CN108580797A - 一种离心铸造用金属型涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离心铸造用金属型涂料及其制备方法，所述涂料的原料包括耐火骨料、悬浮剂、粘结剂、增稠剂、助剂和溶剂，其中所述耐火骨料包括棕刚玉粉、高铝矾土和锆英粉的任意一种或至少两种的组合。所述涂料可有效的降低金属所受的热冲击、控制合金液的冷却速度，进而形成优异的铸件表面，提高了铸件的表面质量，减少了铸件后期的加工余量。所述制备方法工艺简便，操作简单，安全环保，可以实现随用随制，解决了涂料运输和存储的问题，降低了生产成本。

Description

一种离心铸造用金属型涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于离心铸造领域，涉及一种离心铸造用金属型涂料及其制备方法。

背景技术

离心铸造是将液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液做离心运动充满铸型和形成铸件的技术和方法。由于离心运动使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面，不用型芯能获得圆柱形的内孔，有助于液体金属中气体和夹杂物的排除，影响金属的结晶过程，从而改善铸件的机械性能和物理性能。一般金属铸管均采用离心铸造工艺，但是在铸造的过程中，由于所用涂料性能较差，铸管表面会经常出现花纹、夹渣、气孔、缩孔等铸造缺陷，严重影响了铸管制品的品质，同时，还要求涂料的溃散性要好，能保证金属铸型在内表面和铸件表面没有涂料的残余粘附。现有的离心铸造涂料一般以石英粉为耐火材料，以膨润土为悬浮剂，在铸造条件下，涂层容易粘附在铸件毛坯和模具上，而且时铸件表面孔隙密布，造成铸件表面粗糙，只有增加加工余量才能消除。

CN 105127364 A公开了一种离心铸造铸件的脱模涂料及其涂刷方法，特别涉及一种用于核电站主管道在离心铸造中的脱模涂料及其涂刷方法。所述脱模涂料，包括用于涂覆在铸造模具表面的基体涂料和用于涂覆在铸造模具表面上的基体涂料层的表面涂料，所述基体涂料包括组分A、组分B、组分C、组分D，组分A为石墨粉，组分B为铝矾土或硅藻土，组分C为滑石粉，组分D为硅溶胶或磷酸铝；表面涂料包括组分E、组分F、组分G、组分H、组分I，组分E为石英粉或高铝粉或氧化锆粉，组分F为锆英粉或锆石粉或刚玉粉或铝矾土，组分G为硅微粉或硅藻土，组分H为含硼矿渣粉，组分I为羟甲基纤维素水溶液或聚丙烯酰胺羟或海藻酸钠。该专利提供的涂料虽然具有较好的脱模性能，但是成分复杂，双层结构在使用时会增加生产工艺的步骤。

CN 101554643 A公开了一种汽缸套离心铸造涂料及其制备方法，由以下重量份制成：耐火骨料100，粘结剂12-20，保温剂22-30，分散剂0.7-1.15，水150-200。将耐火骨料、粘结剂、保温剂加入碾轮式混砂机中混碾，将混碾好的料放入搅拌桶中，加入水以120-180rp/min的转速搅拌5-6小时后，加入烷基苯磺酸钠或硬脂酸钠再搅拌20-30分钟后，即制得汽缸套离心铸造涂料。本发明所选材科学合理，工艺简单先进，涂料有良好的烧结性能、耐高温性能和保温性能。与现有涂料相比，涂层较薄、隔热效果好，易干燥，能使铸件更易获得良好的金相组织，延长模具寿命，实现离心铸造缸套的随形铸造。该专利提供的涂料虽然可以得到理想的金相组织，但是仅适用于汽缸套的制备，应用范围窄

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种离心铸造用金属型涂料及其制备方法，所述涂料可有效的降低金属所受的热冲击、控制合金液的冷却速度，进而形成优异的铸件表面，提高了铸件的表面质量，减少了铸件后期的加工余量。所述制备方法工艺简便，操作简单，安全环保，可以实现随用随制，解决了涂料运输和存储的问题，降低了生产成本。

