CN109434009B - 一种环保型石墨润滑脱模剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型石墨润滑脱模剂。所采用的技术方案为：采用合成人造金刚石的石墨尾料、有机分散剂和具有合适粒度分布的下述物质中的至少一种：立方氮化硼、金刚石微粉、炭黑、二氧化硅、叶蜡石制备有色金属铸造用石墨润滑脱模剂。本发明的优势在于，该脱模剂既具有良好的润滑脱模性能，同时具有低成本、环保型、资源循环利用的润滑脱模剂及其制备方法。

Description

一种环保型石墨润滑脱模剂

技术领域

本发明涉及有色金属铸造用石墨润滑脱模剂。

背景技术

石墨脱模剂主要由石墨、无机矿物、表面活性剂和水或矿物油构成。石墨主要为人造石墨、鳞片石墨、微晶石墨。石墨具有良好的润滑和脱模性，良好的热和化学稳定性，良好的绝热性。因此石墨脱模剂中石墨粉含量一般占40-95%以上，使石墨脱模剂成本相对较高，从而限制了石墨脱模剂在有色金属铸造中的应用。

水基石墨润滑脱模剂加工简单且广泛应用于有色金属铸造用脱模剂。该水基石墨润滑脱模剂作用于铸造用金属模具表面时，该脱模剂中所含大部分水分被蒸发，脱模剂中固体成分粘附在模具表面，同时使金属模具冷却。

有色金属反复铸造过程中，杂质将粘附在金属模具表面，引起金属模具污垢。

有色金属铸造过程中，注入到金属模具中的熔融有色金属的表面上可能形成氧化膜，影响有色金属液的流动性，从而造成铸造不满、表面流痕等缺陷。

随着国家和企业对环保越来越重视，要求在使用过程中脱模剂不应产生有害气体及烟雾，无毒、安全、便于操作、成本较低等。

发明内容

本发明的目的在于利用合成人造金刚石的石墨尾料制备出一种有色金属铸造用脱模剂。一方面达到资源循环利用，另一方面克服现有石墨润滑脱模剂成本较高的不足，提供一种能降低铸件表面粗糙度、有效防止铸件粘砂、夹砂、砂眼等缺陷，具有提高铸件表面光洁度的低成本、环保型润滑脱模剂及其制备方法。所采取的技术方案为：一种石墨润滑脱模剂，其组分组成为合成人造金刚石的石墨尾料、有机分散剂和无机填料；所述石墨尾料为合成人造金刚石的石墨尾料，所述无机填料含有下列物质中的至少一种：立方氮化硼、金刚石微粉、炭黑、二氧化硅、叶蜡石；有机分散剂的比例为0.01-0.1wt%；无机填料无机无机填料比例小于或等于25wt%，剩余为石墨尾料。

有色金属铸造用脱模剂中石墨尾料的粒度大小对脱模剂层的厚度有决定性影响。石墨尾料为合成人造金刚石的石墨尾料。其粒度为1-50μm，优选为10-35μm。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料比例优选为75-95wt%，优选为85-90wt%。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料来源于采用高温高压法合成人造金刚石的合成块。残留石墨、少量触媒金属、叶蜡石混在一起,包埋在合成块内。从合成块中提取人造金刚石的主要方法有酸洗法、电解法和浮选法等，剩下的石墨尾料主要为石墨粉、叶蜡石、少量Fe、Ni等触媒金属和金刚石微粉。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料的石墨化度一般为80％～95％。由于其层状结构没有被破坏，结构致密，仍然具有良好的润滑和脱模性，良好的热和化学稳定性，良好的绝热性。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料因含有少量Fe、Ni、Co等触媒金属，叶蜡石等灰分，其灰分含量达10%~25wt%。因所述石墨尾料灰分含量高，合成人造金刚石企业一般把其视为固体废物，其价格相当低廉。所述石墨尾料应用于有色金属铸造用脱模剂，是资源循环利用，使其成为一种环境友好型、低成本的产品。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料中少量Fe、Ni、Co等触媒金属以金属盐形式存在。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料是金刚石合成块经酸洗、或电解、或浮选后的石墨尾料，石墨尾料表面含有较多的亲水性活性基团如C=O、C=OOH、硫酸根离子等，这些活性基团有利于提高石墨尾料的亲水性，从而提高其在水中悬浮稳定性。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料中的叶蜡石属层状硅酸盐矿物是强亲水性材料，在石墨尾料中叶蜡石与石墨粉相互镶嵌，或因化学吸附使部分叶蜡石包覆于石墨尾料中石墨表面，形成固-固包覆，从而提高石墨尾料的亲水性，提高石墨尾料在水中悬浮稳定性。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料中的叶蜡石属层状硅酸盐矿物，其晶体结构是每一结构单位层由上下二层（Si-O）四面体层中间夹一层（Al-O,OH）八面体层组成。具有良好的化学惰性，同时具有层片状结构，有利于金属在模具中的流动，改善铸件的可脱模性。

