CN110465620A - 一种自动线制壳用涂料及其制备方法与调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种自动线制壳用涂料及其制备方法与调整方法，所述涂料的成分中酸性快干硅溶胶的质量、锆英粉的质量和润湿剂的体积之比为1kg：(3～5)kg：(4.5～6)ml；所述方法包括步骤1，按上述比例将酸性快干硅溶胶与润湿剂混合均匀后加入锆英粉，步骤2，先按1000～1500rad/min的速率搅拌3～8min，再按2500～3500rad/min的速率搅拌10～20min；步骤3，不间断地搅拌得到所述涂料；所述调整方法加蒸馏水和酸性快干硅溶胶调低涂料粘度，依靠涂料自身蒸发调高粘度，加蒸馏水或酸性快干硅溶胶调整涂料中SiO₂含量；涂料保质期长，制壳后层间干燥的时间短，制壳周期短。

Description

一种自动线制壳用涂料及其制备方法与调整方法

技术领域

本发明涉及熔模铸造技术领域，具体为一种自动线制壳用涂料及其制备方法与调整方法。

背景技术

熔模铸造是用熔模材料制成熔模样件并组成模组，然后在模组表面上涂料，待涂料干燥固化后，将模组加热熔出模料形成中空型壳，中空型壳经高温烧结后浇注金属液体，待金属液体凝固后清理型壳得到铸件。通常熔模材料采用蜡质材料，涂料采用耐火材料。

目前，国内熔模铸造自动线制壳用的粘结剂几乎都是碱性硅溶胶，耐火材料为高岭土类熟料，碱性硅溶胶与高岭土类熟料配制的涂料保质期短，一般只有一到二个月，且这种涂料制壳后层间干燥的时间长，制壳周期长。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种自动线制壳用涂料及其制备方法与调整方法，涂料保质期长，制壳后层间干燥的时间短，制壳周期短，劳动强度低，具有良好的应用前景。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种自动线制壳用涂料，所述涂料的成分包括酸性快干硅溶胶、锆英粉和润湿剂，酸性快干硅溶胶的质量、锆英粉的质量和润湿剂的体积之比为1kg：(3～5)kg：(4.5～6)ml。

一种自动线制壳用涂料的制备方法，包括如下步骤，

步骤1，按1kg：(4.5～6)ml的比例将酸性快干硅溶胶与润湿剂混合均匀得到混合体系A；

步骤2，向混合体系A中加入锆英粉，先按1000～1500rad/min的速率搅拌3～8min后，再按2500～3500rad/min的速率搅拌10～20min得到初步配制的涂料；

步骤3，将初步配制的涂料不间断地搅拌得到自动线制壳用涂料。

进一步，步骤1中所述的润湿剂为渗透剂T。

进一步，步骤1中所述的硅溶胶pH为4～5，其中SiO₂的质量分数和粒径依次为24％～27％、8～20nm。

进一步，步骤2中所述的锆英粉中ZrO₂的质量分数为64％～65.5％，Al₂O₃的质量分数≤1.0％，Fe₂O₃的质量分数≤1.0％，TiO₂的质量分数为≤0.3％；

锆英粉中大于75μm的粒度的质量分数为0.5％～1.2％，大于53μm的粒度的质量分数为5.0％～10.0％，大于45μm的粒度的质量分数为12.0％～17.0％。