为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一在于提供一种离心铸造用金属型涂料，其特征在于，所述涂料的原料包括耐火骨料、悬浮剂、粘结剂、增稠剂、助剂和溶剂，其中所述耐火骨料为棕刚玉粉，或棕刚玉粉与高铝矾土和/或锆英粉的组合物，所述组合物中棕刚玉粉的质量分数不小于50％。

本发明中，耐火骨料中棕刚玉粉的质量分数为50～100％，高铝矾土的质量分数为0～50％，锆英粉的质量分数为0～50％。其中，棕刚玉粉的质量分数可以是50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％等，高铝矾土的质量分数可以是0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等，锆英粉的质量分数可以是0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，耐火骨料以棕刚玉粉为主要原料，在金属模具中进行的离心铸造时，浇注后能够在铸管外表面形成烧结溃散层，能保证金属型铸件表面没有涂料的残余粘附。同时，棕刚玉粉、高铝矾土和锆英粉的任意一种或至少两种的组合的耐火度大于1800℃，避免铸件因耐火骨料耐火度不够产生化学粘砂。

作为本发明优选的技术方案，按照质量份计所述涂料的原料包括：

其中，粘结剂的质量份可以是2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等，悬浮剂的质量份可以是1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等，增稠剂的质量份可以是0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等，助剂的质量份可以是0.55份、0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.5份、1.8份、2.0份或2.3份等，溶剂的质量份可以是40份、42份、45份、48份、50份、52份、55份、58份或60份等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述耐火骨料的目数为200～500目，如200目、250目、300目、350目、400目、450目或500目等，所述悬浮剂的目数为500～1000目，如500目、550目、600目、650目、700目、750目、800目、850目、900目、950目或1000目等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选的，所述棕刚玉粉目数为200～500目，如200目、250目、300目、350目、400目、450目或500目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选的，所述高铝矾土目数为200～500目，如200目、250目、300目、350目、400目、450目或500目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选的，所述锆英粉目数为200～400目，如200目、250目、300目、350目或400目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述悬浮剂目数为800～1000目。

本发明中，耐火骨料的粒度控制在200～500目之间，可以使涂层具有良好的致密性，使涂层表面更加光滑。耐火骨料粒度小于200目时，会造成涂层表面粗糙，耐火骨料粒度大于500目时，会造成涂料透气性差，涂层出现起皮鼓包现象。200-500目耐火骨料与800-1000目悬浮剂的目数级配能够获得更加稳定的涂料悬浮体系，同时能够使涂层在浇铸时形成致密的熔融烧结层，大量吸收了合金液的热量，从而有效的降低金属所受的热冲击、控制合金液的冷却速度，进而形成优异的铸件表面。

作为本发明优选的技术方案，所述粘结剂为硅溶胶。

优选地，所述硅溶胶的固含量为30～50％，如30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％或50％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述悬浮剂为硅酸镁铝。

优选地，所述增稠剂包括黄原胶和/或羟甲基纤维素钠，优选为黄原胶。

作为本发明优选的技术方案，所述助剂包括消泡剂和分散剂。

优选地，所述消泡剂为磷酸三丁酯和/或改性硅油。

优选地，所述消泡剂的质量份为0.05～0.3份，如0.05份、0.1份、0.15份、0.2份、0.25份或0.3份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述分散剂为木质素磺酸钠和/或亚甲基双萘磺酸钠。

优选地，所述分散剂的质量份为0.5～2份，如0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份或2份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述溶剂为水。

作为本发明优选的技术方案，所述悬浮剂占所述耐火骨料的的质量比1.5～4％，如1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的耐火骨料为棕刚玉粉。

