CN110449547A

CN110449547A - 一种新型消失模用wcb铸钢水基环保涂料

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Publication number: CN110449547A
Application number: CN201910769231.1A
Authority: CN
Inventors: 柴知章; 张椿英; 张继东; 藏影; 赵浩峰
Original assignee: Anhui Institute of Information Engineering
Current assignee: Anhui Institute of Information Engineering
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2019-11-15

Abstract

本发明公开了一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，包括粉料、液料和白乳胶，其中，粉料中，以质量份计，含有100质量份的耐火材料，还含有锂基膨润土5‑9份，CMC 0.2‑0.5份，凹凸石2‑3份，助烧结剂2.5‑3.5份；耐火材料中含有80％‑90％质量的高铝矾土和10％‑20％质量的石英粉；液料中水、OP‑10、正丁醇的质量比为100：0.12‑0.17：0.2‑0.6；其中，耐火材料与白乳胶的质量比为100:3‑5。用这种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料涂刷厚度达到1.0‑1.6mm，可以有效地防止消失模铸造得到的铸钢出现孔洞、裂纹、留痕等现象产生，且原料价钱廉价，安全环保。

Description

一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料

技术领域

本发明属于消失模铸钢涂料技术领域，尤其涉及一种新型消失模用 WCB铸钢水基环保涂料。

背景技术

消失模涂料一般由耐火骨料、悬浮剂、粘结剂、载体、助剂等配制而成，但由于要求不同，选料及配比也会有所差异。其中骨料的粒形、粒度、粘结剂的类型、温度等因素会影响消失模铸造的透气性。粒形越不均匀，透气性越好，不过若粒度太粗则会影响涂料的工艺性能。因此，对于WCB铸钢消失模铸造骨料的粒度一般在200目以上；在保证高温强度及高温透气性的前提下，铸钢消失模铸造通常选用有机和无机混合粘结剂。在与普通砂型铸造相比较下，消失模铸造涂层的强度也比较高。

在WCB铸钢的铸造工艺中涂料应具备足够的耐火度、良好的化学稳定性和适当的烧结性；还应有良好的悬浮性，以至于在运输、储存和使用中不会形成沉淀；还要具备足够的润湿性，适合的渗透性和流平性；更关键的要满足发气量小、对环境污染低和表面强度较强、激烈作用不产生裂纹等性能。

在消失模铸造中涂料的强度、透气性、裂解产物通过涂层的传输特性对消失模铸造工艺的稳定性有很大的影响。因此，这三项性能对消失模铸造工艺非常重要。

目前水基涂料国外涂料质量好，但是价格昂贵，国产涂料也有比较好的，涂料质量却不稳定，或多或少存在一些问题，整体质量与国外涂料差距比较大。针对上述问题，自主研发一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料就显得十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种解决WCB铸钢件消失模生产过程中容易发生的粘砂、孔洞、裂纹、留痕现象的铸钢环保涂料。

泡沫塑料模样及其浇注系统组装成形后，通常都要上涂料，将模样、涂料烘干后才能造型浇注。涂料在消失模铸造工艺中具有十分重要的作用：

1)涂层将金属液与干砂隔离，可防止冲砂、粘砂等缺陷。

2)浇注充型时，涂层将模样的热解产物气体快速导出，可防止浇不到、气孔、夹渣、增碳等缺陷产生。

3)涂层可提高模样的强度和刚度，使模样能经受住填砂、紧实、抽真空等过程中力的作用，避免模样变形。

为了获得高质量的消失模铸件，消失模铸造涂料应具有如下性能:

1)良好的透气性(模样受热汽化生成的气体容易通过涂层，经型砂之间的间隙由真空泵强行抽走)。

2)较好的涂挂性(涂料涂挂后能在模样表面获得层厚度均匀的涂层)。

3)足够的强度(常温下能经受住搬运、紧实时的作用力使涂层不会剥落，高温下能抵抗金属液的冲刷作用力)。

4)发气量小(涂料层经烘干后，在浇注过程中与金属液作用时产生的气体量小)。

5)低温干燥速度快(低温烘干时，干燥速度快，不会产生龟裂、结壳等现象)。

消失模铸造涂料，主要由耐火填料、分散介质、黏结剂、悬浮剂及改善某些特殊性能的附加物组成；但消失模铸造涂料的性能不同于一般的铸造涂料，消失模铸件的质量和表面粗糙度在很大程度上依赖于涂料的质量。研究开发适于不同铸件材质的消失模铸造优质涂料，仍是我国消失模铸造技术研究及应用的重要课题，而采用高性能的消失模铸造涂料是生产高质量消失模铸件的重要条件。消失模涂料在消失模铸造工艺中起着重要的作用，是消失模铸造获得表面光洁的优质铸件必不可少的辅助材料。对于WCB铸造碳钢来说其铸造性能较铸铁是较差的，WCB铸造碳钢在铸造的过程中钢液的流动性较低、易被氧化、同时收缩率比较大，因此会产生粘砂、夹渣、缩松、缩孔、热裂、冷裂和浇不足、增碳等缺陷，因此在铸造工艺上就应该充分考虑这些特性并在铸造工艺材料的选取和方案的设计时予以解决。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，包括粉料、液料和白乳胶，其中，粉料由耐火材料、锂基膨润土、 CMC、凹凸石、助烧结剂组成，其中，以质量份计，相对于100质量份的耐火材料，粉料中还含有锂基膨润土5-9份，CMC0.2-0.5份，凹凸石2-3份，助烧结剂2.5-3.5份；其中，耐火材料由高铝矾土和石英粉组成，以耐火材料的质量分数为100％计，耐火材料中含有80％-90％质量的高铝矾土和 10％-20％质量的石英粉；液料中含有水、OP-10、正丁醇，其中，水、OP-10、正丁醇的质量比为100：0.12-0.17：0.2-0.6；其中，耐火材料与白乳胶的质量比为100:3-5。

通过上述技术方案，本发明具有如下优点或有益效果，用这种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料涂刷厚度达到1.0-1.6mm，可以有效地防止消失模铸造得到的铸钢出现粘砂、孔洞、裂纹、留痕等现象产生，且原料价钱廉价，安全环保。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，包括粉料、液料和白乳胶，其中，粉料由耐火材料、锂基膨润土、CMC、凹凸石、助烧结剂组成，其中，以质量份计，相对于100质量份的耐火材料，粉料中还含有锂基膨润土5-9份，CMC 0.2-0.5份，凹凸石2-3份，助烧结剂2.5-3.5份；其中，耐火材料由高铝矾土和石英粉组成，以耐火材料的质量分数为100％计，耐火材料中含有80％-90％质量的高铝矾土和10％-20％质量的石英粉；液料中含有水、OP-10、正丁醇，其中，水、OP-10、正丁醇的质量比为100： 0.12-0.17：0.2-0.6；其中，耐火材料与白乳胶的质量比为100:3-5。

通过上述技术方案，本发明具有如下优点或有益效果，用这种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料涂刷厚度达到1.0-1.6mm，可以有效地防止消失模铸造得到的铸钢出现孔洞、裂纹、留痕等现象产生，且原料价钱廉价，安全环保。

以下更进一步说明本发明之所以有如此的技术效果，是各原料协同作用的结果。

铝矾土耐火熟料的主要成分是刚玉和莫来石(3Al2O3·2SiO2)，是铝矾土经过高温(1300～1500℃)煅烧而得的烧结块再经过破碎、筛选而成，其耐火度随Al2O3含量的增加和煅烧温度的增高而提高。高铝矾土煅烧的铝矾土砂，当Al2O3质量分数达71.8％时，其耐火度大于1800℃。铝矾土耐火熟料热膨胀量小，高温体积稳定，耐火度高，抗渣性好，铁及其氧化物对其浸润都比石英低，因此用于涂料能起到很好的抗粘砂作用。