作为上述方案的优选方案之一，所述石墨尾料中的叶蜡石属层状硅酸盐矿物有利于改善石墨浆料的流变性，提高石墨在水中的悬浮分散。从而有利于控制模具表面的脱模剂层的厚度。

作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料含有下列物质中的至少一种：立方氮化硼、金刚石微粉、炭黑、二氧化硅、叶蜡石。这些无机填料存在于模具表面的脱模剂层。

作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料粒度为0.1-50μm，优选为0.1-25μm。

有色金属铸造用脱模剂中无机填料粉体的粒度分布对脱模剂层的厚度、铸件表面状态有非常重要影响。作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料粉体具有较合适的粒度分布，其中粒度少于2μm的粉体频率分布大于5%，且粒度大于30μm的粉体频率分布少于10%。

作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料中粒度少于2μm的粉体为下列物质中的至少一种：立方氮化硼、金刚石微粉、炭黑、二氧化硅。

作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料中粒度大于30μm的粉体为下列物质中的至少一种：立方氮化硼、二氧化硅、叶腊石。

作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料中粒度少于2μm的粉体粒度相对较细，能够填充到脱模剂层中的石墨孔隙中，降低脱模剂层中的孔隙率，从而使铸件表面光滑；对于压力铸造，能够有效地防止粘模。

作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料中粒度少于2μm的粉体，其中硬度大的颗粒包覆于石墨颗粒表面，凸出的棱边、尖角能够磨碎流过的液态金属的表面氧化层，改善液态金属的流动性，能够有效地防止铸件表面产生流痕、起皮。

作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料中粒度大于30μm的粉体存在于模具表面的脱模剂层中，液态金属在模具流动过程中，带动这些较大的颗粒产生相对滑动，将粘附于金属模具的脱模剂及污垢“刮松”，从而有利于粘附于金属模具脱模剂和污垢自动脱除。同时有利于每次铸造过程中，脱模层的厚度基本保持不变。

作为上述方案的优选方案之一，所述无机填料其比例少于或等于25wt%，优选为5-15wt%。

作为上述方案的优选方案之一，所述有机分散剂为润湿剂和消泡剂。为下列物质中的至少一种：聚乙烯醇、聚乙烯呲咯、烷酮脂肪醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠、木质素磺酸钠、海藻酸钠、十六烷基三甲基溴化铵。

作为上述方案的优选方案之一，所述有机分散剂的比例为0.01-0.1wt%，优选为0.01-0.03wt%。

作为上述方案的优选方案之一，所述有机分散剂在有色金属铸造过程中，发生热解反应，放出气体。这些热解气体在脱模剂层与铸造有色金属之间形成气垫，不利于加压铸造；同时这些热解气体会造成铸件表面变色。由于石墨尾料表面含有较多的亲水性活性基团，能够有效地减少有机分散剂的用量，本发明有机分散剂的用量优选为0.01-0.03wt%。能够有效地减少有色金属铸造过程中产生的热解气体量。

本发明所述的环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于：该脱模剂适用于水基石墨润滑脱模。水基石墨浆料通过刮涂、喷涂、流涂、浸渍等方法涂覆到金属模具表面，对有色金属铸造脱模。