优选地，所述的悬浮剂为硅酸镁铝。

优选地，所述的硅酸镁铝质量占所述棕刚玉粉2.5～3.5％，如2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％或3.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，悬浮剂选用硅酸镁铝，棕刚玉粉与硅酸镁铝的极性搭配实现了耐火骨料和悬浮粘结体系上的优化搭配，能够使涂层在浇铸时形成致密的熔融烧结层，大量吸收了合金液的热量，从而有效的降低金属所受的热冲击、控制合金液的冷却速度，进而形成优异的铸件表面，提高了铸件的表面质量，铸件后期机械加工余量可减少50～80％。如果加入的硅酸镁铝与棕刚玉粉的质量比小于2.5％会导致涂料悬浮性下降，涂料出现板结，同时涂料的涂挂性变差，造成涂料不能均匀涂挂在金属型模具表面。若加入的硅酸镁铝与棕刚玉粉的质量比大于3.5％会导致涂料干燥后开裂，出现涂层从金属型模具表面脱落的现象。

本发明目的之二在于提供一种上述离心铸造用金属型涂料的制备方法，所述制备方法为：

首先将增稠剂、助剂与溶剂进行第一混合，再加入悬浮剂进行第二混合，加入粘结剂进行第三混合，最后加入耐火骨料进行第四混合，得到所述离心铸造用金属型涂料。

作为本发明优选的技术方案，所述第一混合、第二混合、第三混合以及第四混合分别独立地在匀速搅拌下进行。

本发明中，原材料采用分步混合的方法。如果将全部原材料一步共同混合会导致涂料无法形成稳定的网状悬浮粘结体系，耐火骨料无法吸附到网状结构上，致使涂料出现严重离浆现象，涂料悬浮性和涂层强度急剧下降。本发明中原材料采用分步混合法，第一步混合能够使增稠剂在溶剂中形成具有网状结构的次生结构；第二步混合能够使悬浮剂在溶剂中充分的扩散并吸附于网状结构表面，形成一个稳定的悬浮体系；第三步混合加入粘结剂，匀速搅拌使粘结剂均匀的分散于悬浮体系内，形成一个稳定的悬浮粘结体系；最后加入耐火骨料进行第四步混合，使耐火骨料在载液中具有较好的悬浮性、连续性，并得到一个适合的涂层强度，从而得到所述离心铸造用金属型涂料。

优选地，所述匀速搅拌的速率为1500～2500rpm，如1500rpm、1600rpm、1700rpm、1800rpm、1900rpm、2000rpm、2100rpm、2200rpm、2300rpm、2400rpm或2500rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，选用上述速率进行匀速搅拌，可以确保原料的充分混合，同时避免制备过程中卷入过多气泡。

作为本发本发明优选的技术方案，所述第一混合的时间为30～60min，如30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述第二混合的时间为30～60min，如30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述第三混合的时间为30～40min，如30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述第四混合的时间为40～60min，如40min、42min、45min、48min、50min、52min、55min、58min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述制备方法为：

首先将黄原胶和/或羟甲基纤维素钠、磷酸三丁酯和/或改性硅油、木质素磺酸钠和/或亚甲基双萘磺酸钠与水匀速搅拌30～60min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌30～60min，加入固含量30～50％的硅溶胶匀速搅拌30～40min，最后加入粒度为200～500目的棕刚玉粉匀速搅拌40～60min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为1500～2500rpm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供一种离心铸造金属型涂料，所述涂料在耐火骨料和悬浮粘结体系上进行了优化搭配，可有效的降低金属所受的热冲击、控制合金液的冷却速度，进而形成优异的铸件表面，提高了铸件的表面质量，减少了铸件后期的加工余量，涂层强度＜0.4g/min，悬浮性(24小时)≥98％，铸件表面粗糙度值不高于Ra12.5。

(2)本发明提供一种离心铸造金属型涂料，所述涂料的耐火骨料在浇注后能够在铸管外表面形成烧结溃散层，能保证金属型铸件表面没有涂料的残余粘附；

(3)本发明提供一种离心铸造金属型涂料的制备方法，所述制备方法工艺简便，操作简单，安全环保，可以实现随用随制，解决了涂料运输和存储的问题，降低了生产成本。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种离心铸造用金属型涂料，按照质量份计所述涂料的原料包括：

其制备方法为：

首先按照上述配方将黄原胶、磷酸三丁酯、木质素磺酸钙与水匀速搅拌45min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌45min，加入固含量35％的硅溶胶匀速搅拌35min，最后加入粒度为325目的棕刚玉粉匀速搅拌50min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为2000rpm。

