CN108500209A - 高溃散性模壳的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高溃散性模壳的制备方法，包括以下步骤：制备具有第一特定黏度的面层浆液；撒白刚玉砂，在模组的表面形成面层；制成具备第二特定黏度的过渡层浆液；将莫来石砂和石墨颗粒充分混匀，制成混合砂；在面层的表面依次涂过渡层浆液和撒混合砂形成过渡层；制备具有第三特定黏度的加固层浆液；在过渡层的表面形成加固层；对模组封浆，形成型壳；将型壳脱蜡、焙烧、冷却制成所述高溃散性模壳，本发明提供的高溃散性模壳的制备方法，模壳易干燥，制备效率高；模壳残余少且强度低，易清理；具有较好的透气性，能减少铸件表面的气孔、针孔疏松等缺陷。

Description

高溃散性模壳的制备方法

技术领域

本发明涉及熔模铸造领域，特别涉及一种高溃散性模壳的制备方法。

背景技术

熔模铸造是通过压制蜡模或其它可熔材料制备模型，采用一定的组合方式制备模组，在模组表面涂覆耐火材料并撒砂在模组表面形成一定厚度的模壳，并自然干燥。使用高压水蒸汽或直接高温焙烧熔失模组，剩余模壳经过高温焙烧使耐火材料陶瓷化，最后获得一定强度的模壳，在模壳中注入熔融金属以获得金属铸件。浇注后，待铸件冷却，采用水力清砂的方法，将残余模壳清除。切割掉浇注系统，打磨水口，获得最终铸件。

在熔模铸造过程中，模壳的制备是关键性技术。通过压制蜡模或其它可熔材料制备模型，采用一定的组合方式制备模组，在模组表面涂覆耐火材料并撒砂在模组表面形成一定厚度的模壳，并自然干燥。使用高压水蒸汽或直接高温焙烧熔失模组，剩余模壳经过高温焙烧使耐火材料陶瓷化，最后获得一定强度的模壳。

模壳通常由面层、过渡层和加固层组成，每一层又分若干层，涂制耐火材料时需等上一层干透才能继续涂下一层，往往一个模壳的制备要花费一周甚至更长的时间。现有的模壳制备方法主要是以SiO₂含量为30％的硅溶胶作为粘结剂，将粉状和粒状耐火材料粘结在一起，使型壳具有足够的强度，为保证铸件的表面质量，面层多采用锆英粉撒刚玉砂或石英砂。过渡层和加固层耐火材料以莫来石砂粉为主，还有铝矾土等，因莫来石的性质稳定，膨胀系数小，强度高，在熔模铸造中广泛采用。但是由于硅溶胶的SiO₂含量较高且铸造工艺粗放不加控制，制作的型壳强度过高，浇注后残余强度高，不易清理，若铸件有复杂内腔或管路结构，也将对清壳带来极大的困难。同时由于模壳的致密度高，内部空隙小，模壳的的透气性和散热较差，影响铸件的表面质量。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供一种高溃散性模壳的制备方法，经过该方法制造的模壳易干燥，制备效率高；模壳残余少且强度低，易清理；具有较好的透气性，能减少铸件表面的气孔。

