CN109894572B - 一种铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂及其制备方法，属于特种涂层技术领域。本发明提供的铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂是一种水性脱模材料，涂覆在与金属熔体接触的工件表面形成涂层可以起到保护、隔绝工件的作用。本发明利用铝硅熔融珠砂良好的球形度，能减少涂层与液态金属熔体的接触角，进而实现涂层与液态金属的不润湿性，同时利用鳞片状石墨和六方氮化硼的层状结构实现金属熔体与涂层微观上的平面层移，从而实现润滑脱模剂的防粘接特性。实施例结果表明，使用本发明提供的防粘结润滑脱模剂进行熔铸脱模时，金属熔体的体积残留量小于3％。本发明提供的制备方法简单，易于实现工业化生产。

Description

一种铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及特种涂层技术领域，特别涉及一种铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂及其制备方法。

背景技术

目前我国为铝制品产量大国，铝深加工制品生产量位于全球第一。高端铝合金熔铸技术正不断的由国外引入到国内。高端铝合金熔铸过程中，所使用到的与铝熔体接触的工件较为昂贵，维修难度较大，同时高端铝合金熔铸过程中对铝合金熔体成分控制要求极其严格，因此在熔铸过程中需要保护与金属熔体相接触的工件，同时也要防止金属熔体因接触工件造成熔融金属受到污染。

在高端铝合金熔铸过程中，会用到润滑脱模涂层材料来保护与高温熔体接触的工件，然而，现有的润滑脱模涂层材料常会与金属液体发生润湿现象，使得涂层材料的成分浸入到液态金属熔体中，造成金属熔体的污染；由于铝金属熔体的粘度较大，常会粘结到涂层表面，造成铝金属的过多残留。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种防粘结润滑脱模剂及其制备方法和应用。本发明提供的防粘结润滑脱模剂具有良好的不润湿性和防粘结性，用于铝合金熔铸时不污染金属熔体，并能降低工件表面的金属残留。本发明提供的制备方法简单，易于实现工业化生产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂，由包括以下质量份的组分制备得到：

所述填料包括铝硅熔融珠砂、六方氮化硼粉、鳞片状石墨、纳米氧化硅粉和氮化硅粉。

优选的，所述填料中铝硅熔融珠砂、六方氮化硼粉、鳞片状石墨、纳米氧化硅粉和氮化硅粉的质量比为8～15：5～10：2～10：1～5：4～10。

优选的，所述铝硅熔融珠砂的粒径为300～800目；

所述六方氮化硼粉的粒径为600～1000目；

所述鳞片状石墨的粒径为300～600目；

所述纳米氧化硅粉的平均粒径为50～100nm；

所述氮化硅粉的粒径为600～1000目。

优选的，所述无机结合剂为硼改性硅溶胶、聚合磷酸铝和聚合氯化铝中的一种或几种。

优选的，所述非离子型纤维素为羟丙基甲基纤维素和/或羟乙基甲基纤维素。

优选的，所述无机增稠剂为蒙脱石和/或钠基膨润土。

本发明提供了上述防粘结润滑脱模剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将非离子型纤维素溶解于部分水中，得到澄清溶液后再加入剩余水，得到非离子型纤维素溶液；

(2)将所述非离子型纤维素溶液与无机结合剂、无机增稠剂混合，得到混合浆料；

(3)将所述混合浆料与填料混合后依次进行研磨和过筛，得到防粘结润滑脱模剂。

优选的，所述步骤(3)中研磨的转速为80～150r/min，时间为1～3h。

优选的，所述步骤(3)中过筛为过80目筛。

本发明还提供了上述防粘结润滑脱模剂在铝合金熔铸中的应用。

本发明提供了一种铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂，由包括以下质量份的组分制备得到：水100份；填料20～40份；无机结合剂5～10份；非离子型纤维素1～10份；无机增稠剂5～15份；所述填料包括铝硅熔融珠砂、六方氮化硼粉、鳞片状石墨、纳米氧化硅粉和氮化硅粉。本发明提供的铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂是一种水性脱模材料，涂覆在与金属熔体接触的工件表面形成涂层可以起到保护、隔绝工件的作用。本发明利用铝硅熔融珠砂良好的球形度，能减少涂层与液态金属熔体的接触角，进而实现涂层与液态金属的不润湿性，同时利用鳞片状石墨和六方氮化硼的层状结构实现金属熔体与涂层微观上的平面层移，从而实现润滑脱模剂的防粘接特性。实施例结果表明，使用本发明提供的防粘结润滑脱模剂进行熔铸脱模时，金属熔体的体积残留量小于3％。