实施例2

本实施例提供一种离心铸造用金属型涂料，按照质量份计所述涂料的原料包括：

其制备方法为：

首先按照上述配方将黄原胶、改性硅油、木质素磺酸钙与水匀速搅拌45min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌45min，加入固含量40％的硅溶胶匀速搅拌35min，最后加入粒度为325目的棕刚玉粉以及高铝矾土匀速搅拌50min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为2000rpm。

实施例3

本实施例提供一种离心铸造用金属型涂料，按照质量份计所述涂料的原料包括：

其制备方法为：

首先按照上述配方将黄原胶、改性硅油、亚甲基双萘磺酸钠与水匀速搅拌45min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌45min，加入固含量40％的硅溶胶匀速搅拌35min，最后加入粒度为325目的棕刚玉粉以及200目锆英粉匀速搅拌50min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为2000rpm。

实施例4

本实施例提供一种离心铸造用金属型涂料，按照质量份计所述涂料的原料包括：

其制备方法为：

首先按照上述配方将羟甲基纤维素钠、磷酸三丁酯、亚甲基双萘磺酸钠与水匀速搅拌45min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌45min，加入固含量40％的硅溶胶匀速搅拌35min，最后加入粒度为325目的棕刚玉粉、200目的高铝矾土以及200目锆英粉匀速搅拌50min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为2000rpm。

实施例5

本实施例提供一种离心铸造用金属型涂料，按照质量份计所述涂料的原料包括：

其制备方法为：

首先按照上述配方将羟甲基纤维素钠、磷酸三丁酯、木质素磺酸钙与水匀速搅拌45min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌45min，加入固含量40％的硅溶胶匀速搅拌35min，最后加入粒度为325目的棕刚玉粉匀速搅拌50min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为2000rpm。

实施例6

本实施例提供一种离心铸造用金属型涂料，按照质量份计所述涂料的原料包括：

其制备方法为：

首先按照上述配方将黄原胶、羟甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、木质素磺酸钙与水匀速搅拌60min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌60min，加入固含量50％的硅溶胶匀速搅拌40min，最后加入粒度为500目的棕刚玉粉以及高铝矾土匀速搅拌60min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为1500rpm。

实施例7

本实施例提供一种离心铸造用金属型涂料，按照质量份计所述涂料的原料包括：

其制备方法为：

首先按照上述配方将黄原胶、改性硅油、木质素磺酸钙、亚甲基双萘磺酸钠与水匀速搅拌30min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌30min，加入固含量30％的硅溶胶匀速搅拌30min，最后加入粒度为200目的棕刚玉粉以及锆英粉匀速搅拌40min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为2500rpm。

对比例1

本对比例中，除了将棕刚玉粉替换为石英粉外，其余条件均与实施例1相同。

对比例2

本对比例中，除了将硅酸镁铝替换为钠基膨润土外，其余条件均与实施例1相同。

对比例3

本对比例中，除了棕刚玉粉的粒度为50目外，其余条件均与实施例1相同。

对比例4

本对比例中，除了棕刚玉粉的粒度为1000目外，其余条件均与实施例1相同。

对比例5

本对比例中，除了硅酸镁铝的粒度为325目外，其余条件均与实施例1相同。

对比例6

本对比例中，除了硅酸镁铝的质量份为0.5份外，其余条件均与实施例1相同。

对比例7

本对比例中，除了硅酸镁铝的质量份为10份外，其余条件均与实施例1相同。

对比例8

本对比例中，按照配方将黄原胶、磷酸三丁酯、木质素磺酸钙、硅酸镁铝、固含量35％的硅溶胶以及粒度为325目的棕刚玉粉一起混合匀速搅拌180min，其他条件均与实施例1相同。