进一步，步骤1中所述的酸性快干硅溶胶与润湿剂依次倒入配料桶中，混合均匀得到混合体系A。

进一步，所述的酸性快干硅溶胶与润湿剂在1000～1500rad/min的搅拌速率下搅拌2～5min，得到混合体系A。

进一步，步骤3中所述的搅拌速率为80～120rad/min。

一种由上述任意一项所述的制备方法得到的自动线制壳用涂料。

一种自动线制壳用涂料的调整方法，包括以下两种情况，

当涂料粘度高于规定的使用范围时，加蒸馏水和酸性快干硅溶胶使其达到使用范围，当涂料粘度低于规定的使用范围时，依靠涂料自身的蒸发达到使用范围；

当涂料中SiO₂含量高于规定的使用范围时，加蒸馏水使其达到使用范围；当涂料中SiO₂含量低于规定的使用范围时，加酸性快干硅溶胶使其达到使用范围。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的制壳用涂料，酸性快干硅溶胶作为粘结剂，配合锆英粉，在润湿剂的作用下混合均匀，最终得到的涂料能在蜡模表面均匀覆盖，减少涂料与蜡模表面之间的张力，增强覆盖效果，涂料保质期长，制壳后层间干燥的时间短，制壳周期短，具有良好的应用前景。

本发明制壳用涂料的制备方法，将酸性快干硅溶胶作为粘结剂，先与润湿剂混合均匀，酸性快干硅溶胶性能稳定，使之后得到的涂料在蜡模表面均匀覆盖，减少涂料与蜡模表面之间的张力，增强覆盖效果；之后配合锆英粉先低速搅拌使粉料能够均匀的进入酸性快干硅溶胶与润湿剂的混合体系中，后高速搅拌能够使酸性快干硅溶胶和锆英粉快速融合均匀，较短的搅拌时间以防初步配制的涂料发热变质，不间断地搅拌防止锆英粉下沉，配制的自动线制壳用涂料保质期长，对环境无污染，减少了涂料的浪费和频繁更换，具有良好的应用前景。

进一步的，酸性快干硅溶胶和锆英粉采用厂家定制的方式得到，其中SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂在pH为4～5的情况下与其他物质充分作用，配制的涂料在不断使用和续配的条件下，通过型壳强度试验得到其保质期长达18个月，通过称重法得到制壳层间干燥时间只需3.5h，与现有的碱性硅溶胶配制的涂料制壳层间干燥时间6～8h相比，制壳周期缩短了一半左右。

进一步的，由于润湿剂的剂量很少，酸性快干硅溶胶与润湿剂依次倒入配料桶中，混合均匀能防止酸性快干硅溶胶和润湿剂无法混合均匀及润湿剂不必要的浪费。

本发明自动线制壳用涂料的调整方法，通过加蒸馏水和酸性快干硅溶胶能调整涂料粘度，使其达到使用范围；依靠涂料自身的蒸发能使其粘度恢复到规定的使用范围；加蒸馏水能使涂料中SiO₂含量达到使用范围；加酸性快干硅溶胶能使涂料中SiO₂含量达到使用范围；方便制壳的需要。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种熔模铸造制壳用涂料的制备方法，包括如下步骤，

步骤1，将酸性快干硅溶胶、锆英粉与渗透剂T按1kg：(3～5)kg：(4.5～6)ml的比例称好，其中渗透剂T为润湿剂，酸性快干硅溶胶采用厂家定制的方式得到，SiO₂的质量分数为24％～27％，酸性快干硅溶胶的pH为4～5，SiO₂的粒径为8～20nm；而锆英粉也是采用厂家定制的方式得到，其中ZrO₂的质量分数为64％～65.5％，Al₂O₃的质量分数≤1.0％，Fe₂O₃的质量分数≤1.0％，TiO₂的质量分数为≤0.3％，大于75μm的粒度的质量分数为0.5％～1.2％，大于53μm的粒度的质量分数为5.0％～10.0％，大于45μm的粒度的质量分数为12.0％～17.0％；

步骤2，依次将称量好的酸性快干硅溶胶和渗透剂T倒入配料桶中，使用立式搅拌机按1000～1500rad/min的速率搅拌2～5min；由于渗透剂T的剂量很少，为防止酸性快干硅溶胶和渗透剂T无法混合均匀及渗透剂T不必要的浪费，所以先加渗透剂T，渗透剂T的加入能使之后得到的涂料在蜡模表面均匀覆盖，减少涂料与蜡模表面之间的张力，增强覆盖效果；