一种高溃散性模壳的制备方法，包括以下步骤：

制备具有第一特定黏度的面层浆液。

在模组的表面依次涂面层浆液和撒砂，然后在特定温度和特定相对湿度下干燥，形成面层。

将莫来石粉与淀粉混匀，再加入硅溶胶，搅拌制成具备第二特定黏度的过渡层浆液，其中硅溶胶中二氧化硅的含量为20％。

将莫来石砂和石墨颗粒充分混匀，制成混合砂。

在面层的表面依次涂过渡层浆液和撒混合砂，然后干燥，形成过渡层。

制备具有第三特定黏度的加固层浆液，第三特定黏度数值高于第二特定黏度数值。

制备加固层砂。

利用加固层浆液和加固层砂在过渡层的表面形成加固层。

对设有面层、过渡层和加固层的模组封浆，形成型壳。

将型壳脱蜡、焙烧、冷却制成所述高溃散性模壳。

其中，制备混合砂的步骤包括：莫来石砂为30～60目，石墨颗粒为30～60目，石墨的添加量为混合砂总量的3～15％。

其中，制备过渡层浆液步骤包括：加入的淀粉量占莫来石粉和淀粉总质量的3～15％，莫来石粉为270～325目。

其中，制备混合砂的步骤包括：加入的石墨量为混合砂总质量的5％。

其中，第一特定黏度为25～30s，第二特定黏度为13～15s，第三特定黏度为15～20s。

其中，制备面层浆液的步骤包括：以25％的硅溶胶混合锆英粉，搅拌均匀，形成面层浆液；

其中，形成面层的步骤包括：撒100目的白刚玉砂，干燥的特定温度为25℃，特定相对湿度为40％。

其中，制备混合砂的步骤包括：将16～30目的莫来石砂和16～30目的石墨颗粒混匀，其中石墨颗粒在加固混合砂中的质量分数为5％。

其中，制备加固层浆液的步骤包括：使用与过渡层浆液相同的材料和配比，搅拌制成具有第三特定黏度的加固层浆液；

形成型壳步骤包括：使用与加固层浆液相同的材料和配比，搅拌制成浆液黏度为20s的封浆浆液；使用封浆浆液对模组封浆。

其中，焙烧步骤包括：焙烧温度为为750～850℃，焙烧时间为4h。

本发明中，向浆料及砂粉中添加一定量的淀粉和石墨，石墨和淀粉在高温焙烧后消失，形成疏松多孔的结构增加透气性和降低高温强度，浇注后易清理。

本发明中，严格控制与浆液原料匹配的黏度，若浆液过稀，面层薄、强度低，浇注时易脱落，形成夹渣；若浆液黏度大，面层厚，影响模壳的透气性，且不易干透，同时面层厚，型壳难强度高难清理。

本发明中，石墨颗粒的粒度要与过渡层和加固层砂的粒度一致，石墨颗粒要与砂充分混匀，并且确保石墨颗粒均匀覆盖到表面，颗粒不均匀会使局部模壳强度偏低，浇注跑火。

本发明具有以下有益效果：

1、通过向浆料中添加特定质量的淀粉、砂中添加特定质量的石墨粒，使型壳高温焙烧后形成多孔结构，增加了透气性，减少铸件表面气泡的产生，保证了铸件质量。

2、通过调整过渡层浆料和加固层浆料的配方，在保证模壳的必要强度的前提下，降低型壳的高温强度和残余强度，使残余易清除。

3、在原有的砂中加入石墨，减轻模壳重量，而且强度完全满足铝合金的浇注要求，同时降低了工人劳动强度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的高溃散性模壳的制备方法制得的模壳烧结后的截面形貌图；

图2示出了根据本发明实施方式的高溃散性模壳的制备方法制得的模壳生产的铸件的表面形貌图；

图3示出了根据本发明实施方式的高溃散性模壳的制备方法制得的模壳生产的铸件的探伤图；

图4示出了根据本发明实施方式的对比例的普通溃散性模壳的制备方法制得的模壳生产的铸件的表面形貌图；

图5示出了根据本发明实施方式的对比例的普通溃散性模壳的制备方法制得的模壳生产的铸件的探伤图；

图6示出了根据本发明实施方式的对比例的普通溃散性模壳的制备方法制得的模壳烧结后的截面形貌图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1一种高溃散性模壳X1的制备方法

面层制备，以25％的硅溶胶混合锆英粉制备涂挂浆料，，使用流量杯严格控制浆液的粘度，黏度为28s，涂挂浆料前先搅拌均匀，复测黏度，保证黏度在规定范围内；将模组浸入涂料中上下移动和转动，然后提起。如有涂料堆积则用毛笔刷匀，合理转动模组，使模组上较均匀地覆盖一层涂料。待涂料滴落很少时，即可进行撒砂。涂料滴落时间的控制能够避免涂料因自然硬化而无法黏附砂子。由于模组具有较小直径深孔或夹角、凹槽等涂料不易浸入，因此在涂料之前用毛笔蘸取涂料滴入孔槽内，戳破孔槽内的空气泡，使得模组表面全面、均匀地涂上一层涂料，保证无涂料局部堆积或某部位空白无涂料。撒砂时，撒100目白刚玉砂，控制温度25℃和相对湿度40％，使模组自然干燥。过渡层和加固层的涂料涂挂方法与面层相同。

