CN108526389A

CN108526389A - 一种抗烧结性粘砂涂料及其制备方法

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Publication number: CN108526389A
Application number: CN201810750215.3A
Authority: CN
Inventors: 熊杰; 陈志坤
Original assignee: SHIYAN CHANGJIANG RIVER MOULDING MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SHIYAN CHANGJIANG RIVER MOULDING MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2018-09-14

Abstract

本发明涉及铸造工艺材料领域，尤其涉及一种抗烧结性粘砂涂料及其制备方法，该涂料包括耐火骨料、载体、悬浮剂、粘结剂；所述耐火骨料由如下质量份数的材料构成：硅藻土30‑50份、石棉粉30‑50份、滑石粉5‑15份、云母粉5‑15份、硅酸铝5‑15份、高岭土5‑10份；载体质量为耐火骨料质量的100‑150％；悬浮剂质量为耐火骨料质量的3‑10％；粘结剂质量为耐火骨料质量的5‑15％。本发明的涂料具有很好的高温强度及稳定性，发气量小，用该涂料涂刷砂芯时，由于涂料中耐火材料隔热，可以延缓砂芯受热时间，防止砂芯过热烧结，对铸件产品质量有明显的提升，防烧结效果显著，可有效解决浇注发动机缸体水套芯、缸盖水道芯和气道芯或液压阀体件的小芯、薄、窄、盲孔等烧结粘砂的问题。

Description

一种抗烧结性粘砂涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铸造工艺材料领域，尤其涉及一种抗烧结性粘砂涂料及其制备方法。

背景技术

生产发动机缸体缸盖等复杂铸件中，由于发动机的要求越来越高、功率越来越大、重量越来越轻，还有排放的要求。这就要求缸体缸盖等壁厚越来越薄，结构则更复杂。这就给铸造生产提出了非常严格的要求，如要求砂芯趋于更复杂、更薄小，浇注温度则要求更高，但同时对铸件的内腔清洁度要求更高(内腔残留物≤3克)。

浇注这类铸件存在的主要问题就是铸件的粘砂。粘砂的形成分两个阶段，初始金属液渗入孔隙中产生机械粘砂，然后渗入的金属液被氧化形成化学粘砂，所以一般在生产中被观察到的粘砂都是机械渗透——化学反应的综合性粘砂。

在大批量生产中经常会出现烧结性粘砂，严重时就使水道堵死，经分析这类烧结性粘砂属于机械粘砂。产生上述问题的原因是：在高温铁液的热作用下，砂芯表面因石英砂的相变发生开裂形成裂纹，金属液渗入裂纹形成脉纹，又因缸体该处的高温热节使有足够的热量保证了砂芯与铁水界面的温度高于铁的固相线温度，这样渗透一经开始就会继续下去，唯有渗透铁水的前沿凝固时，渗透才停止，这样金属液就通过砂芯裂纹或孔隙渗透到了砂芯的整个截面上，从而形成上述所谓的砂芯烧结，即金属渗透型机械粘砂。这种缺陷特别容易出现在砂芯截面尺寸小且薄的地方，如悬臂芯、盲孔或液压件的阀体内腔等。

现有技术中解决金属渗透型机械粘砂的方法主要有两种：1)减小砂芯的粒度，由于缸体缸盖等铸件复杂，砂芯排气不畅，砂芯在高温下的发气量只有通过砂粒的间隙并通过芯头排出型外，如果砂芯的粒度调细，则气孔明显上升；2)提高二氧化硅的含量，如选用精制石英砂，含硅量能达到98％以上，但石英变形严重，在高温下由于石英砂芯开裂，极易形成桎片。因此，开发具有更好防烧结粘砂的方法具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种抗烧结、无粘砂涂料及其制备方法，该涂料用来解决浇注发动机缸体水套芯、缸盖水道芯和气道芯或液压阀体件的小芯、薄、窄、盲孔等抗烧结粘砂，一般涂刷0.2-0.8mm之间就能解决问题，经铸件解剖分析证明，铸件表面光洁，防烧结效果显著。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的在于提出一种抗烧结性粘砂涂料，该涂料包括耐火骨料、载体、悬浮剂、粘结剂；所述耐火骨料由如下质量份数的材料构成：硅藻土30-50份、石棉粉30-50份、滑石粉5-15份、云母粉5-15份、硅酸铝5-15份、高岭土5-10份；载体质量为耐火骨料质量的100-150％；悬浮剂质量为耐火骨料质量的3-10％；粘结剂质量为耐火骨料质量的5-15％。