步骤3，加入称量好的锆英粉，按低速1000～1500rad/min的速率搅拌3～8min后，再按高速2500～3500rad/min的速率搅拌10～20min，低速搅拌是为了使粉料能够均匀的进入步骤2得到的涂料中，防止锆英粉飞扬；高速搅拌能够使酸性快干硅溶胶和锆英粉快速融合均匀，但快速搅拌时间不易过长，以防初步配制的涂料发热变质；

步骤4，将初步配制好的涂料转移到自动线涂料桶中，该自动线涂料桶属于L型搅拌桶，可以不间断地按80～120rad/min的速率进行搅拌；

步骤5，重复上述步骤得到新配的涂料，并继续转移到该自动线涂料桶中，直至满足制壳所需的涂料液面为止，但至少搅拌24h后检测合格方可使用，用该涂料得到的型壳一致性好。

新配制的整桶涂料至少连续搅拌24h后进行检测，连续搅拌为防止锆英粉下沉，符合检测标准即为涂料合格，具体的检测标准为使用流口为Φ4的中国标准流杯测量涂料粘度控制在29～35s，使用蒸馏后烘干称重法检测SiO₂含量，使其控制在24％～27％。

上述涂料存在调整和续配的问题

第一，涂料的调整

每次制壳前检查涂料粘度，当涂料粘度高于规定范围时，加蒸馏水和酸性快干硅溶胶调整。在蒸馏水和酸性快干硅溶胶调整后30～60min内再次测量涂料粘度以保证涂料粘度被调整在合格范围内。当涂料粘度低于规定范围时，一般不靠外来添加物调整，而靠涂料自身的蒸发提高粘度。粘度调整合格后需要在4h内进行制壳，超过4h应重新测量涂料粘度。

每周检测一次涂料SiO₂含量，当涂料SiO₂含量高于规定范围时，及时加蒸馏水进行调整；当涂料SiO₂含量低于规定范围时，及时加酸性快干硅溶胶进行调整；当涂料中SiO₂含量在24％～25％，需要调低涂料粘度时，按(2～3):1的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整，即酸性快干硅溶胶和蒸馏水的体积比为(2～3):1；当涂料中SiO₂含量在25％～26％，需要调低涂料粘度时，按(0.5～2):1的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整；当涂料中SiO₂含量在26％～27％，需要调低涂料粘度时，按1:(2～4)的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整。

pH值的检测可以是4h至少1次，pH值要求的范围为5～7，如第一次不合格，可在其他地方重新取样多次检测，防止检错及取样问题，但如果4～5次仍不合格，则将整桶涂料做报废处理。

第二，涂料的续配

当涂料液面低于制壳液面时，需要续配涂料，配制方法按步骤1～步骤5进行。

本发明配制的自动线制壳用涂料，在不断使用和续配的条件下，通过型壳强度试验得到该涂料可使用18个月，通过称重法得到制壳层间干燥时间只需3.5h。在保证制壳液面的前提下，在具体应用到不同的涂层时只需对涂料的粘度和SiO₂含量进行调整。

实施例1

某一个导向叶片过渡层涂料的配置、调整和续配

配置方法包括如下步骤，

步骤1，将酸性快干硅溶胶、锆英粉与渗透剂T按1kg：5kg：6ml的比例称好，其中酸性快干硅溶胶中SiO₂的质量分数为24％～27％，酸性快干硅溶胶的pH为4～5，SiO₂的粒径为8～20nm；而锆英粉中ZrO₂的质量分数为64％～65.5％，Al₂O₃的质量分数≤1.0％，Fe₂O₃的质量分数≤1.0％，TiO₂的质量分数为≤0.3％，大于75μm的粒度的质量分数为0.5％～1.2％，大于53μm的粒度的质量分数为5.0％～10.0％，大于45μm的粒度的质量分数为12.0％～17.0％；