待面层干透时制备过渡层，将270目莫来石粉与总含量5％的淀粉混合均匀，加入二氧化硅含量为20％的硅溶胶，黏度为14s，砂中加入总量5％的石墨颗粒并混合均匀。过渡层的涂料涂挂方法与面层相同，当模组粘浆、控浆、待浆液不再线性滴落时，撒砂后自然干燥。使用风扇增加通风量，加快干燥时间。过渡层涂1层，且过渡层撒砂时使用30目的莫来石砂与石墨颗粒的混合物，石墨添加量为5％，粒度为30目。

待过渡层干透时制备加固层。浆液黏度调整为15s，砂的粒度为16目，石墨的添加量为5％，粒度为16目。加固层的涂料涂挂方法与面层和过渡层相同。加固层的主要作用是增加模壳的强度，加固层的层数视铸件及浇注系统的总重量而定，铸件重量为小于10kg时制2层。铸件重量为10～30kg，加固层制3～4层。铸件重量为30～50kg，加固层制5～6层。铸件重量大于50kg时，加固层制7层及以上。加固层的最后一层只涂浆液不撒砂作为封浆，封浆浆液的黏度提高到20s。

型壳制备完成后脱蜡，脱蜡在蒸汽高压釜中进行，在浇道上打孔，孔径为φ10，必要时在蜡件厚大部位开孔，脱蜡后将孔堵死。打孔能够保证脱蜡时蜡能顺利流出，并且不因蜡受热膨胀而破坏模壳。模壳焙烧在台车炉中进行，装炉温度小于200℃，缓慢升温至800℃焙烧4小时，随炉冷却，制得。

检测：使用本实施例的模壳制造铝合金铸件，制备完成后，如图1所示，目测本实施例的模壳无裂纹，截面具有多孔结构。制得的铸件表面光洁，无气孔、针孔、疏松等缺陷，具体如图2所示。脱模时铸件表面的残余能够轻易除去，说明本实施例的模壳具备制造铸件的要求强度，且能够保证铸件的合金质量。

实施例2一种高溃散性模壳X2的制备方法

面层制备，以二氧化硅含量为25％的硅溶胶混合锆英粉制备涂挂浆料，使用流量杯严格控制浆液的粘度，黏度为30s，涂挂浆料前先搅拌均匀，复测黏度，保证黏度在规定范围内；将模组浸入涂料中上下移动和转动，然后提起。如有涂料堆积则用毛笔刷匀，合理转动模组，使模组上较均匀地覆盖一层涂料。待涂料滴落很少时，即可进行撒砂。涂料滴落时间的控制能够避免涂料因自然硬化而无法黏附砂子。由于模组具有较小直径深孔或夹角、凹槽等涂料不易浸入，因此在涂料之前用毛笔蘸取涂料滴入孔槽内，戳破孔槽内的空气泡，使得模组表面全面、均匀地涂上一层涂料，保证无涂料局部堆积或某部位空白无涂料。撒砂时，撒100目白刚玉砂，控制温度25℃和相对湿度40％，使模组自然干燥。过渡层和加固层的涂料涂挂方法与面层相同。

待面层干透时制备过渡层，将325目莫来石粉与总含量5％的淀粉混合均匀，加入二氧化硅含量为20％的硅溶胶，黏度为15s，砂中加入总量5％的石墨颗粒并混合均匀。过渡层的涂料涂挂方法与面层相同，当模组粘浆、控浆、待浆液不再线性滴落时，撒砂后自然干燥。使用风扇增加通风量，加快干燥时间。过渡层涂2层，且过渡层撒砂时使用60目的莫来石砂与石墨颗粒的混合物，石墨添加量为5％，粒度为60目。

待过渡层干透时制备加固层。浆液黏度调整为18s，砂的粒度为30目，石墨的添加量为5％，粒度为30目。加固层的涂料涂挂方法与面层和过渡层相同。加固层的主要作用是增加模壳的强度，加固层的层数视铸件及浇注系统的总重量而定，铸件重量为小于10kg时制2层。铸件重量为10～30kg，加固层制3～4层。铸件重量为30～50kg，加固层制5～6层。铸件重量大于50kg时，加固层制7层及以上。加固层的最后一层只涂浆液不撒砂作为封浆，封浆浆液的黏度提高到20s。

