CN107790618B - 锭模涂料及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种金属型锭模涂料，该涂料通过以二维结构的氮化硼粉末和二维结构的氧化铝粉末为基体耐火材料，辅助以合适的粘接剂、悬浮剂、表面活性剂以及溶剂制备而成。锭模涂料具有良好的涂覆性，制备的涂层表面致密光滑，特别适用于稀土铁合金铸造的金属锭模的表面涂覆。

Description

锭模涂料及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于金属熔铸技术领域；涉及一种锭模涂料，更具体地，涉及一种金属型锭模涂料及制备方法和用途。

背景技术

在金属或合金铸造过程中，熔化的金属或合金液会对锭模或型芯表面产生冲刷或磨损，造成锭模或型芯表面的破坏，从而影响铸件表面质量，严重地，甚至与锭模相互咬合在一起，造成脱模困难。通常的解决方法是：在型腔表面涂覆涂料，该涂料可保护金属铸型免受浇铸时的热冲击、冲刷和磨损。例如，中国专利申请CN104874752A公开了一种金属型铸造涂料的喷涂方法，该方法包括以下步骤：A、使用有机溶剂清洁模具表面，清洗后烘干；B、对模具进行喷砂处理，使铸型的表面清洁度达到Sa2.5级，表面粗糙度达到30-40um；C、步骤B完成的2小时内，将模具加热至185-220℃，将涂料稀释至波美度38-50°，用喷枪对模具型腔和浇口喷涂4-5层涂料，每层厚度为30-45um，喷涂距离为220-280mm，喷枪压力为1.2-1.6MPa；D、喷涂完毕后，将模具在65-75℃下，烘干60分钟。此外，中国专利申请CN104707934A公开了一种铝合金铸造涂料的制备方法。具体制备步骤为：步骤1)将凹凸棒土与硅油按质量比为1：3分散于乙醇溶剂中，在水浴温度40～60℃下回流搅拌2～4小时，然后在水浴温度90℃下蒸干，最后转移至马弗炉中进行焙烧，制得硅烷化凹凸棒土粉料；步骤2)将步骤1)制得的硅烷化凹凸棒土粉料、硅粉、乙烯-醋酸乙烯酯、松香酯、羧甲基纤维素和乙醇放入湿式球磨机中球磨2～4小时，即制得铝合金铸造涂料。

然而，在稀土元素含量较高的合金铸造过程中，锭模表面更容易被破坏，从而影响铸件表面质量和锭模寿命。此外，由于其化学稳定性不强，传统的铸造涂料硬度低，易产生金属冲刷槽，无法达到使用要求。

在现有的技术方案中，发明人没有发现专门针对稀土铁合金铸造的锭模涂料的解决方案。

发明内容

本发明目的之一是克服现有技术的不足，提供一种专门针对稀土铁合金铸造的金属型锭模涂料。

本发明目的之二是提供一种制备上述金属型锭模涂料的方法。方法简单易行，设备成本低且无污染，适合大规模生产。

本发明目的之三是提供一种上述金属型锭模涂料应用于稀土铁合金铸造的用途。金属型锭模涂料可有效解决稀土铁合金铸件表面质量差，锭模寿命短的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明采取了下列技术方案：一种金属型锭模涂料，包括基体耐火材料和辅助材料，其特征在于，所述基体耐火材料主要由氮化硼和氧化铝组成。

众所周知，氮化硼和氧化铝均是优良的基体耐火材料，且在高温下化学稳定性较好，不易与合金液发生反应。发明人发现，如果单独使用氮化硼，涂层具有更高的耐温度，但涂层质量不能令人满意，同时成本较高。然而，如果向氮化硼加入一定量的氧化铝则有利于提高涂层的致密性和涂覆性，还有利于降低成本。

氮化硼和氧化铝可以是任意结构的固体材料，包括但不限于，零维结构(颗粒、圆球、多面体、不规则形状)；一维结构(棒状、纤维状、圆柱状)；二维结构(片状、板状、薄膜)等等。在多数情况下，氮化硼和氧化铝的粒度越小越好；但在考虑成本的情况下，粒度以适中为宜。其中，零维结构、一维结构、二维结构的定义是本领域公知的，详见相关材料学教科书和工具书。

优选地，氮化硼和氧化铝分别选自二维结构的固体材料。在一个优选的实施方式中，氮化硼和氧化铝分别选自片状的氮化硼粉末和片状的氧化铝粉末。

作为本发明的二维结构的氮化硼粉末，厚度为0.01-10μm，粒度为300-1000目，粉末的径厚比大于10；二维结构的氧化铝粉末的厚度为0.01-5μm，粒度为600-1400目，粉末的径厚比大于12。其中，“径厚比”定义为片状粉末平面的最大尺寸与粉末厚度的比值。粉末的径厚比过小则涂料的涂覆性稍差，且涂层致密性变差，但径厚比也不宜太大，否则制备成本变高。此外，粉末厚度不宜太大，否则不利于涂层的致密性提高，而厚度太小则成本高昂，不利于大规模应用。

