CN108405805A - 一种具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法 - Google Patents

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    • B22C1/02Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives

Abstract

本发明公开了一种具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法:01,增强组分的制备;S02,结构组分的制备;S03,综合组分的制备:将结构组分与增强组分混合、搅拌均匀,得到综合组分;S04,型壳的制备:在蜡模上刷涂一层结构组分作为底层,撒砂干燥后涂刷一层综合组分作为中间层,撒砂干燥后再刷涂一层结构组分作为表层,干燥后得到型壳;型壳脱蜡后经焙烧、保温、随炉冷却后得到所需型壳。本发明提供了的制备方法制备出的型壳具内部多微孔结构,而且在不锈钢铸件的制备过程中满足对型壳强度、硬度的需求,铸造过程无形便,而且耐热性能好,能够耐受1400℃以上的高温。

Description

一种具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法
技术领域
本发明属于不锈钢熔模铸造领域,具体涉及一种具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法。
背景技术
熔模铸造是精密铸造工艺中的一种,相对于传统的砂型铸造工艺,熔模铸造工艺获得的铸件尺寸更加精准,表面光洁度更高,其加工处的产品的精密度、复杂程度几乎接近加工件最后的形状,可不加工或者少量加工即可进行使用。熔模铸造工艺主要是利用蜡制作成所要铸成的零件的蜡模,然后在蜡模上涂刷泥膜,泥膜晾干后将整体置入热水或者热气中使得蜡模熔化,即获得单独的泥膜,然后再进行焙烧成型制成所需型壳。熔模铸造的工艺复杂,具有许多难以控制的因素,使用和消耗的材料非常贵,所以更加适用于生产制造形状复杂、精度要求高或者难以进行其他机械加工的小型零件,如涡轮发动机的叶片等。
随着现在对结构复杂、厚度减薄的零件的需求越来越多,如在3C电子领域,随着轻量化和轻薄化的趋势,现有技术中的熔模铸造工艺越来越难以满足需求,主要体现在以下方面:
1、制备出的型壳强度、硬度在成型某些特定产品时略显不足;
2、对于一些组成成分复杂、熔点过高的合金来说,型壳需具备更高的耐热性;
3、现有技术中的型壳,如由石英砂等成分制成的型壳内部结构过于紧密,在浇铸过程中,一旦环境温湿度发生较大变化,浇铸过程中的高温与环境中的水分或者其他气体发生接触会使合金内的气体含量明显提升,而且无法排除,造成明显的气孔、冷隔等缺陷,使铸造成型件的不良率大幅提升。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足,本发明提供了一种用于不锈钢材料的精密铸造型壳的制备方法,利用该制备方法制备出的型壳具内部多微孔结构,而且在不锈钢铸件的制备过程中满足对型壳强度、硬度的需求,铸造过程无形便,而且耐热性能好,能够耐受1400℃以上的高温,同时,由于采用的结构材料特殊,具有微细的气孔流通的通道,能够使浇铸过程中产生的气体迅速排出,提升浇铸良率。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现:
本发明中提供的具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,包括如下步骤:
S01,增强组分的制备:将增强组分原料与粘结剂混合后进行搅拌,搅拌均匀后加入消泡剂和表面活性剂,持续搅拌并添加正丁醇,使增强组分中固体物体积百分比含量为78-80%,得到增强组分;
粘结剂添加质量为增强组分原料质量的18-25%,消泡剂和表面活性剂添加质量分别为增强组分原料质量的0.5-1%;
S02,结构组分的制备:将结构组分原料混合均匀;
所述结构组分原料的组成及质量份数为:
400目石英砂 75-80份
莫来石粉 10-15份
伊利石粉 5-10份
二氧化硅气凝胶 3-5份
其中莫来石粉和伊利石粉的粒度为0.5-1μm;二氧化硅气凝胶密度为59-60kg/m3,比表面积为400-450m2/g,将其研磨至粒度小于2μm后进行使用;
S03,综合组分的制备:将结构组分与增强组分以质量比1:(0.2-0.3)进行混合、搅拌均匀,得到综合组分;
S04,型壳的制备:在蜡模上刷涂一层结构组分作为底层,撒砂干燥后涂刷一层综合组分作为中间层,撒砂干燥后再刷涂一层结构组分作为表层,干燥后得到型壳;型壳脱蜡后经焙烧、保温、随炉冷却后得到所需型壳。
进一步地,S01中,所述增强组分的组成及质量份数为:
氧化锆纤维 5-10份
含铬硅酸铝纤维 2-3份
膨胀纤维 1-2份
微米石墨粉 2-3份
正长石粉 5-10份
钙长石粉 3-5份
硅酸钠 2-3份
其中氧化锆纤维、含铬硅酸铝纤维和膨胀纤维的直径为3-5μm,长度为1-2mm;微米石墨粉、正长石粉、钙长石粉和硅酸钠粒度为0.5-2μm。
本发明中采用的型壳具备两层结构组分层之间包含一层综合组分层的的结构,利用结构层获得高硬度,利用中间层提升韧性和强度。本发明中利用传统的石英砂作为结构组分的主体结构,同时辅以莫来石粉、伊利石粉和二氧化硅气凝胶与之相混合,不仅能够形成高强度、良好韧性的结构形材料,而且由于添加了气凝胶材料,制备出的主体结构与中间层结构焙烧后能够形成互通,共同形成微细的气流通道。尤其伊利石粉具有富钾、高铝、低铁及光滑、明亮、细腻、耐热等优越的化学和物理性能,能够大幅改善原料组分焙烧后表面的光滑度和光泽度,能够为型壳加工后的评价提供更为可靠的外观。中间层中所采用的增强组分,利用纤维材料、具有粘性的长石类矿物粉体和石墨粉相结合,经过焙烧以后,含碳的材料被燃烧殆尽,形成微小孔隙,同时纤维材料形成具有韧性的层状结构。表层利用的是平滑的结构组分,使型壳表面粗糙度更低。
进一步地,S01中,所述粘结剂为硅溶胶和饱和氯化铝溶液以质量比(5-6):1进行混合的混合剂。
进一步地,S01中, 所述硅溶胶为杜邦ludox AS-40硅溶胶。
进一步地,S01中,所述消泡剂为丙醇,所述表面活性剂为甘油。
进一步地,S04中,底层和表层厚度相同,中间层厚度为表层厚度的1.5-2倍。
进一步地,S04中,焙烧温度为1050-1100℃,焙烧时长为1.5-2h。
进一步地,S04中,保温的温度为600-620℃,保温时长为1-2h。
进一步地,S04中,底层、表层和中间层利用多次涂刷的工艺形成。
本发明具有以下优点:
本发明提供了一种用于不锈钢材料的精密铸造型壳的制备方法,利用该制备方法制备出的型壳具内部多微孔结构,而且在不锈钢铸件的制备过程中满足对型壳强度、硬度的需求,铸造过程无形便,而且耐热性能好,能够耐受1400℃以上的高温,同时,由于采用的结构材料特殊,具有微细的气孔流通的通道,能够使浇铸过程中产生的气体迅速排出,提升浇铸良率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
本实施例中不锈钢精密铸造型壳的制备方法,步骤如下:
S01,增强组分的制备:将增强组分原料与粘结剂混合后进行搅拌,搅拌均匀后加入消泡剂和表面活性剂,持续搅拌并添加正丁醇,使增强组分中固体物体积百分比含量为70%,得到增强组分。
增强组分的组成及质量份数为:
氧化锆纤维 5份
含铬硅酸铝纤维 2份
膨胀纤维 1.5份
微米石墨粉 3份
正长石粉 10份
钙长石粉 5份
硅酸钠 3份
其中莫来石纤维、聚丙纤维和膨胀纤维的直径为3μm,长度为1.2mm;微米石墨粉、正长石粉、钙长石粉和硅酸钠粒度为0.5μm。
粘结剂为硅溶胶和饱和氯化铝溶液以质量比6:1进行混合的混合剂。硅溶胶为杜邦ludox AS-40硅溶胶。消泡剂为丙醇,表面活性剂为甘油。
粘结剂添加质量为增强组分原料质量的18%,消泡剂和表面活性剂添加质量分别为增强组分原料质量的1%。
S02,结构组分的制备:将结构组分原料混合均匀。结构组分原料的组成及质量份数为:
400目石英砂 75份
莫来石粉 10份
伊利石粉 10份
