CN108788001A - 一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，包括如下重量份的组分：石英粉30‑45份、锆英粉7‑17份、滑石粉5‑10份、铝矾土10‑15份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒2‑4份，钠基膨润土4‑6份、羟甲基淀粉钠2‑4份、木薯淀粉1‑3份，耐火纤维0.5‑1.5份、云母粉1‑3份。本发明的大型合金铸钢件用消失模水基涂料解决了因涂料透气性差造成表面气孔等铸造缺陷，提高了涂层的低温强度、高温强度、高温透气性，使大型铸钢件满足大批量生产的需求。

Description

一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料

技术领域

本发明涉及一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料。

背景技术

常规消失模铸造(又称实型铸造)是用EPS泡沫材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸一样的实型模具，经过浸涂耐火涂料(起强化、光洁、透气作用)并烘干后，埋在干石英砂中经三维振动造型，浇铸造型砂箱在负压状态下浇入熔化的金属液，使高分子材料模型受热气化抽出，进而被液体金属取代冷却凝固后形成的一次性成型铸造新工艺生产铸件的新型铸造方法。此种方法在生产大型铸钢件时由于浇注过程中EPS燃烧不充分极易造成铸钢件表面增碳，产生废次品。

在此背景下大型铸钢件铸造主要采用更为先进的先烧后浇空壳浇注工艺，即在干砂负压条件下将EPS模型点燃，在负压条件下EPS模型迅速燃烧成空壳或接近于空壳，而后浇注出无增碳缺陷或微增碳缺陷的精良铸件。由于干砂直接作用于涂料形成的空壳上，极易造成浇注过程中塌箱。在此工艺中消失模涂料的配比是至关重要的工序，涂料既要具有良好的透气性，又要具有很高的强度避免空壳状态下塌箱。

消失模铸造用涂料一般来说基本由耐火材料、载体、粘结剂、悬浮剂、防腐剂、表面活性剂、去泡剂组成，其中耐火材料、粘接剂在涂料中占比最大。对于中大型铸钢件用涂料，由于铸钢件浇注温度高，要求涂料具备以下特性1、具有较高的耐火度和化学稳定性，不与金属反应形成化学粘砂；2、具有较好的涂挂性，能均匀的涂挂在EPS模样表面；3、涂层要有较好的热强度和刚度；4、涂层要有较好的高温透气性，避免铸件出现表面气孔缺陷。目前现有涂料配方主要由锆英粉、白刚玉粉作为耐火材料。锆英粉、白刚玉粉做骨料提高了涂料的高温强度，但是相应的大幅增加了涂料的生产成本。并且目前常见涂料主要应用于常规消失模铸造，对于消失模先烧后浇空壳浇注工艺来说并不适用。

现有技术的缺点和本发明所要解决的技术问题:

1、生产成本高，不适宜大型铸钢件大批量生产。

2、现有涂料在消失模先烧后浇空壳浇注工艺时由于涂料强度低易造成塌箱、浇注后铸件表面涂料粘连不易清除以及由于涂料透气性差造成表面气孔等铸造缺陷。

目前，目前较常用的一种涂料配方是：锆英粉(或白刚玉粉)90份，膨润土4份，白乳胶2.5份，树脂3份，羧甲基纤维素钠(CMC)0.5份,以及其它附加物,其中锆英粉(或白刚玉粉)要求粒度分布相对集中。该种涂料以锆英粉(或白刚玉粉)为骨料，以白乳胶和树脂作为粘结剂具有一定的强度，普遍应用于小型铸钢件常规消失模铸造工艺生产。因其成本高、涂料透气性差，在大型铸件生产过程中很难推广。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，解决了因涂料透气性差造成表面气孔等铸造缺陷，提高了涂层的低温强度、高温强度、高温透气性，使大型铸钢件满足大批量生产的的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，包括如下重量份的组分：石英粉30-45份、锆英粉7-17份、滑石粉5-10份、铝矾土10-15份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒2-4份，钠基膨润土4-6份、羟甲基淀粉钠2-4份、木薯淀粉1-3份，耐火纤维0.5-1.5份、云母粉1-3份。

进一步的，包括如下重量份的组分：石英粉37.5份、锆英粉12份、滑石粉7.5份、铝矾土22.5份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份，钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

进一步的，包括如下重量份的组分：石英粉30份、锆英粉15份、滑石粉10份、特级铝矾土14份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

进一步的，包括如下重量份的组分：石英粉34份、锆英粉15份、滑石粉10份、特级铝矾土10份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