石英粉：也叫硅砂粉，是涂料中来源广、价格最低廉的一种耐火粉料之一。其主要成分SiO2的含量在98.7％～99.3％，颗粒度在200目以上，石英粉密度小，有利于在增稠的载液中悬浮，分布弥散，不易凝结，所配制的涂料具有很好的悬浮性，还具有较高的耐火度和高温化学稳定性，热膨胀系数小。

悬浮剂：选用锂基膨润土和羧甲基纤维素钠(CMC)作复合悬浮剂。锂基膨润土作为悬浮剂加入，能够促使涂料中耐火粉料在载体中保持悬浮，防止沉淀、分层和防止载体液过分渗入造型材料。还可以与变性淀粉配合作为粘结剂使用，以提高型砂的韧性和表面风干强度。

CMC是一种纤维醚类。纯品为白色或淡黄色纤维状或絮状粉末，无臭、无味、具有很强的亲水性，易溶于水，并与水形成均匀而透明的粘稠胶体溶液。CMC按其粘度分为高、中、低3种，其中将中粘度CMC配成2％水溶液，其动力粘度在300～600mPa·s。CMC与锂基膨润土配合使用时，细小的粘土质点粘附在CMC的大分子链上，这种粘附可以阻止细粒粘土质点的直线运动，从而使它们不易互相接触合并而长大，同时CMC高分子长链参与了网状结构的形成，使耐火填料质点更不易沉淀，因此被广泛用作水基涂料的悬浮剂。

凹凸石棒：也叫坡缕石，是一种具有很好的悬浮性、触变性、流平性和环保性能的添加剂。

粘结剂:粘结剂的加入是为了防止耐火粉料的脱落，涂料液体应具备适宜的粘度，以至于涂料在砂型表面不至于涂挂不良好，涂料层由于粘度不适宜而影响其在砂型表面的均匀性。在水基涂料中采用白乳胶，并且其加入量在3-5％时，涂料的综合性能也会较其它范围更好。

活性剂：涂料中加入微量的表面活性剂，可增大涂料对模样的润湿能力，从而提高涂料的粘附强度，选用OP-10作为表面活性剂，它起泡较少，表面张力下降和缓作用效果较好。在涂料中加入铁红(Fe2O3)是为了防止脉纹的产生，原理就是利用Fe2O3高温下的烧结性，在高温浇注时烧结的液相产物会填补由于硅砂的膨胀而引起的涂层裂纹，阻止金属液流入裂纹而形成铸件脉纹。

消泡剂：涂料浸涂后，表面要光亮平整，不能有孔洞、裂纹、流痕等缺陷，所以要消除涂料在制备或搅拌时引起的气泡。水基涂料中消泡剂是由机聚醚酯、矿物油、醇复合型产品，经过特殊工艺精制而成。具有自乳化、易分散、通用性强、消泡好、抑泡持久等性能，不会产生表面缺陷或影响成膜性，正丁醇为消泡剂。

在本发明一种优选的实施方式中，液料中含有JFC润湿剂，其中，水与 JFC润湿剂的质量比为100：0.04-0.06。

在本发明一种优选的实施方式中，为了得到更加均质的涂料，优选地，粉料的颗粒大小全部为200目以上。

而为了得到效果更优的涂料，在本发明一种更加优选的实施方式中，助烧结剂为Fe₂O₃。

其中，液料的添加量可在较宽的范围内进行调整，而为了得到效果更优的涂料，优选地，添加液料并混合后，涂料理化指标为黏度为6～8s，密度为 1.31～1.57g/cm³，在2h时间时悬浮率≥97％，发气量在850℃下≤20mL/g。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，以质量份计：

高铝矾土85份，200目石英粉15份，锂基膨润土6份，CMC 0.3份，白乳胶4份，凹凸石2.5份，Fe₂O₃ 3份，水70份，OP-10 1份，正丁醇3 份，此时涂料具有优良的综合性能和高温透气性。