对实施例1-7以及对比例1-8的涂层强度、悬浮性以及用其所生产的离心铸造排水管铸件表面粗糙度进行测试，结果如表1所示。

涂层强度的测试方法为：涂层抵抗外力抓搔能力测试法，参照标准JB/T9226-2008。

悬浮性的测试方法为：带磨口塞量筒测试法，参照标准JB/T9226-2008

铸件表面粗糙度的测试方法为：铸造表面粗糙度样块比对法，参照标准GB/T15056-2017。

表1

从表1的测试结果可以看出，本发明实施例1-6提供的离心铸造用金属型涂料涂层强度＜0.4g/min，悬浮性(24小时)≥98％，使用上述涂料制备得到的铸件具有极高的表面质量，铸件表面粗糙度值不高于Ra12.5。对比例1未使用棕刚玉粉，对比例2未使用硅酸镁铝，对比例3和对比例4使用的棕刚玉粉的粒度过小或过大，而对比例5使用的硅酸镁铝的粒度过小，对比例6和对比例7分别添加了过少的和过多的硅酸镁铝，对比例8制备过程中将原料统一混合而未进行分步混合，使用上述对比例提供的离心铸造用金属型涂料制备得到的铸件的表面粗糙度相较于实施例1均大幅度提高。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种离心铸造用金属型涂料，其特征在于，所述涂料的原料包括耐火骨料、悬浮剂、粘结剂、增稠剂、助剂和溶剂，其中所述耐火骨料为棕刚玉粉，或棕刚玉粉与高铝矾土和/或锆英粉的组合物，所述组合物中棕刚玉粉的质量分数不小于50％。

2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按照质量份计所述涂料的原料包括：

3.根据权利要求1或2所述的涂料，其特征在于，所述耐火骨料的目数为200～500目，所述悬浮剂的目数为500～1000目；

优选地，所述棕刚玉粉目数为200～500目；

优选地，所述高铝矾土目数为200～500目；

优选地，所述锆英粉目数为200～400目；

优选地，所述悬浮剂目数为800～1000目。

4.根据权利要求1-3任一项所述的涂料，其特征在于，所述粘结剂为硅溶胶；

优选地，所述硅溶胶的固含量为30～50％；

优选地，所述悬浮剂为硅酸镁铝；

优选地，所述增稠剂包括黄原胶和/或羟甲基纤维素钠，优选为黄原胶。

5.根据权利要求1-4任一项所述的涂料，其特征在于，所述助剂包括消泡剂和分散剂；

优选地，所述消泡剂为磷酸三丁酯和/或改性硅油；

优选地，所述消泡剂的质量份为0.05～0.3份；

优选地，所述分散剂为木质素磺酸钠和/或亚甲基双萘磺酸钠；

优选地，所述分散剂的质量份为0.5～2份。

6.根据权利要求1-5任一项所述的涂料，其特征在于，所述悬浮剂占所述耐火骨料的的质量比1.5～4％；

优选地，所述的耐火骨料为棕刚玉粉；

优选地，所述的悬浮剂为硅酸镁铝；

优选地，所述的硅酸镁铝质量占所述棕刚玉粉2.5～3.5％。

7.一种权利要求1-6任一项所述的离心铸造用金属型涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：

首先将增稠剂、助剂与溶剂进行第一混合，之后加入悬浮剂进行第二混合，再加入粘结剂进行第三混合，最后加入耐火骨料进行第四混合，得到所述离心铸造用金属型涂料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合、第二混合、第三混合以及第四混合分别独立地在匀速搅拌下进行；

优选地，所述匀速搅拌的速率为1500～2500rpm。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合的时间为30～60min；

优选地，所述第二混合的时间为30～60min；

优选地，所述第三混合的时间为30～40min；

优选地，所述第四混合的时间为40～60min。

10.根据权利要求7-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：

首先将黄原胶和/或羟甲基纤维素钠、磷酸三丁酯和/或改性硅油、木质素磺酸钠和/或亚甲基双萘磺酸钠与水匀速搅拌30～60min，再加入硅酸镁铝匀速搅拌30～60min，加入固含量30～50％的硅溶胶匀速搅拌30～40min，最后加入粒度为200～500目的棕刚玉粉匀速搅拌40～60min，得到所述离心铸造用金属型涂料，匀速搅拌的速率为1500～2500rpm。