进一步地，所述载体为水；所述涂料还包括活性剂、渗透剂和消泡剂，所述活性剂质量为耐火骨料质量的0.05-0.1％，渗透剂质量为耐火骨料质量的0.1-0.15％，消泡剂质量为耐火骨料质量的0.08-0.2％；所述活性剂为SF活性剂；所述渗透剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚或高温渗透剂JFC-M中的至少一种；所述消泡剂选自磷酸三丁酯、二甲基硅油、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯中的至少一种。

进一步地，所述载体为乙醇；所述涂料还包括偶联剂，所述偶联剂质量为耐火骨料质量的0.05-0.1％；所述偶联剂选自偶联剂550、乙烯基三氮硅烷、三乙氧基硅烷中的至少一种。

进一步地，所述悬浮剂选自钠基膨润土、锂基膨润土、钙基膨润土、有机膨润土中的至少一种。

进一步地，所述粘结剂选自苯丙乳液、糊精、酚醛树脂、松香中的至少一种。

本发明的第二个目的在于提出上述抗烧结性粘砂涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取耐火骨料、载体、悬浮剂和粘结剂作为原料，其中耐火骨料由如下质量份数的材料构成：硅藻土30-50份、石棉粉30-50份、滑石粉5-15份、云母粉5-15份、硅酸铝5-15份、高岭土5-10份；载体质量为耐火骨料质量的100-150％；悬浮剂质量为耐火骨料质量的3-10％；粘结剂质量为耐火骨料质量的5-15％；

(2)将悬浮剂加去离子水1-2倍预发20-30小时；

(3)将预发好的悬浮剂碾磨，加载体，搅拌30-40分钟，在搅拌过程中加入粘结剂；

(4)向步骤(3)中的混合物料中加入耐火骨料，继续搅拌30-60分钟，即得抗烧结性粘砂涂料；

(5)对步骤(4)中的抗烧结性粘砂涂料取样检测，检测合格后过筛包装。

进一步地，所述步骤(1)中载体为水时，步骤(1)中的原料还包括活性剂、渗透剂和消泡剂，所述活性剂质量为耐火骨料质量的0.05-0.1％，渗透剂质量为耐火骨料质量的0.1-0.15％，消泡剂质量为耐火骨料质量的0.08-0.2％；所述活性剂为SF活性剂；所述渗透剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚或高温渗透剂JFC-M中的至少一种；所述消泡剂选自磷酸三丁酯、二甲基硅油、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯中的至少一种；所述步骤(3)中搅拌过程中还加入所述活性剂、渗透剂和消泡剂。

进一步地，所述步骤(1)中载体为乙醇时，步骤(1)中的原料还包括偶联剂，所述偶联剂质量为耐火骨料质量的0.05-0.1％；所述偶联剂选自偶联剂550、乙烯基三氮硅烷、三乙氧基硅烷中的至少一种；步骤(3)中搅拌过程中还加入所述偶联剂。

本发明的抗烧结性粘砂涂料机理为：

(1)涂料中耐火粉料要比型(芯)砂粒细得多，涂刷涂料后，封闭了铸型(芯)表面的孔隙，涂层在烧结时的烧结作用使其致密，阻挡金属液渗入型(芯)表面层内，防止了铸件的浸蚀和机械粘砂缺陷。

(2)涂料中的多种填料具有导热慢、蓄热能力大和耐火度高的特点，使液态金属前端过早冷却，停止流动，从而减小液态金属渗入铸芯孔隙的深度，防止铸件的机械粘砂。涂料中多种耐火填料具有好的保温隔热性，在高温下稳定的化学性，可减少液态金属与铸芯砂的接触时间，降低对型砂的耐火度要求，防止铸型的熔蚀反应，防止铸件的化学粘砂。

(3)涂层接触高温铁水时，使型腔内成为氧化性或还原性气氛是设计时就应该考虑的。涂层不释放出有害气体(如H₂、N₂)，并能屏蔽或反应有害气体。所有铸型气氛控制均应与铸造工艺相吻合，才能获得满意的效果。