二氧化硅气凝胶 3份
其中莫来石粉的粒度为0.5μm;二氧化硅气凝胶密度为59kg/m3,比表面积为420m2/g,将其研磨至粒度小于2μm后进行使用。
S03,综合组分的制备:将结构组分与增强组分以质量比1:0.3进行混合、搅拌均匀,得到综合组分。
S04,型壳的制备:在蜡模上刷涂一层结构组分作为底层,撒砂干燥后涂刷一层综合组分作为中间层,撒砂干燥后再刷涂一层结构组分作为表层,干燥后得到型壳,其中底层和表层厚度相同,中间层厚度为表层厚度的1.5倍。型壳脱蜡后在焙烧温度为1050℃条件下,焙烧时长为1.5-2;在600℃条件下,保温时长为1h;随炉冷却后得到所需型壳。
实施例2
本实施例中不锈钢精密铸造型壳的制备方法,步骤如下:
S01,增强组分的制备:将增强组分原料与粘结剂混合后进行搅拌,搅拌均匀后加入消泡剂和表面活性剂,持续搅拌并添加正丁醇,使增强组分中固体物体积百分比含量为75%,得到增强组分。
增强组分的组成及质量份数为:
氧化锆纤维 8份
含铬硅酸铝纤维 3份
膨胀纤维 1份
微米石墨粉 3份
正长石粉 10份
钙长石粉 5份
硅酸钠 2份
其中莫来石纤维、聚丙纤维和膨胀纤维的直径为3μm,长度为1.2mm;微米石墨粉、正长石粉、钙长石粉和硅酸钠粒度为0.5μm。
粘结剂为硅溶胶和饱和氯化铝溶液以质量比6:1进行混合的混合剂。硅溶胶为杜邦ludox AS-40硅溶胶。消泡剂为丙醇,表面活性剂为甘油。
粘结剂添加质量为增强组分原料质量的20%,消泡剂和表面活性剂添加质量分别为增强组分原料质量的0.5%。
S02,结构组分的制备:将结构组分原料混合均匀。结构组分原料的组成及质量份数为:
400目石英砂 80份
莫来石粉 15份
伊利石粉 10份
二氧化硅气凝胶 3份
其中莫来石粉的粒度为0.5μm;二氧化硅气凝胶密度为59.6kg/m3,比表面积为420m2/g,将其研磨至粒度小于2μm后进行使用。
S03,综合组分的制备:将结构组分与增强组分以质量比1:0.25进行混合、搅拌均匀,得到综合组分。
S04,型壳的制备:在蜡模上刷涂一层结构组分作为底层,撒砂干燥后涂刷一层综合组分作为中间层,撒砂干燥后再刷涂一层结构组分作为表层,干燥后得到型壳,其中底层和表层厚度相同,中间层厚度为表层厚度的1.5倍。型壳脱蜡后在焙烧温度为1050℃条件下,焙烧时长为2h;在620℃条件下,保温时长为1.5h;随炉冷却后得到所需型壳。
实施例3
本实施例中制备方法与实施例1相似,不同之处在于:S01中,增强组分的组成及质量份数为:
氧化锆纤维 8份
含铬硅酸铝纤维 2.2份
膨胀纤维 1.2份
微米石墨粉 3份
正长石粉 10份
钙长石粉 5份
硅酸钠 2份。
实施例4
本实施例中制备方法与实施例2相似,不同之处在于:S02中,结构组分原料的组成及质量份数为:
400目石英砂 78份
莫来石粉 12份
伊利石粉 6份
二氧化硅气凝胶 5份
其中莫来石粉的粒度为0.7μm;二氧化硅气凝胶密度为60kg/m3,比表面积为420m2/g,将其研磨至粒度小于2μm后进行使用。
实施例5
本实施例中制备方法与实施例1相似,不同之处在于:S04中,底层和表层厚度相同,中间层厚度为表层厚度的1.8倍。
实施例6
本实施例中制备方法与实施例1相似,不同之处在于:S04中,底层和表层厚度相同,中间层厚度为表层厚度的2倍。
实施例7
本实施例中制备方法与实施例2相似,不同之处在于:S04中,焙烧温度为1100℃,焙烧时长为1.8h;保温的温度为600℃,保温时长为2h。
实施例8
本实施例中制备方法与实施例2相似,不同之处在于:S04中,焙烧温度为1080℃,焙烧时长为1.5h;保温的温度为620℃,保温时长为1.2h。
实施例9
本实施例中制备方法与实施例1相似,不同之处在于:底层、表层和中间层均涂刷3次完成,获得较厚的型壳,具体工艺为:涂刷完一层以后利用40℃热风烘干,然后立即进行下一层的涂刷直至涂刷完毕。多次涂刷形成的型壳较厚,而且性质更为稳定,对环境温湿度变化更加不敏感。
实施例10
本实施例中制备方法与实施例2相似,不同之处在于:底层、表层和中间层均涂刷3次完成,获得较厚的型壳,具体工艺为:涂刷完一层以后利用40℃热风烘干,然后立即进行下一层的涂刷直至涂刷完毕。
