CN107986819A - 一种陶瓷型芯强化剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

一种陶瓷型芯强化剂及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷型芯强化剂及其制备方法和使用方法。所述强化剂主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，所述硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的1～10倍，所述渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.2～1%，所述消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.1～0.5%。本发明能够有效、可靠、稳定的实现高温强化和低温强化之双重技术目的，从而能够对陶瓷型芯同时实现高温强化和低温强化效果，且强化效果优异，上述强化剂对环境友好，可反复多次使用，实用性和经济效益显著。

Description

一种陶瓷型芯强化剂及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及材料强化技术，具体是一种陶瓷型芯的强化剂，以及该强化剂的制备方法和它在陶瓷型芯强化过程中的使用方法。
背景技术
陶瓷型芯是熔模铸造工艺中形成铸件空腔的关键转接体，在精铸成型过程中，陶瓷型芯需要经过蜡模压制、蜡模组装、制壳、脱蜡、焙烧、合金浇注以及脱芯等工序，需要经受各种复杂的受力环境，例如蜡模压制时的蜡液冲击力环境、脱蜡时的高温高压蒸汽冲击力环境、合金液浇注时的冲击力环境、以及冷却过程的热应力环境等等。
为保证陶瓷型芯在精铸成型过程中的各种复杂受力环境下不发生变形或断裂，要求陶瓷型芯在室温下和高温下都需具备良好的力学性能，以保证其结构强度。然而，陶瓷型芯基于其制造工艺和后续在铸件中脱芯工艺的技术要求（脱芯工艺是利用陶瓷型芯的气孔通过化学腐蚀方法从铸件中溶出），通常情况下，陶瓷型芯为多孔结构，气孔率为20～50%，这些气孔率为脱芯带来便利的同时也给陶瓷型芯的结构强度带来直接的不利影响。
为了弥补陶瓷型芯强度不足这一缺点，一般需要对陶瓷型芯进行强化处理。行业内，利用陶瓷型芯的多孔结构，通过向陶瓷型芯的多孔结构内填充强化剂以起到强化陶瓷型芯结构强度的技术目的。依据强化剂的不同，陶瓷型芯的强化处理有高温强化和低温强化之分，通过对陶瓷型芯的高温强化和低温强化，可分别对高温下和室温下的陶瓷型芯强度起到强化的作用。
目前，陶瓷型芯用高温强化剂和低温强化剂是独立存在的，高温强化剂主要有硅溶胶和硅酸乙酯水解液等，低温强化剂主要有酚醛树脂、环氧树脂等，其只能一次性使用且对环境不友好。强化处理工序通常是先进行高温强化处理，再进行低温强化处理，处理过程繁琐费时、效率低、环境不友好、成本高。
发明内容
本发明的技术目的之一在于：针对上述陶瓷型芯的特殊性和现有强化技术的不足，提高一种能够对陶瓷型芯同时实现高温强化和低温强化、且强化效果优异的强化剂。
本发明的技术目的之二在于：针对技术目的之一的强化剂，提供一种简单易行、操作方便、性能稳定的上述陶瓷型芯强化剂的制备方法。
本发明的技术目的之三在于：针对技术目的之一的强化剂，提供一种简单易行、操作方便、有效保障陶瓷型芯强化效果的上述陶瓷型芯强化剂的使用方法。
本发明实现其技术目的之一所采用的技术方案是，一种陶瓷型芯强化剂，所述强化剂主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，所述硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的1～10倍，所述渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.2～1%，所述消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.1～0.5%。
作为优选方案之一，所述硅溶胶的浓度为30wt.%。
作为优选方案之一，所述丁苯橡胶的浓度为45wt.%。
作为优选方案之一，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
作为优选方案之一，所述消泡剂为硅油水乳化液，所述消泡剂中的硅油含量为10wt.%。
本发明实现其技术目的之二所采用的技术方案是，一种上述陶瓷型芯强化剂的制备方法，所述制备方法包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂加入到混合液a中，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂加入到混合液b中，搅拌均匀，制得强化剂。
作为优选方案之一，步骤2中的渗透剂是在持续搅拌状态下缓慢加入到混合液a中。
作为优选方案之一，步骤3中的消泡剂是在持续搅拌状态下缓慢加入到混合液b中。
本发明实现其技术目的之三所采用的技术方案是，一种上述陶瓷型芯强化剂的使用方法，所述使用方法包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；将清理好的陶瓷型芯放入到40～60℃烘箱中进行预热处理；
步骤2. 将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成。
作为优选方案之一，步骤1中的预热处理时间至少为10分钟。
作为优选方案之一，步骤2中的陶瓷型芯是在最高真空度为-88kpa的真空状态下放入到制备好的强化剂中进行浸泡处理。
作为优选方案之一，步骤3中的干燥处理是在室温环境下干燥24小时以上。
作为优选方案之一，步骤3中的预热的温度为900～1200℃。
本发明的技术目的之一所采用技术方案的有益技术效果是：上述强化剂针对陶瓷型芯的特殊性而设计，其以硅溶胶作为陶瓷型芯的高温强化、丁苯橡胶水乳液作为陶瓷型芯的低温强化、渗透剂用作对陶瓷型芯上的液体界面张力的降低、消泡剂用作对陶瓷型芯上的液体气泡的消除，各组分之间相互配伍、协同、作用，使同一强化剂有效、可靠、稳定的实现高温强化和低温强化之双重技术目的，从而能够对陶瓷型芯同时实现高温强化和低温强化之效果，且强化效果优异；上述强化剂对环境友好，可反复多次使用，实用性和经济效益显著。
本发明的技术目的之二所采用技术方案的有益技术效果是：上述制备方法针对上述强化剂的配方而设计，其不仅简单易行、操作方便，而且能够使配制而成的强化剂性能稳定，以提高所配制强化剂对陶瓷型芯的强化剂效果。
本发明的技术目的之三所采用技术方案的有益技术效果是：上述使用方法针对上述强化剂而设计，其不仅简单易行、操作方便，而且能够使陶瓷型芯同时实现高温强化和低温强化之效果，有效保障了陶瓷型芯稳定、可靠的强化，强化效果优异，同时有利于后续的脱芯处理更为容易。
具体实施方式
本发明涉及材料强化技术，具体是一种陶瓷型芯的强化剂，以及该强化剂的制备方法和它在陶瓷型芯强化过程中的使用方法。下面以多个实施例对本发明的技术内容进行详细、清楚地说明。
实施例1
本发明为熔模精铸的陶瓷型芯强化处理的强化剂，其主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的9倍，渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.2%，消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.1%。
在上述配方中，硅溶胶的浓度为30wt.%；丁苯橡胶的浓度为45wt.%；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；消泡剂为硅油水乳化液，其硅油含量为10wt.%。