本发明的耐火材料中的硅藻土具有耐磨、耐热、提高附着力的特点，滑石粉具有耐火性、绝热性好、遮盖力良好等的特点，云母粉具有耐高温、耐腐蚀、附着力强的特点，高岭土也具有良好的耐火性；再加上石棉粉具有良好的隔热保温性能，硅酸铝耐高温，很好的保温、绝热性能，本发明经过大量的配方优化、最终确定本发明所用耐火材料配方，试验表明本发明的耐火材料具有保温作用，材料的热传导系数大，传热速度缓慢，延缓金属液热传递时间，避免砂芯过早受热，引起烧结。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的涂料具有很好的高温强度及稳定性，发气量小，用来解决浇注发动机缸体水套芯、缸盖水道芯和气道芯或液压阀体件的小芯、薄、窄、盲孔等抗烧结粘砂，一般涂刷0.2～0.8mm之间就能解决问题，经铸件解剖分析证明，铸件表面光洁，对铸件产品质量有明显的提升，防烧结效果显著。

具体实施方式

展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本发明的的精神和范围之内。

实施例1：

1、称取硅藻土30kg、石棉粉30kg、滑石粉5kg、云母粉5kg、硅酸铝5kg份、高岭土5kg，水80kg，锂基膨润土2.4kg，苯丙乳液4kg，SF活性剂40g，脂肪醇聚氧乙烯醚80g，二甲基硅油64g。

2、常温下先将悬浮剂锂基膨润土加去离子水2.5L，预发20-30小时。

3、将预发好的悬浮剂碾磨，加载体水，搅拌30-40分钟，在搅拌过程中加入苯丙乳液、SF活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚和二甲基硅油。

4、向步骤3中的混合物料中加入耐火骨料硅藻土、石棉粉、滑石粉、云母粉、硅酸铝、高岭土的混合物，继续搅拌30-60分钟，即得抗烧结性粘砂涂料。

5、对步骤4中的抗烧结性粘砂涂料取样检测，检测合格后过筛包装。

实施例2：

1、称取硅藻土40kg、石棉粉40kg、滑石粉10kg、云母粉10kg、硅酸铝10kg份、高岭土8kg，水147.5kg，锂基膨润土5.9kg，糊精11.8kg，SF活性剂88.50g，脂肪醇聚氧乙烯醚147.5g，二甲基硅油177g。

2、常温下先将悬浮剂锂基膨润土加去离子水8.85L，预发20-30小时。

3、将预发好的悬浮剂碾磨，加载体水，搅拌30-40分钟，在搅拌过程中加入粘结剂糊精、SF活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚和二甲基硅油。

实施例3：

1、称取硅藻土50kg、石棉粉50kg、滑石粉15kg、云母粉15kg、硅酸铝15kg份、高岭土10kg，水232.5kg，钠基膨润土15.5kg，苯丙乳液23.25kg，SF活性剂155g，高温渗透剂JFC-M231.5g，二甲基硅油310g。

2、常温下先将悬浮剂锂基膨润土加去离子水31.1L，预发20-30小时。

3、将预发好的悬浮剂碾磨，加载体水，搅拌30-40分钟，在搅拌过程中加入苯丙乳液、SF活性剂、高温渗透剂JFC-M和二甲基硅油。

实施例4：

1、称取硅藻土30kg、石棉粉30kg、滑石粉5kg、云母粉5kg、硅酸铝5kg份、高岭土5kg，乙醇80kg，，锂基膨润土2.4kg，酚醛树脂4kg，偶联剂550 40g。

3、将预发好的悬浮剂碾磨，加载体乙醇，搅拌30-40分钟，在搅拌过程中加入酚醛树脂、偶联剂550。

实施例5：

1、称取硅藻土40kg、石棉粉40kg、滑石粉10kg、云母粉10kg、硅酸铝10kg份、高岭土8kg，乙醇147.5kg，锂基膨润土5.9kg，松香11.8kg，乙烯基三氮硅烷88.5g。