步骤2，依次将称量好的酸性快干硅溶胶和渗透剂T倒入配料桶中，使用立式搅拌机按1500rad/min的速率搅拌2min；

步骤3，加入称量好的锆英粉，按低速1000rad/min的速率搅拌8min后此时达到了均匀混合的状态，再按高速2500rad/min的速率搅拌20min；

步骤4，将初步配制好的涂料转移到自动线涂料桶中，该自动线涂料桶属于L型搅拌桶，不间断地按120rad/min的速率进行搅拌；

步骤5，重复上述步骤得到新配的涂料并继续转移到该自动线涂料桶中，直至满足制壳所需的涂料液面为止，搅拌28h检测合格后方可使用。

新配制的整桶涂料连续搅拌28h后进行检测，合格后方能使用。检测标准为使用流口为Φ4的中国标准流杯测量涂料粘度控制在29s～35s，使用蒸馏后烘干称重法检测SiO₂含量，使其控制在24％～27％。

涂料的调整

制壳前检查涂料粘度，粘度控制在29s～35s，当涂料粘度高于规定范围时，加蒸馏水和酸性快干硅溶胶调整。在蒸馏水和酸性快干硅溶胶调整30min后再次测量涂料粘度以保证涂料粘度被调整在合格范围内。当涂料粘度低于规定范围时，一般不靠外来添加物调整，而靠涂料自身的蒸发提高粘度。粘度调整合格后在2h内进行制壳，若超过4h应重新测量涂料粘度。

每周检测一次涂料的SiO₂含量，SiO₂含量控制在24％～27％，当涂料的SiO₂含量高于规定范围时，及时加蒸馏水进行调整；当涂料SiO₂含量低于规定范围时，及时加酸性快干硅溶胶进行调整；当涂料中SiO₂含量在24％～25％，需要调低涂料粘度时，按2:1的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整；当涂料中SiO₂含量在25％～26％，需要调低涂料粘度时，按1:1的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整；当涂料中SiO₂含量在26％～27％，需要调低涂料粘度时，按1:2的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整。

pH值的检测是4h进行2次，pH值要求的范围为5～7，如第一次不合格，可在其他地方重新取样多次检测，防止检错及取样问题，但如果4次仍不合格，整桶涂料报废处理。

涂料续配

当涂料液面低于制壳液面时，需要续配涂料，配制方法按步骤1～步骤5进行。

本发明配制一桶导向叶片过渡层制壳用的涂料，在不断使用和续配的条件下可使用18个月，制壳层间干燥时间只需3.5h。

实施例2

某一个工作叶片加固层的涂料的配置、调整和续配

配置方法包括如下步骤，

步骤1，将酸性快干硅溶胶、锆英粉与渗透剂T按比例1kg：4kg：5.5ml的比例称好，其中酸性快干硅溶胶中SiO₂的质量分数为24％～27％，酸性快干硅溶胶的pH为4～5，SiO₂的粒径为8～20nm；而锆英粉中ZrO₂的质量分数为64％～65.5％，Al₂O₃的质量分数≤1.0％，Fe₂O₃的质量分数≤1.0％，TiO₂的质量分数为≤0.3％，大于75μm的粒度的质量分数为0.5％～1.2％，大于53μm的粒度的质量分数为5.0％～10.0％，大于45μm的粒度的质量分数为12.0％～17.0％；

步骤2，依次将称量好的酸性快干硅溶胶和渗透剂T倒入配料桶中，使用立式搅拌机按1250rad/min的速率搅拌3min；

步骤3，加入称量好的锆英粉，按低速1250rad/min的速率搅拌5min后，此时达到了均匀混合的状态，再按高速3000rad/min的速率搅拌15min；

步骤4，将初步配制好的涂料转移到自动线涂料桶中，该自动线涂料桶属于L型搅拌桶，不间断地按100rad/min的速率进行搅拌；

步骤5，重复上述步骤得到新配的涂料并继续转移到该自动线涂料桶中，直至满足制壳所需的涂料液面为止，搅拌26h后检测合格方可使用。

新配制的整桶涂料连续搅拌26h后进行检测，合格后方能使用。检测标准为使用流口为Φ4的中国标准流杯测量涂料粘度控制在29s～35s，使用蒸馏后烘干称重法检测SiO₂含量，使其控制在24％～27％。