上述陶瓷型芯强化剂的制备方法，包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，搅拌均匀，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂缓慢加入到混合液a中，渗透剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂缓慢加入到混合液b中，消泡剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得强化剂。
上述陶瓷型芯强化剂的使用方法，包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；
将清理好的陶瓷型芯放入到60℃烘箱中进行预热处理，该预热处理的时间为30分钟；
步骤2. 保持真空度为-80kpa；在真空状态下，将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理25小时，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成，该预热的温度为1200℃，保持两小时。
实施例2
本发明为熔模精铸的陶瓷型芯强化处理的强化剂，其主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的8倍，渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.4%，消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.2%。
在上述配方中，硅溶胶的浓度为30wt.%；丁苯橡胶的浓度为45wt.%；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；消泡剂为硅油水乳化液，其硅油含量为10wt.%。
上述陶瓷型芯强化剂的制备方法，包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，搅拌均匀，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂缓慢加入到混合液a中，渗透剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂缓慢加入到混合液b中，消泡剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得强化剂。
上述陶瓷型芯强化剂的使用方法，包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；
将清理好的陶瓷型芯放入到50℃烘箱中进行预热处理，该预热处理的时间为40分钟；
步骤2. 保持真空度为-50kpa；在真空状态下，将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理24小时，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成，该预热的温度为1100℃，保持两小时。
实施例3
本发明为熔模精铸的陶瓷型芯强化处理的强化剂，其主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的5倍，渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.5%，消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.3%。
在上述配方中，硅溶胶的浓度为30wt.%；丁苯橡胶的浓度为45wt.%；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；消泡剂为硅油水乳化液，其硅油含量为10wt.%。
上述陶瓷型芯强化剂的制备方法，包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，搅拌均匀，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂缓慢加入到混合液a中，渗透剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂缓慢加入到混合液b中，消泡剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得强化剂。
上述陶瓷型芯强化剂的使用方法，包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；
将清理好的陶瓷型芯放入到40℃烘箱中进行预热处理，该预热处理的时间为1小时；
步骤2. 保持真空度为-88kpa；在真空状态下，将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理26小时以上，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成，该预热的温度为900℃，保持三小时。
实施例4
本发明为熔模精铸的陶瓷型芯强化处理的强化剂，其主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的3倍，渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.7%，消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.5%。
在上述配方中，硅溶胶的浓度为30wt.%；丁苯橡胶的浓度为45wt.%；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；消泡剂为硅油水乳化液，其硅油含量为10wt.%。
上述陶瓷型芯强化剂的制备方法，包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，搅拌均匀，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂缓慢加入到混合液a中，渗透剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂缓慢加入到混合液b中，消泡剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得强化剂。
上述陶瓷型芯强化剂的使用方法，包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；
将清理好的陶瓷型芯放入到45℃烘箱中进行预热处理，该预热处理的时间为50分钟；
步骤2. 保持真空度为-30kpa；在真空状态下，将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理26小时，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成，该预热的温度为980℃，保持三小时。
实施例5
本发明为熔模精铸的陶瓷型芯强化处理的强化剂，其主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的1倍，渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的1%，消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.5%。
在上述配方中，硅溶胶的浓度为30wt.%；丁苯橡胶的浓度为45wt.%；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；消泡剂为硅油水乳化液，其硅油含量为10wt.%。