本发明提供了上述防粘结润滑脱模剂的制备方法，此法简便易行，易于实现工业化生产。

本发明还提供了上述防粘结润滑脱模剂在铝合金熔铸中的应用。本发明提供的防粘结润滑脱模剂用于铝合金熔铸时，能有效保护工件，不污染金属熔体，并降低工件表面的金属残留。

具体实施方式

本发明提供了一种铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂，由包括以下质量份的组分制备得到：

所述填料包括铝硅熔融珠砂、六方氮化硼粉、鳞片状石墨、纳米氧化硅粉和氮化硅粉。

如无特殊说明，本发明对所述防粘结润滑脱模剂用到的具体原料的来源均无特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。

以质量份数计，本发明提供的防粘结润滑脱模剂包括100份的水。本发明对水的种类和来源没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知种类的水即可。

以所述水的质量份数为基准，本发明提供的防粘结润滑脱模剂的制备原料包括20～40份的填料，优选为25～35份。在本发明中，所述填料包括铝硅熔融珠砂、六方氮化硼粉、鳞片状石墨、纳米氧化硅粉和氮化硅粉，所述铝硅熔融珠砂、六方氮化硼粉、鳞片状石墨、纳米氧化硅粉和氮化硅粉的质量比优选为8～15：5～10：2～10：1～5：4～10，更优选为10～12：6～8：4～8：2～4：6～8。在本发明中，所述铝硅熔融珠砂的粒径优选为300～800目，更优选为400～600目。在本发明中，由于铝硅熔融珠砂具有良好的球形度，可以减少涂层与液态金属熔体的接触角，进而实现涂层与液态金属的不润湿性，保证金属熔体不受脱模剂的污染。

在本发明中，所述六方氮化硼粉的粒径优选为600～1000目，更优选为700～900目；所述鳞片状石墨的粒径优选为300～600目，更优选为400～500目。在本发明中，六方氮化硼粉和鳞片状石墨都具有微观的层状结构，能够实现金属熔体与涂层微观上的平面层移，从而实现润滑脱模剂的防粘接特性。

在本发明中，所述纳米氧化硅粉的粒径优选为50～100nm，更优选为70～90nm。在本发明中，纳米氧化硅粉可以充当流变助剂，起到提高浆体悬浮性的作用，避免沉降。

在本发明中，所述氮化硅粉的粒径优选为600～1000目，更优选为700～800目。在本发明中，氮化硅粉可以有效地阻止铝熔体的侵蚀。

以所述水的质量份数为基准，本发明提供的防粘结润滑脱模剂的制备原料包括5～10份的无机结合剂，优选为6～8份。在本发明中，所述无机结合剂为硼改性硅溶胶、聚合磷酸铝和聚合氯化铝中的一种或几种。在本发明中，所述无机结合剂可以使得涂层牢固地附着在工件表面，可经受熔体反复冲刷不剥落。

以所述水的质量份数为基准，本发明提供的防粘结润滑脱模剂的制备原料包括1～10份的非离子型纤维素。在本发明中，所述非离子型纤维素优选为羟丙基甲基纤维素和/或羟乙基甲基纤维素。在本发明中，非离子型纤维素作为流变润湿助剂，可以起到增稠、增加覆盖力的作用，使涂层均匀、稳定。

以所述水的质量份数为基准，本发明提供的防粘结润滑脱模剂的制备原料包括5～15份的无机增稠剂，优选为8～12份。在本发明中，所述无机增稠剂优选为蒙脱石和/或钠基膨润土；所述蒙脱石的纯度优选为98～99％，更优选为99％；所述钠基膨润土的纯度优选为98～99％，更优选为99％。本发明通过无机增稠剂来增加防粘结润滑脱模剂的粘稠度。