涂料的调整

制壳前检查涂料粘度，粘度控制在32s～35s，当涂料粘度高于规定范围时，加蒸馏水和酸性快干硅溶胶调整。在蒸馏水和酸性快干硅溶胶调整30min后再次测量涂料粘度以保证涂料粘度被调整在合格范围内。当涂料粘度低于规定范围时，一般不靠外来添加物调整，而靠涂料自身的蒸发提高粘度。粘度调整合格后在3h内进行制壳，若超过4h应重新测量涂料粘度。

每周检测一次涂料的SiO₂含量，SiO₂含量控制在24％～27％，当涂料的SiO₂含量高于规定范围时，及时加蒸馏水进行调整；当涂料SiO₂含量低于规定范围时，及时加酸性快干硅溶胶进行调整；当涂料中SiO₂含量在24％～25％，需要调低涂料粘度时，按2:1的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整；当涂料中SiO₂含量在25％～26％，需要调低涂料粘度时，按1:1的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整；当涂料中SiO₂含量在26％～27％，需要调低涂料粘度时，按1:2的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整。

pH值的检测是4h进行1次，pH值要求的范围为5～7，如第一次不合格，可在其他地方重新取样多次检测，防止检错及取样问题，但如果5次仍不合格，整桶涂料报废处理。

涂料续配

当涂料液面低于制壳液面时，需要续配涂料，配制方法按步骤1～步骤5进行。

本发明配制一桶工作叶片加固层制壳用的涂料，在不断使用和续配的条件下可使用18个月，制壳层间干燥时间只需3.5h。

实施例3

某一个结构件封严层涂料的配置、调整和续配

配置方法包括如下步骤，

步骤1，将酸性快干硅溶胶、锆英粉与渗透剂T按1kg：3kg：4.5ml的比例称好，其中酸性快干硅溶胶中SiO₂的质量分数为24％～27％，酸性快干硅溶胶的pH为4～5，SiO₂的粒径为8～20nm；而锆英粉中ZrO₂的质量分数为64％～65.5％，Al₂O₃的质量分数≤1.0％，Fe₂O₃的质量分数≤1.0％，TiO₂的质量分数为≤0.3％，大于75μm的粒度的质量分数为0.5％～1.2％，大于53μm的粒度的质量分数为5.0％～10.0％，大于45μm的粒度的质量分数为12.0％～17.0％；

步骤2，依次将称量好的酸性快干硅溶胶和渗透剂T倒入配料桶中，使用立式搅拌机按1000rad/min的速率搅拌5min；

步骤3，加入称量好的锆英粉，按低速1500rad/min的速率搅拌3min后，此时达到了均匀混合的状态，再按高速3500rad/min的速率搅拌10min；

步骤4，将初步配制好的涂料转移到自动线涂料桶中，该自动线涂料桶属于L型搅拌桶，不间断地按80rad/min的速率进行搅拌；

步骤5，重复上述步骤得到新配的涂料并继续转移到该自动线涂料桶中，直至满足制壳所需的涂料液面为止，搅拌24h检测合格后方可使用。

新配制的整桶涂料连续搅拌24h后进行检测，合格后方能使用。检测标准为使用流口为Φ4的中国标准流杯测量涂料粘度控制在29～35s，使用蒸馏后烘干称重法检测SiO₂含量，使其控制在24％～27％。

涂料的调整

每次制壳前检查涂料粘度，当涂料粘度高于规定范围时，加蒸馏水、酸性快干硅溶胶调整。一般直径为1.2m的桶，涂料高0.8m，粘度降低1s时需加入2L蒸馏水或酸性快干硅溶胶。在蒸馏水和酸性快干硅溶胶调整30min后再次测量涂料粘度以保证涂料粘度被调整在合格范围内。当涂料粘度低于规定范围时，一般不靠外来添加物调整，而靠涂料自身的蒸发提高粘度。粘度调整合格后在4h时进行制壳，超过4h应重新测量涂料粘度。