优选地，二维结构的氮化硼粉末厚度为0.05-5μm，粒度为400-900目，粉末的径厚比大于10小于500。二维结构的氧化铝粉末的厚度为0.05-2μm，粒度为700-1300目，粉末的径厚比大于12小于500。

最优选地，二维结构的氮化硼粉末厚度为0.1-2μm，粒度为500-800目，粉末的径厚比大于10小于100。二维结构的氧化铝粉末的厚度为0.1-1μm，粒度为800-1200目，粉末的径厚比大于12小于100。

在本发明的金属型锭模涂料中，基于锭模涂料的总重量计，二维结构的氮化硼粉末和二维结构的氧化铝粉末的重量百分比分别为10-50％和1-15％。优选地，二维结构的氮化硼粉末和二维结构的氧化铝粉末的重量百分比分别为15-45％和3-12％。最优选地，二维结构的氮化硼粉末和二维结构的氧化铝粉末的重量百分比分别为20-40％和5-10％。

在本发明的金属型锭模涂料中，所述辅助材料包括粘接剂、悬浮剂、表面活性剂以及任选的溶剂。

其中，所述粘接剂选自水玻璃；所述悬浮剂选自凹凸棒粉和羧甲基纤维素钠的组合；所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯基醚；所述溶剂选自水。在一个具体的实施方式中，所述脂肪醇聚氧乙烯基醚选自JFC系列物质，包括但不限于，JFC，JFC-1，JFC-2和JFC-E，JFC-M，等等。

发明人发现，适量的水玻璃起到粘接剂的作用；凹凸棒粉、羧甲基纤维素钠、表面活性剂JFC可提高涂料的悬浮性、粘性及涂覆性；使用去离子水作为溶剂可调节涂料的浓稠度。

在本发明的金属型锭模涂料中，基于锭模涂料的总重量，水玻璃、凹凸棒粉、羧甲基纤维素钠和表面活性剂的重量百分比分别为1-15％、0.5-8％、0.1-1.5％和0.1-1.0％。优选地，水玻璃、凹凸棒粉、羧甲基纤维素钠和表面活性剂的重量百分比分别为3-12％、1-6％、0.3-1.5％和0.2-0.8％。最优选地，水玻璃、凹凸棒粉、羧甲基纤维素钠和表面活性剂的重量百分比分别为5-10％、2-5％、0.5-1％和0.3-0.5％。

另一方面，本发明采取了下列技术方案：一种制备上述金属型锭模涂料的方法，包括以下步骤：

(1)将氮化硼粉末、氧化铝粉末以及凹凸棒粉混合，得到混合粉末；

(2)将水玻璃、羧甲基纤维素钠、表面活性剂加入溶剂并搅拌，得到溶液；

(3)将步骤(1)的混合粉末加入步骤(2)的溶液中并搅拌，得到本发明的金属型锭模涂料。

在本发明的上述制备方法，步骤(1)和步骤(2)的实施顺序不是固定的。二者可以互换顺序。

有利地，步骤(2)的搅拌时间为5-120分钟。优选地，步骤(2)的搅拌时间为10-60分钟。最优选地，步骤(2)的搅拌时间为15-30分钟。

步骤(3)在一定的温度下进行搅拌，可使耐火材料粉末均匀分散，并可缩短搅拌时间。有利地，步骤(3)在40℃-100℃的温度下进行搅拌，搅拌时间为10-120分钟。优选地，步骤(3)在50℃-90℃的温度下进行搅拌，搅拌时间为15-60分钟。最优选地，步骤(3)在60℃-80℃的温度下进行搅拌，搅拌时间为30-45分钟。

又一方面，本发明采取了下列技术方案：一种上述金属型锭模涂料应用于稀土铁合金铸造的用途。

本发明制备的涂料可采用喷涂法或者刷涂法制备成涂层。采用喷涂法制备涂层时，适宜将原涂料进行适当的稀释后使用，以便于顺利喷出并保证涂层均匀，调节喷涂次数可控制涂层的厚度。采用刷涂法制备涂层时，可根据对涂层厚度的要求稀释后使用，也可以不稀释直接使用。无论用哪种方法，优选涂层厚度控制在0.5mm以下，更优选为控制在0.05-0.3mm之间。涂层制备好之后在100℃-200℃的温度下烘干后即可投入使用。

相对于使用颗粒状的粉末，采用二维结构的氮化硼粉末和二维结构的氧化铝粉末作为耐火涂层的基体材料时，涂层中颗粒处于平行排列状态，可使涂层的致密度大大提高，从而使涂层的耐冲刷性大大提高。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

(1)采用本发明锭模涂料制备的涂层，表面细腻光滑；

(2)与金属锭模结合紧密，不易脱落，可反复使用多次；

(3)耐火度高，不与熔液中的元素反应；

(4)不仅解决了稀土铁合金铸件表面质量差，锭模寿命短的问题，而且简单易行，适合大规模生产。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。以下所述仅为本发明的优选实施例而已，本发明的保护范围不受这些实施例的限定，其保护范围由权利要求书确定。