本发明实施例1-10制备得到的型壳优选用于不锈钢的浇铸,尤其适合应用于耐热钢材的制备。由上述实施例可以看出,本发明制备方法制备出的型壳具内部多微孔结构,而且在不锈钢铸件的制备过程中满足对型壳强度、硬度的需求,铸造过程无形便,而且耐热性能好,能够耐受1400℃以上的高温,同时,由于采用的结构材料特殊,具有微细的气孔流通的通道,能够使浇铸过程中产生的气体迅速排出,提升浇铸良率。
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 (9)

1.一种具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
S01,增强组分的制备:将增强组分原料与粘结剂混合后进行搅拌,搅拌均匀后加入消泡剂和表面活性剂,持续搅拌并添加正丁醇,使增强组分中固体物体积百分比含量为78-80%,得到增强组分;
粘结剂添加质量为增强组分原料质量的18-25%,消泡剂和表面活性剂添加质量分别为增强组分原料质量的0.5-1%;
S02,结构组分的制备:将结构组分原料混合均匀;
所述结构组分原料的组成及质量份数为:
400目石英砂 75-80份
莫来石粉 10-15份
伊利石粉 5-10份
二氧化硅气凝胶 3-5份
其中莫来石粉和伊利石粉的粒度为0.5-1μm;二氧化硅气凝胶密度为59-60kg/m3,比表面积为400-450m2/g,将其研磨至粒度小于2μm后进行使用;
S03,综合组分的制备:将结构组分与增强组分以质量比1:(0.2-0.3)进行混合、搅拌均匀,得到综合组分;
S04,型壳的制备:在蜡模上刷涂一层结构组分作为底层,撒砂干燥后涂刷一层综合组分作为中间层,撒砂干燥后再刷涂一层结构组分作为表层,干燥后得到型壳;型壳脱蜡后经焙烧、保温、随炉冷却后得到所需型壳。
2.如权利要求1所述具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于:S01中,所述增强组分的组成及质量份数为:
氧化锆纤维 5-10份
含铬硅酸铝纤维 2-3份
膨胀纤维 1-2份
微米石墨粉 2-3份
正长石粉 5-10份
钙长石粉 3-5份
硅酸钠 2-3份
其中氧化锆纤维、含铬硅酸铝纤维和膨胀纤维的直径为3-5μm,长度为1-2mm;微米石墨粉、正长石粉、钙长石粉和硅酸钠粒度为0.5-2μm。
3.如权利要求1所述具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于:S01中,所述粘结剂为硅溶胶和饱和氯化铝溶液以质量比(5-6):1进行混合的混合剂。
4.如权利要求3所述具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于:S01中, 所述硅溶胶为杜邦ludox AS-40硅溶胶。
5.如权利要求1所述具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于:S01中,所述消泡剂为丙醇,所述表面活性剂为甘油。
6.如权利要求1所述具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于:S04中,底层和表层厚度相同,中间层厚度为表层厚度的1.5-2倍。
7.如权利要求1所述具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于:S04中,焙烧温度为1050-1100℃,焙烧时长为1.5-2h。
8.如权利要求1所述具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于:S04中,保温的温度为600-620℃,保温时长为1-2h。
9.如权利要求1所述具有内部多微孔结构的不锈钢铸造型壳的制备方法,其特征在于:S04中,底层、表层和中间层利用多次涂刷的工艺形成。
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