型壳制备完成后脱蜡，脱蜡在蒸汽高压釜中进行，在浇道上打孔，孔径为φ10，必要时在蜡件厚大部位开孔，脱蜡后将孔堵死。打孔能够保证脱蜡时蜡能顺利流出，并且不因蜡受热膨胀而破坏模壳。模壳焙烧在台车炉中进行，装炉温度小于200℃，缓慢升温至800℃焙烧4小时，随炉冷却，制得高溃散性模壳X2。

检测：使用本实施例的模壳制造铝合金铸件，制备完成后，目测本实施例的模壳无裂纹，截面具有通气结构；制得的铸件表面光洁，无气孔、针孔、疏松等缺陷；对铸件进行X光探伤，如图3所示，铸件内部及表面无针孔、气孔、疏松等缺陷，所得铸件质量较高；脱模时铸件表面无残余，说明本实施例的模壳具备制造铸件的要求强度，且能够保证铸件的合金质量。

对比例

使用原有的模壳制备方法，即不向其中添加淀粉和石墨颗粒，控制第一特定黏度为25s，第二特定黏度为20s，第三特定黏度为25s，制得模壳，浇注完成后，残余模壳清理难度较大；铸件表面有较多气孔和针孔，如图4所示；对铸件进行X光探伤如图5所示，依据《HB963-2005铝合金铸件规范》，针孔等级为三级；观察残余模壳截面，如图6所示，模壳较为致密，并且残余强度高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.高溃散性模壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备具有第一特定黏度的面层浆液；

在模组的表面依次涂面层浆液和撒砂，然后在特定温度和特定相对湿度下干燥，形成面层；

将莫来石粉与淀粉混匀，再加入硅溶胶，搅拌制成具备第二特定黏度的过渡层浆液，其中硅溶胶中二氧化硅的含量为20％；

将莫来石砂和石墨颗粒充分混匀，制成混合砂；

在面层的表面依次涂过渡层浆液和撒混合砂，然后干燥，形成过渡层；

制备具有第三特定黏度的加固层浆液，第三特定黏度数值高于第二特定黏度数值；

制备加固层砂；

利用加固层浆液和加固层砂在过渡层的表面形成加固层；

对设有面层、过渡层和加固层的模组封浆，形成型壳；

将型壳脱蜡、焙烧、冷却制成所述高溃散性模壳。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备混合砂的步骤包括：

莫来石砂为30～60目，石墨颗粒为30～60目，石墨的添加量为混合砂总量的3～15％。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备过渡层浆液步骤包括：

加入的淀粉量占莫来石粉和淀粉总质量的3～15％，莫来石粉为270～325目。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，制备混合砂的步骤包括：

加入的石墨量为混合砂总质量的5％。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

第一特定黏度为25～30s，第二特定黏度为13～15s，第三特定黏度为15～20s。

6.如权利要求1～5任一所述的制备方法，其特征在于，制备面层浆液的步骤包括：

以25％的硅溶胶混合锆英粉，搅拌均匀，形成面层浆液。

7.如权利要求1～5任一所述的制备方法，其特征在于，形成面层的步骤包括：

撒100目的白刚玉砂，干燥的特定温度为25℃，特定相对湿度为40％。

8.如权利要求1～5任一所述的制备方法，其特征在于，制备混合砂的步骤包括：

将16～30目的莫来石砂和16～30目的石墨颗粒混匀，其中石墨颗粒在加固混合砂中的质量分数为5％。

9.如权利要求1～5任一所述的制备方法，其特征在于，制备加固层浆液的步骤包括：

使用与过渡层浆液相同的材料和配比，搅拌制成具有第三特定黏度的加固层浆液；

形成型壳步骤包括：

使用与加固层浆液相同的材料和配比，搅拌制成浆液黏度为20s的封浆浆液；

使用封浆浆液对模组封浆。

10.如权利要求1～5任一所述的制备方法，其特征在于，焙烧步骤包括：

焙烧温度为为750～850℃，焙烧时间为4h。