进一步的，包括如下重量份的组分：石英粉37份、锆英粉10份、滑石粉10份、特级铝矾土12份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

进一步的，包括如下重量份的组分：石英粉42份、锆英粉7份、滑石粉5份、特级铝矾土15份、合成莫来石15份、钠基膨润土5份、珍珠岩颗粒3份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

进一步的，所述铝矾土为特级铝矾土，其AL₂O₃含量可达到85％以上，热稳定性好，耐火度可达到1790℃以上。

进一步的，所述锆英粉能够被白刚玉粉替代。

本发明各组成成分作用如下：

1)、石英粉主要由石英岩破碎研磨形成，自然界中普遍存在价格较低，其耐火度≥1690℃，可满足于大型铸钢件生产。但是其在573℃时相变产生急剧膨胀易导致图层开裂、剥落，因此其在涂料中的比例不易过高。

2)、锆英粉是从海沙中经重选。磁选、电选等工艺选出来的，其出品率仅为千分之几，因此其价格较高。锆英粉熔点为2430℃，同时具有高导热性、热膨胀小，在高温下不与氧化铁起反应，有利于大型铸钢件防止粘砂。同时由于其热膨胀小与石英粉配合使用可有效改善涂料开裂、剥落问题。

3)、滑石粉耐火度1200-1300℃，在涂料中加入少量滑石粉有利于图层烧结，滑石粉高温分解出的MgO有较强的助熔作用，提高图层致密度，同时图层软化温度范围变大，抵消因石英粉急剧膨胀造成的涂料开裂、剥落问题。

4)、特级铝矾土主要由刚玉及莫来石组成，耐火度≥1790℃，其热膨胀系数小，热稳定性高，不易造成涂料开裂。

5)、合成莫来石是一种优良的耐火粉料，通常以人工烧结的方式获得，热膨胀系数小，熔点高，在铸钢件涂料中使用效果良好。

6)、涂料中添加钠基膨润土主要作为悬浮剂使用，钠基膨润土具有较高的吸水膨胀能力，是水基涂料常用的助剂。涂料中添加悬浮剂有利于耐火骨料在涂料中均匀分布，提高涂刷均匀性。

7)、羟甲基淀粉钠及木薯淀粉作为有机粘结剂，由于其吸水后体积膨胀大，黏结力大，作为涂料的黏结剂替代白乳胶及树脂。作为有机粘结剂其遇到高温时受热分析、气化，在涂层中留下大量空洞，从而可以提高涂料在烧模、浇注时的透气性；此外由于该有机颗粒材料燃烧分解平稳，不会导致涂料的起皮及破损，因此不会降低涂料层的强度。

8)、耐火纤维具有一定的弹性及抗拉强度，涂料中加入少量耐火纤维可显著提高涂料常温强度，对于先烧后浇空壳浇注工艺在EPS烧模阶段，由于耐火纤维具有一定的耐高温性，提高涂料的强度

9)、云母粉具有良好的弹性和挠曲性，其作用于耐火纤维一致，有助于提高涂料高温透气性。

该发明主要骨料采用石英粉、锆英粉、滑石粉、特级铝矾土、合成莫来石以及珍珠岩颗粒，其目的在于各种骨料相互配合使用，达到降低涂料成本及提高涂料的高温强度。其中石英粉为市面常见原料、价格低以此骨料为基础可大大降低涂料制备成本，配合加入一定量的锆英粉主要利用其具有较高熔点且不与钢液发生反应的特点来弥补石英粉的高温强度低、易发生化学粘砂的不足；特级铝矾土、滑石粉搭配使用膨胀系数小、热稳定性更高，可有效抑制石英粉受热膨胀性，降低涂料高温破裂的趋势；合成莫来石烧高温烧结后强度高，特别在添加珍珠岩颗粒后，由于珍珠岩颗粒具有软化温度低，可促使莫来石晶体较早形成，这更有利于莫来石涂料烧结，使涂料烧结更加充分，大大提高涂料的高温强度，珍珠岩颗粒作为烧结催化剂大大提高了涂料烧结程度。

一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按比例添加到搅拌桶中进行搅拌，使得各成分混合均匀，混合好后的原料装袋储存。使用前先将混合好后的原料倒入滚筒搅拌机内，按照1吨原料配500公斤水进行混配5～6小时，使其混配均匀后，进行涂刷作业。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明采用价格较低的石英粉作为消失模涂料主要耐火骨料，使得生产成本大幅降低；