该涂料的理化指标为：黏度(25℃，φ6.5)6.5s，密度1.38g/cm³，悬浮率2h 98％，发气量850℃ 16mL/g，涂层强度为I级。

实施例2

一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，以质量份计：

高铝矾土80份，200目石英粉20份，锂基膨润土7份，CMC 0.3份，白乳胶5份，凹凸石2.5份，Fe₂O₃ 3份，

水75份，OP-10 1.1份，正丁醇4份，此时涂料具有优良的综合性能和高温透气性。

该涂料的理化指标为：黏度(25℃，φ6.5)7s，悬浮率2h 98％，发气量850℃17mL/g，涂层强度为I级。

实施例3

一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，以质量份计：

高铝矾土85份，200目石英粉15份，锂基膨润土9份，CMC 0.4份，白乳胶3份，凹凸石2.5份，Fe₂O₃ 3份，

该涂料的理化指标为：黏度(25℃，φ6.5)7s，密度1.43g/cm³，悬浮率2h 98％，发气量850℃ 17mL/g，涂层强度为I级。

实施例4

一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，以质量份计：

高铝矾土90份，200目石英粉10份，锂基膨润土8份，CMC 0.3份，白乳胶5份，凹凸石2.5份，Fe₂O₃ 3份，

水70份，OP-10 1份，正丁醇份3.5。此时涂料具有优良的综合性能和高温透气性。

该涂料的理化指标为：黏度(25℃，φ6.5)7s，密度1.36g/cm³，悬浮率2h 98％，发气量850℃ 16mL/g，涂层强度为I级。

实施例5

一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，以质量份计：

水75份，OP-10 1.1份，正丁醇4份，JFC润湿剂0.06份，此时涂料具有优良的综合性能和高温透气性。

该涂料的理化指标为：黏度(25℃，φ6.5)7s，密度1.48g/cm³，悬浮率2h 98％，发气量850℃18mL/g，涂层强度为I级。

实施例6

一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，以质量份计：

水75份，OP-10 1.1份，正丁醇4份，JFC润湿剂0.05份，此时涂料具有优良的综合性能和高温透气性。

该涂料的理化指标为：黏度(25℃，φ6.5)6s，密度1.42g/cm³，悬浮率2h 98％，发气量850℃21mL/g，涂层强度为I级。

应用例

在实际生产中，对比了本发明得到的实施例1-4的涂料在在同等情况下每组100件消失模铸造中的使用效果，发现采用实施例1-4中的新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料涂刷厚度达到1.0-1.6mm，可以有效地防止粘砂、孔洞、裂纹、留痕现象产生，结果见表1。

表1

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，其特征在于，包括粉料、液料和白乳胶，其中，粉料由耐火材料、锂基膨润土、CMC、凹凸石、助烧结剂组成，其中，以质量份计，相对于100质量份的耐火材料，粉料中还含有锂基膨润土5-9份，CMC 0.2-0.5份，凹凸石2-3份，助烧结剂2.5-3.5份；其中，耐火材料由高铝矾土和石英粉组成，以耐火材料的质量分数为100％计，耐火材料中含有80％-90％质量的高铝矾土和10％-20％质量的石英粉；

液料中含有水、OP-10、正丁醇，其中，水、OP-10、正丁醇的质量比为100：0.12-0.17：0.2-0.6；

其中，耐火材料与白乳胶的质量比为100:3-5。

2.根据权利要求1所述的新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，其中，液料中还含有JFC润湿剂，其中，水与JFC润湿剂的质量比为100：0.04-0.06。

3.根据权利要求1所述的新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，其中，助烧结剂为Fe₂O₃。

4.根据权利要求1所述的新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，其中，粉料的颗粒大小全部为200目以上。

5.根据权利要求1所述的新型消失模用WCB铸钢水基环保涂料，其中，涂料理化指标为黏度为6～8s，密度为1.31～1.57g/cm³，在2h时间时悬浮率≥97％，发气量在850℃下≤20mL/g。