上述陶瓷型芯强化剂的制备方法，包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，搅拌均匀，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂缓慢加入到混合液a中，渗透剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂缓慢加入到混合液b中，消泡剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得强化剂。
上述陶瓷型芯强化剂的使用方法，包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；
将清理好的陶瓷型芯放入到50℃烘箱中进行预热处理，该预热处理的时间为35分钟；
步骤2. 保持真空度为-10kpa；在真空状态下，将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理25小时以上，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成，该预热的温度为1050℃，保持两小时。
实施例6
本发明为熔模精铸的陶瓷型芯强化处理的强化剂，其主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的4倍，渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.6%，消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.3%。
在上述配方中，硅溶胶的浓度为30wt.%；丁苯橡胶的浓度为45wt.%；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；消泡剂为硅油水乳化液，其硅油含量为10wt.%。
上述陶瓷型芯强化剂的制备方法，包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，搅拌均匀，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂缓慢加入到混合液a中，渗透剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂缓慢加入到混合液b中，消泡剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得强化剂。
上述陶瓷型芯强化剂的使用方法，包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；
将清理好的陶瓷型芯放入到60℃烘箱中进行预热处理，该预热处理的时间为20分钟；
步骤2. 保持真空度为-5kpa；在真空状态下，将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理24小时，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成，该预热的温度为1100℃，保持两小时。
实施例7
本发明为熔模精铸的陶瓷型芯强化处理的强化剂，其主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的7倍，渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.4%，消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.2%。
在上述配方中，硅溶胶的浓度为30wt.%；丁苯橡胶的浓度为45wt.%；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；消泡剂为硅油水乳化液，其硅油含量为10wt.%。
上述陶瓷型芯强化剂的制备方法，包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，搅拌均匀，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂缓慢加入到混合液a中，渗透剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂缓慢加入到混合液b中，消泡剂的加入过程保持搅拌状态，搅拌均匀，制得强化剂。
上述陶瓷型芯强化剂的使用方法，包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；
将清理好的陶瓷型芯放入到55℃烘箱中进行预热处理，该预热处理的时间为15分钟；
步骤2. 在常压状态下，将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理24小时，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成，该预热的温度为1000℃，保持两小时。
以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种陶瓷型芯强化剂，其特征在于，所述强化剂主要由硅溶胶、丁苯橡胶水乳液、渗透剂和消泡剂混合配制而成，其中，所述硅溶胶为丁苯橡胶水乳液体积的1～10倍，所述渗透剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.2～1%，所述消泡剂为硅溶胶和丁苯橡胶混合液总质量的0.1～0.5%。
2.根据权利要求1所述陶瓷型芯强化剂，其特征在于，所述硅溶胶的浓度为30wt.%。
3.根据权利要求1所述陶瓷型芯强化剂，其特征在于，所述丁苯橡胶的浓度为45wt.%。
4.根据权利要求1所述陶瓷型芯强化剂，其特征在于，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
5.根据权利要求1所述陶瓷型芯强化剂，其特征在于，所述消泡剂为硅油水乳化液，所述消泡剂中的硅油含量为10wt.%。
6.一种权利要求1所述陶瓷型芯强化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下列步骤：
步骤1. 将配比量的硅溶胶与丁苯橡胶水乳液搅拌混合，制得混合液a；
步骤2. 在搅拌状态下，将配比量的渗透剂加入到混合液a中，制得混合液b；
步骤3. 在搅拌状态下，将配比量的消泡剂加入到混合液b中，搅拌均匀，制得强化剂。
7.一种权利要求1所述陶瓷型芯强化剂的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括下列步骤：
步骤1. 将待强化的陶瓷型芯进行表面清理；将清理好的陶瓷型芯放入到40～60℃烘箱中进行预热处理；
步骤2. 将预热好的陶瓷型芯放入到配制好的强化剂中进行浸泡处理，直至强化剂中的陶瓷型芯无气泡产生；
步骤3. 将浸泡处理好的陶瓷型芯取出，在室温环境下干燥处理，使陶瓷型芯完成低温强化，陶瓷型芯的高温强化是在浇注前的陶瓷模壳预热过程中完成。
8.根据权利要求7所述陶瓷型芯强化剂的使用方法，其特征在于，步骤1中的预热处理时间至少为10分钟。
9.根据权利要求7所述陶瓷型芯强化剂的使用方法，其特征在于，步骤2中的陶瓷型芯是在最高真空度为-88kpa的真空状态下放入到制备好的强化剂中进行浸泡处理。
10.根据权利要求7所述陶瓷型芯强化剂的使用方法，其特征在于，步骤3中的干燥处理是在室温环境下干燥24小时以上；步骤3中的预热的温度为900～1200℃。
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