本发明的优势在于，该脱模剂既具有良好的润滑脱模性能，同时具有低成本、环保型、资源循环利用的润滑脱模剂及其制备方法。此外，该脱模剂成本低廉、制备工艺简单。

附图说明

图1为不同种类石墨制备的水基石墨润滑脱模剂脱模铸件图。

图2为不同石墨尾料含量制备的水基石墨润滑脱模剂脱模铸件图；

图3实例F为铸造过程中粘附于金属模具表面的脱模剂层厚度图。

具体实施方式

实施例1，一种水基石墨润滑脱模剂，其组成成分及重量比：相同粒度的各种石墨90.0wt%，有机分散剂0.02wt%，无机填料9.97wt%。并将本发明的水基脱模剂和现有技术分别用水稀释至20.0wt%的浆液，充分搅拌后用于铜件的重力铸造实验。表1考察不同种类石墨对脱模效果及铸件质量和模具表面状态的影响；图1为不同种类石墨制备的水基石墨润滑脱模剂脱模铸件图。

表1

	实例A	实例B	实例C	实例D
					石墨种类	石墨尾料	微晶石墨	鳞片石墨	人造石墨
铸件表面状态	光滑	粘模、斑点	流痕、斑点	流痕、斑点
					模具表面状态	平整	污垢	污垢、流痕	污垢

表1和图1结果表明，本发明脱模剂使用石墨尾料脱模的铸件表面光滑，模具表面平整，脱模效果优于微晶石墨、鳞片石墨和人造石墨。

实施例2，一种水基石墨润滑脱模剂，其组成成分及重量百分比如表2所示，并将本发明的水基脱模剂和现有技术分别用水稀释至20%的浆液，充分搅拌后用于铜件的重力铸造实验。

表2考察石墨尾料不同用量对脱模效果及铸件质量和模具表面状态的影响；图2为不同石墨尾料含量制备的水基石墨润滑脱模剂脱模铸件图。

表2：

表2和图2结果表明，使用本发明脱模剂，脱模剂的石墨尾料的比例为85-90wt%时，铸件表面光滑，模具表面平整、无模垢，脱模效果最优。使用现有技术的脱模剂，铸件表面针眼、污垢、斑点、表面粗糙；模具表面有模垢。

图3为实例A铸造过程中粘附于金属模具表面的脱模剂层厚度图。图3结果表明，本发明脱模剂在反复铸造过程中，脱模层的厚度保持在6.5-9.5μm，脱模层的厚度较均匀。

显然，本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在本发明权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于，组分组成为：石墨尾料、无机填料和有机分散剂，所述石墨尾料为合成人造金刚石的石墨尾料，所述无机填料含有下列物质中的至少一种：立方氮化硼、金刚石微粉、炭黑、二氧化硅、叶蜡石；有机分散剂的比例为0.01-0.1wt％；无机填料比例为9.98-14.98wt％，剩余为石墨尾料；石墨尾料比例为85-90wt％。

2.根据权利要求1所述的环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于：所述石墨尾料为采用高温高压法合成人造金刚石的合成块经粉碎后经酸洗、电解或浮选后的提取人造金刚石后剩下的石墨尾料，成分包括石墨粉、叶蜡石、触媒金属、以及金刚石微粉。

3.根据权利要求1所述的环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于：所述石墨尾料表面含有亲水性活性基团，所述亲水性活性基团包括C＝O、C＝OOH和硫酸根离子。

4.根据权利要求1所述的环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于：所述石墨尾料的石墨化度为80％～95％。

5.根据权利要求1所述的环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于：所述石墨尾料中叶蜡石含量为5％～25％。

6.根据权利要求1所述的环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于：所述无机填料为粉体；粉体中粒度小于2μm的粉体频率分布大于5％，且粒度大于30μm的粉体频率分布小于10％。

7.根据权利要求6所述的环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于：所述无机填料中粒度小于2μm的粉体为下列物质中的至少一种：立方氮化硼、金刚石微粉、炭黑、二氧化硅。

8.根据权利要求7所述的环保型石墨润滑脱模剂，其特征在于：所述无机填料中粒度大于30μm的粉体为下列物质中的至少一种：立方氮化硼、二氧化硅、叶蜡石。

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