3、将预发好的悬浮剂碾磨，加载体乙醇，搅拌30-40分钟，在搅拌过程中加入松香和乙烯基三氮硅烷。

实施例6：

1、称取硅藻土50kg、石棉粉50kg、滑石粉15kg、云母粉15kg、硅酸铝15kg份、高岭土10kg，乙醇232.5kg，钠基膨润土15.5kg，酚醛树脂23.25kg，三乙氧基硅烷155g。

3、将预发好的悬浮剂碾磨，加载体乙醇，搅拌30-40分钟，在搅拌过程中加入酚醛树脂和三乙氧基硅烷。

实施例7：

对实施例1-6的抗烧结性粘砂涂料性能进行测试，并且以两个浇注过程不刷涂涂料的实验作为平行对照例。测试性能如下表所示：

	比重(g/cm³)	悬浮性％	PH值	发气量(ml/g)	产品烧结比例
						对照例1	-	-	-	-	39％
对照例2	-	-	-	-	40％
						实施例1	1.15	92	7	≤20	2％
实施例2	1.13	91	7	≤20	1％
						实施例3	1.16	95	7	≤20	3％
实施例4	1.05	92	7	≤20	3％
						实施例5	1.02	91	7	≤20	2％
实施例6	1.08	93	7	≤20	1％

表1的数据表明，用本发明的涂料具有很好的高温强度及稳定性，发气量小，用该涂料涂刷砂芯时，由于涂料中耐火材料隔热，可以延缓砂芯受热时间，防止砂芯过热烧结，对铸件产品质量有明显的提升，防烧结效果显著。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抗烧结性粘砂涂料，其特征在于，该涂料包括耐火骨料、载体、悬浮剂、粘结剂；所述耐火骨料由如下质量份数的材料构成：硅藻土30-50份、石棉粉30-50份、滑石粉5-15份、云母粉5-15份、硅酸铝5-15份、高岭土5-10份；载体质量为耐火骨料质量的100-150％；悬浮剂质量为耐火骨料质量的3-10％；粘结剂质量为耐火骨料质量的5-15％。

2.根据权利要求1所述的一种抗烧结性粘砂涂料，其特征在于，所述载体为水；所述涂料还包括活性剂、渗透剂和消泡剂，所述活性剂质量为耐火骨料质量的0.05-0.1％，渗透剂质量为耐火骨料质量的0.1-0.15％，消泡剂质量为耐火骨料质量的0.08-0.2％；所述活性剂为SF活性剂；所述渗透剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚或高温渗透剂JFC-M中的至少一种；所述消泡剂选自磷酸三丁酯、二甲基硅油、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种抗烧结性粘砂涂料，其特征在于，所述载体为乙醇；所述涂料还包括偶联剂，所述偶联剂质量为耐火骨料质量的0.05-0.1％；所述偶联剂选自偶联剂550、乙烯基三氮硅烷、三乙氧基硅烷中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种抗烧结性粘砂涂料，其特征在于，所述悬浮剂选自钠基膨润土、锂基膨润土、钙基膨润土、有机膨润土中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种抗烧结性粘砂涂料，其特征在于，所述粘结剂选自苯丙乳液、糊精、酚醛树脂、松香中的至少一种。

6.一种如权利要求1-5任一项所述抗烧结性粘砂涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)将悬浮剂加去离子水1-2倍预发20-30小时；

7.根据权利要求6所述的一种抗烧结性粘砂涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中载体为水时，步骤(1)中的原料还包括活性剂、渗透剂和消泡剂，所述活性剂质量为耐火骨料质量的0.05-0.1％，渗透剂质量为耐火骨料质量的0.1-0.15％，消泡剂质量为耐火骨料质量的0.08-0.2％；所述活性剂为SF活性剂；所述渗透剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚或高温渗透剂JFC-M中的至少一种；所述消泡剂选自磷酸三丁酯、二甲基硅油、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯中的至少一种；所述步骤(3)中搅拌过程中还加入所述活性剂、渗透剂和消泡剂。

8.根据权利要求6所述的一种抗烧结性粘砂涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中载体为乙醇时，步骤(1)中的原料还包括偶联剂，所述偶联剂质量为耐火骨料质量的0.05-0.1％；所述偶联剂选自偶联剂550、乙烯基三氮硅烷、三乙氧基硅烷中的至少一种；步骤(3)中搅拌过程中还加入所述偶联剂。