以180转/分钟的转速搅拌40分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。将使用状态的消失模铸造涂料均匀涂覆于塑料泡沫模型表面，然后将模型放在50℃干燥箱中干燥12小时，重复上述涂覆和干燥步骤2次，再进行埋砂和抽真空浇注，最后待铸件冷却即可开箱。
实施例2
在常温常压下，按照表1实施例2的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例2的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以600转/分钟的转速搅拌30分钟，再以240转/分钟的转速搅拌20分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。
实施例3
在常温常压下，按照表1实施例3的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例3的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以550转/分钟的转速搅拌90分钟，再以200转/分钟的转速搅拌30分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。
实施例4
在常温常压下，按照表1实施例4的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例4的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以580转/分钟的转速搅拌80分钟，再以210转/分钟的转速搅拌25分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。
实施例5
在常温常压下，按照表1实施例5的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例5的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以600转/分钟的转速搅拌30分钟，再以240转/分钟的转速搅拌20分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。
实施例6
在常温常压下，按照表1实施例6的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例6的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以550转/分钟的转速搅拌90分钟，再以200转/分钟的转速搅拌30分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。
实施例7
在常温常压下，按照表1实施例7的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例7的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以520转/分钟的转速搅拌100分钟，再以190转/分钟的转速搅拌35分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。
实施例8
在常温常压下，按照表1实施例8的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例8的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以550转/分钟的转速搅拌90分钟，再以200转/分钟的转速搅拌30分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。
实施例9
在常温常压下，按照表1实施例9的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例9的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以600转/分钟的转速搅拌30分钟，再以240转/分钟的转速搅拌20分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。
以下是对比例。
对比例1～12都与实施例9基本相同，差别在于组分及其用量，具体的差别见表1。
将各实施例与对比例的使用状态的消失模铸造涂料进行悬浮性、流平性、涂挂性、高温透气性和高温强度测试。同时检测应用于消失模铸造时，各实施例与对比例所对应的开箱后铸件表面的涂层剥离情况和夹砂情况，测得的性能指标见表2。
1、悬浮性测试：
将消失模铸造涂料与水按1：0.7的比例混合，充分搅拌，取100mL倒入带磨口塞量筒中，使凹液面底部与100mL刻度相切，静置24小时后，观察并计算消失模铸造涂料的澄清层体积V，按照c＝(100-V/100)*100％读取悬浮率c。
2、流平性测试：
将消失模铸造涂料与水按1：0.7的比例混合，充分搅拌，取100g以固定角度倒在划有刻度的水平玻璃板上，记录玻璃板上的刻度，计算涂料流淌距离的远近，流淌越远说明涂料的流平性越好。
3、涂挂性测试：
将消失模铸造涂料与水按1：0.7的比例混合，充分搅拌，取100g涂刷至相同规格的聚乙烯泡沫表面，观察涂料在聚乙烯泡沫表面的覆盖情况，是否存在露白。
4、高温透气性测试：
将消失模铸造涂料与水按1：0.7的比例混合，充分搅拌，取一定量涂刷至测栅上，待其干燥后放入1200℃的马弗炉中保温3分钟，待其降至室温后固定于砂型筒上并密封，用型砂透气性仪测定透气性的优劣。
5、高温强度测试：
将消失模铸造涂料与水按1：0.7的比例混合，充分搅拌，将涂料制成200mm*50mm*5mm的样品，放入1200℃的马弗炉中保温3分钟，利用强度定量测定装置测量样品能承受的气体压力，即为高温强度。
6、剥离性测试：
将消失模铸造涂料与水按1：0.7的比例混合，充分搅拌，涂刷至同一规格的塑料泡沫模型表面，按照常规的消失模铸造方式铸件，开箱后检查铸件表面涂料的剥离情况。
7、铸件表面粘砂测试
将消失模铸造涂料与水按1：0.7的比例混合，充分搅拌，涂刷至同一规格的塑料泡沫模型表面，按照常规的消失模铸造方式铸件，开箱后检查铸件表面粘砂情况。
表1
表2
综合表2的内容可以看出，各实施例的消失模铸造涂料的各单项性能都达到了行业的优良水平，其综合性能明显优于对比例的消失模铸造涂料。本发明的消失模铸造涂料的主要的优点是：在消失模铸造过程中形成的涂层具有较高强度，同时又具有优良的剥离性。该消失模铸造涂料能够保证铸件表面无粘砂，提高了铸件的质量，并且其形成的涂层能够在开箱后自动从铸件表面剥离，减少了后续的加工程序。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种消失模铸造涂料，其特征在于，以重量份数计包括以下组分：耐火骨料68～78份、羟乙基纤维素2～6份、纳基膨润土3～6份、糖浆4～7份、白乳胶2～6份和鳞片石墨粉2～5份。
2.根据权利要求1所述的消失模铸造涂料，其特征在于，所述耐火骨料为72～76份，所述羟乙基纤维素为2～4份，所述纳基膨润土为3～5份，所述糖浆为6～7份，所述白乳胶为3～5份，所述鳞片石墨粉为3～5份。
3.根据权利要求2所述的消失模铸造涂料，其特征在于，所述耐火骨料为74份，所述羟乙基纤维素为3份，所述纳基膨润土为4份，所述糖浆为7份，所述白乳胶为4份，所述鳞片石墨粉为4份。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的消失模铸造涂料，其特征在于，所述耐火骨料为锆英粉、石英粉和刚玉粉中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的消失模铸造涂料，其特征在于，所述锆英粉、石英粉和刚玉粉的目数为200～320目。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的消失模铸造涂料，其特征在于，以重量份数计还包括1～2份的添加剂。
7.一种消失模铸造涂料的制备方法，其特征在于，将权利要求1～6任意一项所述的消失模铸造涂料的各组分混合均匀，即可得到所述消失模铸造涂料。
8.如权利要求1～6任意一项所述的消失模铸造涂料的使用方法，其特征在于，将所述消失模铸造涂料与水按100:68～76的重量比混合，即可使用。
9.根据权利要求8所述的消失模铸造涂料的使用方法，其特征在于，所述混合的条件为：在500～600转/分钟的转速下搅拌30～120分钟，再在180～240转/分钟的转速下搅拌20～40分钟。
10.根据权利要求9所述的消失模铸造涂料的使用方法，其特征在于，将所述消失模铸造涂料与水按100:70的重量比混合，所述混合的条件为：在550转/分钟的转速下搅拌90分钟，再在200转/分钟的转速下搅拌30分钟。
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