实施例1

(1)按表1中实施例1的原料及配比，将氮化硼粉末、氧化铝粉末以及凹凸棒粉在混料机中混合30分钟，得到混合粉末；

(2)将水玻璃、羧甲基纤维素钠、表面活性剂JFC加入去离子水并搅拌20分钟，得到溶液；

(3)将步骤(1)的混合粉末加入步骤(2)的溶液中，并在温度为60℃的水浴中加热，搅拌45分钟，得到目标物。

实施例2

(1)按表1中实施例2的原料及配比，将氮化硼粉末、氧化铝粉末以及凹凸棒粉在混料机中混合40分钟，得到混合粉末；

(2)将水玻璃、羧甲基纤维素钠、表面活性剂JFC加入去离子水并搅拌30分钟，得到溶液；

(3)将步骤(1)的混合粉末加入步骤(2)的溶液中，并在温度为70℃的水浴中加热，搅拌40分钟，得到目标物。

实施例3

(1)按表1中实施例3的原料及配比，将氮化硼粉末、氧化铝粉末以及凹凸棒粉在混料机中混合60分钟，得到混合粉末；

(2)将水玻璃、羧甲基纤维素钠、表面活性剂JFC加入去离子水并搅拌15分钟，得到溶液；

(3)将步骤(1)的混合粉末加入步骤(2)的溶液中，并在温度为80℃的水浴中加热，搅拌35分钟，得到目标物。

实施例4

(1)按表1中实施例4的原料及配比，将氮化硼粉末、氧化铝粉末以及凹凸棒粉在混料机中混合60分钟，得到混合粉末；

(2)将水玻璃、羧甲基纤维素钠、表面活性剂JFC加入去离子水并搅拌30分钟，得到溶液；

(3)将步骤(1)中的混合粉末加入步骤(2)中的溶液中，并在温度为80℃的水浴中加热，搅拌30分钟，得到目标物。

比较例1

(1)按表1中比较例1的原料及配比，将颗粒状的氮化硼粉末、颗粒状的氧化铝粉末以及凹凸棒粉在混料机中混合60分钟，得到混合粉末；

(2)将水玻璃、羧甲基纤维素钠、表面活性剂JFC加入去离子水并搅拌30分钟，得到溶液；

(3)将步骤(1)中的混合粉末加入步骤(2)中的溶液中，并在温度为80℃的水浴中加热，搅拌30分钟，得到目标物。

表1

通过比较可以发现，本发明实施例1-4的锭模在使用二维结构的氮化硼粉末和二维结构的氧化铝粉末制备的涂层涂覆后，可以重复使用至少10次，而使用比较例1的粒度相当的零维形状的氮化硼粉末和氧化铝粉末涂覆的涂层使用次数不超过5次。除此之外，二维结构的基体粉末制备的涂料的涂覆性能更好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于稀土铁合金铸造的金属型锭模涂料，包括基体耐火材料和辅助材料，其特征在于，所述基体耐火材料主要由氮化硼和氧化铝组成，其中，所述氮化硼和氧化铝分别选自二维结构的固体材料；所述二维结构的氮化硼的厚度为0.01-2μm，粒度为300-1000目，粉末的径厚比大于10；所述二维结构的氧化铝的厚度为0.01-1μm，粒度为600-1400目，粉末的径厚比大于12；基于锭模涂料的总重量计，二维结构的氮化硼粉末和二维结构的氧化铝粉末的重量百分比分别为10-50％和1-15％。

2.根据权利要求1所述的金属型锭模涂料，其中，所述氮化硼和氧化铝分别选自片状的氮化硼粉末和片状的氧化铝粉末。

3.根据权利要求1所述的金属型锭模涂料，其中，所述辅助材料包括粘接剂、悬浮剂、表面活性剂以及任选的溶剂。

4.根据权利要求3所述的金属型锭模涂料，其中，所述粘接剂选自水玻璃；所述悬浮剂选自凹凸棒粉和羧甲基纤维素钠的组合；所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯基醚；所述溶剂选自水。

5.根据权利要求4所述的金属型锭模涂料，其中，基于锭模涂料的总重量，水玻璃、凹凸棒粉、羧甲基纤维素钠和表面活性剂的重量百分比分别为1-15％、0.5-8％、0.1-1.5％和0.1-1.0％。

6.一种制备权利要求1-5任一项所述的金属型锭模涂料的方法，其中金属型锭模涂料的辅助材料包括粘接剂、悬浮剂、表面活性剂以及任选的溶剂；所述粘接剂选自水玻璃；所述悬浮剂选自凹凸棒粉和羧甲基纤维素钠的组合；方法包括以下步骤：

(1)将氮化硼粉末、氧化铝粉末以及凹凸棒粉混合，得到混合粉末；

(2)将水玻璃、羧甲基纤维素钠、表面活性剂加入溶剂并搅拌，得到溶液；

(3)将步骤(1)的混合粉末加入步骤(2)的溶液中并搅拌，得到权利要求1-5任一项所述的金属型锭模涂料。

7.权利要求1-5任一项所述的金属型锭模涂料应用于稀土铁合金铸造的用途。