本发明提供了上述防粘结润滑脱模剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将非离子型纤维素溶解于部分水中，得到澄清溶液后再加入剩余水，得到非离子型纤维素溶液；

(2)将所述非离子型纤维素溶液与无机结合剂、无机增稠剂混合，得到混合浆料；

(3)将所述混合浆料与填料混合后依次进行研磨和过筛，得到防粘结润滑脱模剂。

本发明将非离子型纤维素溶解于部分水中，得到澄清溶液后再加入剩余水，得到非离子型纤维素溶液。本发明优选使用搅拌的方式溶解纤维素，在溶解时，本发明优选边缓慢搅拌边将非离子型纤维素加入到水中；在溶解纤维素时，所述部分水的用量优选为全部水质量的30～50％。本发明通过两次加水溶解纤维素，第一次加入部分水使纤维素充分润湿溶胀，然后再加入剩余的水进一步溶解，得到最终所需浓度的纤维素溶液；如果水一次性加入的话，会导致纤维素表面迅速溶解，内核无法继续与水接触从而形成不完全溶解的颗粒，这样不利于纤维素溶液的高效率制备。

得到非离子型纤维素溶液后，本发明将所述非离子型纤维素溶液与无机结合剂、无机增稠剂混合，得到混合浆料。本发明对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可。

得到混合浆料后，本发明将所述混合浆料与填料混合后依次进行研磨和过筛，得到防粘结润滑脱模剂。本发明对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可。本发明优选使用行星式球磨机对混合后的浆料进行研磨，所述研磨的转速优选为80～150r/min，更优选为100～130r/min；所述研磨的时间优选为1～3h，更优选为2h。在本发明中，所述过筛优选为过80目筛。

本发明还提供了上述技术方案所述防粘结润滑脱模剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的防粘结润滑脱模剂在铝合金熔铸中的应用。在本发明中，所述应用方法优选为：

将所述防粘结润滑脱模剂涂覆在与铝金属熔体接触的工件表面，干燥后得到防粘结润滑脱模涂层。

本发明对所述涂覆的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的涂覆方式即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为80～120℃，时间优选为2～6h；所述防粘结润滑脱模涂层的厚度优选为20μm～0.2mm。本发明提供的防粘结润滑脱模剂用于铝合金熔铸时，形成的涂层能有效保护工件，不污染金属熔体，并降低工件表面的金属残留。

下面结合实施例对本发明提供的铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)称取100g水、15g铝硅熔融珠砂(粒径为800目)、10g六方氮化硼粉(粒径为1000目)、10g鳞片状石墨(粒径为600目)、1g纳米氧化硅粉(粒径为100nm)和4g氮化硅粉(粒径为1000目)、10g硼改性硅溶胶、10g羟丙基甲基纤维素和15g蒙脱石作为原料，先将羟丙基甲基纤维素在搅拌的条件下缓慢的加入50g水中，得到澄清溶液后再加入剩余水进行二次混合，得到非离子型纤维素溶液；

(2)将所述非离子型纤维素溶液与硼改性硅溶胶、蒙脱石混合，得到混合浆料；

(3)将所述混合浆料与填料混合后使用行星式球磨机进行研磨，研磨的转速为150r/min，时间为3h，之后过80目筛网，得到防粘结润滑脱模剂。

将所得防粘结润滑脱模剂均匀涂覆于工件表面，80℃下干燥6h后得到厚度为20μm的涂层，将此工件用于铝合金熔铸，熔铸完成后测试工件表面金属残留量，经检测，工件表面金属的体积残留量小于3％。

实施例2

(1)称取100g水、8g铝硅熔融珠砂(粒径为300目)、5g六方氮化硼粉(粒径为600目)、2g鳞片状石墨(粒径为300目)、5g纳米氧化硅粉(粒径为50nm)和10g氮化硅粉(粒径为600目)、5g聚合磷酸铝、1g羟乙基甲基纤维素和5g钠基膨润土作为原料，先将羟乙基甲基纤维素在搅拌的条件下缓慢的加入30g水中，得到澄清溶液后再加入剩余水进行二次混合，得到非离子型纤维素溶液；