每周检测一次涂料的SiO₂含量，当涂料的SiO₂含量高于规定范围时，及时加蒸馏水进行调整；当涂料SiO₂含量低于规定范围时，及时加酸性快干硅溶胶进行调整；当涂料中SiO₂含量在24％～25％，需要调低涂料粘度时，按2:1的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整；当涂料中SiO₂含量在25％～26％，需要调低涂料粘度时，按1:1的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整；当涂料中SiO₂含量在26％～27％，需要调低涂料粘度时，按1:2的体积比加入酸性快干硅溶胶和蒸馏水进行调整。

pH值的检测是4h进行1次，pH值要求的范围为5～7，如第一次不合格，可在其他地方重新取样多次检测，防止检错及取样问题，但如果4次仍不合格，则将整桶涂料做报废处理。

涂料续配

当涂料液面低于制壳液面时，需要续配涂料，配制方法按步骤1～步骤5进行。

本发明配制一桶结构件封严层制壳用的涂料，在不断使用和续配的条件下可使用18个月，制壳层间干燥时间只需3.5h。

Claims (10)

1.一种自动线制壳用涂料，其特征在于，所述涂料的成分包括酸性快干硅溶胶、锆英粉和润湿剂，酸性快干硅溶胶的质量、锆英粉的质量和润湿剂的体积之比为1kg：(3～5)kg：(4.5～6)ml。

2.一种自动线制壳用涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，按1kg：(4.5～6)ml的比例将酸性快干硅溶胶与润湿剂混合均匀得到混合体系A；

步骤2，向混合体系A中加入锆英粉，先按1000～1500rad/min的速率搅拌3～8min后，再按2500～3500rad/min的速率搅拌10～20min得到初步配制的涂料；

步骤3，将初步配制的涂料不间断地搅拌得到自动线制壳用涂料。

3.根据权利要求2所述的一种自动线制壳用涂料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的润湿剂为渗透剂T。

4.根据权利要求2所述的一种自动线制壳用涂料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的硅溶胶pH为4～5，其中SiO₂的质量分数和粒径依次为24％～27％、8～20nm。

5.根据权利要求4所述的一种自动线制壳用涂料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的锆英粉中ZrO₂的质量分数为64％～65.5％，Al₂O₃的质量分数≤1.0％，Fe₂O₃的质量分数≤1.0％，TiO₂的质量分数为≤0.3％；

锆英粉中大于75μm的粒度的质量分数为0.5％～1.2％，大于53μm的粒度的质量分数为5.0％～10.0％，大于45μm的粒度的质量分数为12.0％～17.0％。

6.根据权利要求2所述的一种自动线制壳用涂料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的酸性快干硅溶胶与润湿剂依次倒入配料桶中，混合均匀得到混合体系A。

7.根据权利要求6所述的一种自动线制壳用涂料的制备方法，其特征在于，所述的酸性快干硅溶胶与润湿剂在1000～1500rad/min的搅拌速率下搅拌2～5min，得到混合体系A。

8.根据权利要求2所述的一种自动线制壳用涂料的制备方法，其特征在于，步骤3中所述的搅拌速率为80～120rad/min。

9.一种由权利要求2～8中任意一项所述的制备方法得到的自动线制壳用涂料。

10.一种自动线制壳用涂料的调整方法，基于权利要求9，其特征在于，包括以下两种情况，

当涂料粘度高于规定的使用范围时，加蒸馏水和酸性快干硅溶胶使其达到使用范围，当涂料粘度低于规定的使用范围时，依靠涂料自身的蒸发达到使用范围；

当涂料中SiO₂含量高于规定的使用范围时，加蒸馏水使其达到使用范围；当涂料中SiO₂含量低于规定的使用范围时，加酸性快干硅溶胶使其达到使用范围。