本发明采用多种耐火骨料及多种粘结剂(羟甲基淀粉钠、木薯淀粉)配合使用，充分利用各组成粉料优势特性，在显著降低涂料生产成本的基础上，提高了涂层的低温强度、高温强度、高温透气性；解决了现有涂料生产成本高，不适宜大型铸钢件大批量生产的问题；创造性添加木薯淀粉作为有机粘结剂，在增加涂料低温强度的同时，由于木薯淀粉燃点低，在烧模过程中及分解气化，形成诸多空隙，提高了涂料透气性，解决了因涂料透气性差造成表面气孔等铸造缺陷；

各组成成分间相互作用，优势互补，使得本发明所生产的涂料具有较高的高温强度及高温透气性，使得在生产消失模先烧后浇空壳浇注工艺时不再出现塌箱、表面粘砂、表面气孔等铸造缺陷。

具体实施方式

实例一

一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，包括如下重量份的组分：

石英粉30份、锆英粉15份、滑石粉10份、特级铝矾土14份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

实例二

一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，包括如下重量份的组分：

石英粉34份、锆英粉15份、滑石粉10份、特级铝矾土10份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

实例三

一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，包括如下重量份的组分：

石英粉37份、锆英粉10份、滑石粉10份、特级铝矾土12份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

实例四

一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，包括如下重量份的组分：

石英粉42份、锆英粉7份、滑石粉5份、特级铝矾土15份、合成莫来石15份、钠基膨润土5份、珍珠岩颗粒3份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

实施例五

一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，包括如下重量份的组分：

石英粉37.5份、锆英粉12份、滑石粉7.5份、铝矾土22.5份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份，钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

对上述各实施例进行实验，将各原料按比例添加到搅拌桶中进行搅拌，使得各成分混合均匀，使用前先将混合好后的原料倒入滚筒搅拌机内，按照1吨原料配500公斤水进行混配5～6小时，使其混配均匀后，进行涂刷作业。试验结果表明在消失模先烧后浇空壳浇注时，涂料层强度、透气性均有明显提高，砂箱内部负压为0.04MPa时，涂层不出现破裂，仍可顺利浇注，无塌箱现象发生；涂层透气性提高，模样能充分燃烧，铸型内腔无附着的黑釉，铸件无夹渣、表面气孔等缺陷。

本发明采用多种耐火骨料及多种粘结剂配合使用，充分利用各组成粉料优势特性，在显著降低涂料生产成本的基础上，提高了涂层的低温强度、高温强度、高温透气性。解决了现有涂料生产成本高，不适宜大型铸钢件大批量生产的问题；创造性添加木薯淀粉作为有机粘结剂，在增加涂料低温强度的同时，由于木薯淀粉燃点低，在烧模过程中及分解气化，形成诸多空隙，提高了涂料透气性。解决了因涂料透气性差造成表面气孔等铸造缺陷。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：石英粉30-45份、锆英粉7-17份、滑石粉5-10份、铝矾土10-15份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒2-4份，钠基膨润土4-6份、羟甲基淀粉钠2-4份、木薯淀粉1-3份，耐火纤维0.5-1.5份、云母粉1-3份。

2.根据权利要求1所述的大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：石英粉37.5份、锆英粉12份、滑石粉7.5份、铝矾土22.5份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份，钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

3.根据权利要求1所述的大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：石英粉30份、锆英粉15份、滑石粉10份、特级铝矾土14份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

4.根据权利要求1所述的大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：石英粉34份、锆英粉15份、滑石粉10份、特级铝矾土10份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

5.根据权利要求1所述的大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：石英粉37份、锆英粉10份、滑石粉10份、特级铝矾土12份、合成莫来石15份、珍珠岩颗粒3份、钠基膨润土5份、羟甲基淀粉钠3份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

6.根据权利要求1所述的大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：石英粉42份、锆英粉7份、滑石粉5份、特级铝矾土15份、合成莫来石15份、钠基膨润土5份、珍珠岩颗粒3份、羟甲基淀粉钠3 份、木薯淀粉2份，耐火纤维1份、云母粉2份。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，所述铝矾土为特级铝矾土，其AL₂O₃含量可达到85％以上，热稳定性好，耐火度可达到1790℃以上。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的大型合金铸钢件用消失模水基涂料，其特征在于，所述锆英粉能够被白刚玉粉替代。

9.一种大型合金铸钢件用消失模水基涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按比例添加到搅拌桶中进行搅拌，使得各成分混合均匀，混合好后的原料装袋储存即可；其中使用前先将混合好后的原料倒入滚筒搅拌机内，按照1吨原料配500公斤水进行混配5～6小时，使其混配均匀后，进行涂刷作业。