(2)将所述非离子型纤维素溶液与聚合磷酸铝、钠基膨润土，得到混合浆料；

(3)将所述混合浆料与填料混合后使用行星式球磨机进行研磨，研磨的转速为80r/min，时间为1h，之后过80目筛网，得到防粘结润滑脱模剂。

将所得防粘结润滑脱模剂均匀涂覆于工件表面，100℃下干燥4h后得到厚度为100μm的涂层，将此工件用于铝合金熔铸，熔铸完成后测试工件表面金属残留量，经检测，工件表面金属的体积残留量小于3％。

实施例3

(1)称取100g水、10g铝硅熔融珠砂(粒径为300目)、8g六方氮化硼粉(粒径为600目)、5g鳞片状石墨(粒径为300目)、2g纳米氧化硅粉(粒径为50nm)和5g氮化硅粉(粒径为600目)、8g聚合氯化铝、5g羟丙基甲基纤维素和10g蒙脱石作为原料，先将羟丙基甲基纤维素在搅拌的条件下缓慢的加入40g水中，得到澄清溶液后再加入剩余水进行二次混合，得到非离子型纤维素溶液；

(2)将所述非离子型纤维素溶液与聚合氯化铝、蒙脱石混合，得到混合浆料；

(3)将所述混合浆料与填料混合后使用行星式球磨机进行研磨，研磨的转速为100r/min，时间为2h，之后过80目筛网，得到防粘结润滑脱模剂。

将所得防粘结润滑脱模剂均匀涂覆于工件表面，120℃下干燥2h后得到厚度为0.2mm的涂层，将此工件用于铝合金熔铸，熔铸完成后测试工件表面金属残留量，经检测，工件表面金属的体积残留量小于3％。

由以上实施例可知，本发明提供的防粘结润滑脱模剂具有良好的防粘结性能，能有效降低工件表面的金属残留。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铝熔铸领域用防粘结润滑脱模剂，其特征在于，由包括以下质量份的组分制备得到：

所述填料由铝硅熔融珠砂、六方氮化硼粉、鳞片状石墨、纳米氧化硅粉和氮化硅粉组成；

所述填料中铝硅熔融珠砂、六方氮化硼粉、鳞片状石墨、纳米氧化硅粉和氮化硅粉的质量比为8～15：5～10：2～10：1～5：4～10；

所述无机结合剂为硼改性硅溶胶、聚合磷酸铝和聚合氯化铝中的一种或几种。

2.根据权利要求1所 述的防粘结润滑脱模剂，其特征在于，所述铝硅熔融珠砂的粒径为300～800目；

所述六方氮化硼粉的粒径为600～1000目；

所述鳞片状石墨的粒径为300～600目；

所述纳米氧化硅粉的平均粒径为50～100nm；

所述氮化硅粉的粒径为600～1000目。

3.根据权利要求1所述的防粘结润滑脱模剂，其特征在于，所述非离子型纤维素为羟丙基甲基纤维素和/或羟乙基甲基纤维素。

4.根据权利要求1所述的防粘结润滑脱模剂，其特征在于，所述无机增稠剂为蒙脱石和/或钠基膨润土。

5.权利要求1～4任意一项所述防粘结润滑脱模剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将非离子型纤维素溶解于部分水中，得到澄清溶液后再加入剩余水，得到非离子型纤维素溶液；

(2)将所述非离子型纤维素溶液与无机结合剂、无机增稠剂混合，得到混合浆料；

(3)将所述混合浆料与填料混合后依次进行研磨和过筛，得到防粘结润滑脱模剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中研磨的转速为80～150r/min，时间为1～3h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中过筛为过80目筛。

8.权利要求1～4任意一项所述防粘结润滑脱模剂或权利要求5～7任意一项所述方法制备的防粘结润滑脱模剂在铝合金熔铸中的应用。