CN110625067A - 一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新材料技术领域，公开了一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，通过对耐高温材料以及惰性反应原理的研究，解决现有铸件加工中，为了提高型壳的耐火性在表面涂覆一层耐火涂层并不能根本解决铸造中存在的问题，制备得到的专用面层耐火粉料颗粒分散度高，耐高温性极佳，使得型壳焙烧中结构性能稳定，惰性强，即便与非常活泼的金属也不发生物理化学反应，与合金液的接触角小，几乎不润湿，阻止了界面反应的发生，且具有较高的传热系数，对铸件的快速成型具有重要影响；由于陶瓷合金材料与铁的亲和力强，形成规则的片层结构，耐火度达到了2600℃，应对热冲击时不会发生开裂、变形，密度较小，显著降低型壳的重量和运输成本。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法。
背景技术
熔模铸造通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。熔模铸造工艺过程较复杂，且不易控制，使用和消耗的材料较贵，故它适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。
在熔模铸造中，对于活泼型合金元素，传统的型壳材料会与熔体发生化学反应，还会引发铸造件表面的黏连，引起鼓包、凹陷等表面缺陷问题。并且传统的型壳材料在耐高温性能上仍然具有很大的不足，虽然使用耐高温材料进行了涂布，但表面的耐火涂层并不能抵御合金液浇铸时发生软榻和爆裂现象。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，大大提高了铸造型壳的质量，对铸件的外观、结构和性能起到了至关重要的作用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，熔模铸造型壳的结构包括型壳面层以及型壳背层。
熔模铸造型壳的制备方法为：将制备得到的面层浆料均匀涂挂在蜡型表面，撒砂，干燥，面层型壳干燥条件为：温度27-30℃，空气相对湿度在56-60%之间；待型壳面层充分干燥后涂挂型壳背层浆料；背层干燥条件为：温度24-26℃，空气相对湿度在35-40%之间；待型壳充分干燥后，采用微波脱蜡，制备得到的型壳置于焙烧炉中，在氮气保护下，加热升温至980-1000℃，保温40-50分钟，随炉冷却即可。
型壳面层浆料的制备方法为：首先制备专用面层耐火粉料，与粘结剂按照粉液质量比为1.1-1.3:1的比例混合，加入质量分数占粘结剂质量0.02-0.04%的2,2-二羟甲基丁醇，搅拌均匀得到型壳面层浆料。
所述面层耐火粉料的制备方法为：称取18-20克氮化硼、5.5-6.0克石墨烯和2.2-2.4克纳米氧化铕，放入研钵中，研磨1-2小时混合均匀，转移至球磨罐中进行球磨，球磨介质小球为玛瑙球，球料比为4-5:1，球磨罐转速为460-480转/分钟，球磨时间为8-10小时，球磨结束后，所得粉末静置8-9小时，所得粉料置于预热的管式炉中烧结，在氩气保护下，以11-13℃/分钟的速度升温至2100-2200℃，保温90-100分钟，随炉自然冷却至室温，置于80-90℃烘箱中烘干12-14小时，即为面层耐火粉料；制备得到的该面层耐火粉料耐高温性极佳，型壳焙烧中结构性能稳定，惰性强，即便与非常活泼的金属也不发生物理化学反应，与金属液的接触角小，几乎不润湿，阻止了界面反应的发生，作为与浇注金属液直接接触的一面，对铸件的结构与性能具有重要影响，本发明制备得到的型壳面层材料使型壳具有致密、坚实的内表面，显著提高了型壳的耐高温性以及表面抗粘结性能，保证了加工铸件的质量。
所述面层耐火粉料制备方法中，管式炉预热温度为570-580℃。
所述型壳面层浆料使用的粘结剂为氧化锆溶胶，溶胶中锆离子的浓度在1.8-1.9摩尔/升之间，pH值在6.4-6.6之间，该溶胶在高温焙烧下能够形成化学结构稳定的氧化锆。
所述型壳背层浆料使用的耐火粉料为莫来石粉，粘结剂为质量浓度为26-30%的水玻璃，粉料比为3.5-4.0:1。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有熔模铸造型壳不耐高温易与铸件粘结的问题，本发明提供了一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，通过对耐高温材料以及惰性反应原理的研究，解决现有铸件加工中，为了提高型壳的耐火性在表面涂覆一层耐火涂层并不能根本解决铸造中存在的问题，制备得到的专用面层耐火粉料颗粒分散度高，耐高温性极佳，使得型壳焙烧中结构性能稳定，惰性强，即便与非常活泼的金属也不发生物理化学反应，与合金液的接触角小，几乎不润湿，阻止了界面反应的发生，且具有较高的传热系数，对铸件的快速成型具有重要影响；由于陶瓷合金材料与铁的亲和力强，形成规则的片层结构，耐火度达到了2600℃，应对热冲击时不会发生开裂、变形，密度较小，显著降低型壳的重量和运输成本；本发明有效解决了合金钢铸件由于元素夹杂造成的耐热疲劳性能差的问题，具有低成本、无危害、经济性好的特点，大大提高了铸造型壳的质量，对铸件的外观、结构和性能起到了至关重要的作用，能够实现增强铸件使用性能以及提高市场竞争力的现实意义，对于熔模铸造型壳的性能研究具有较高价值，显著促进现代化合金铸造业快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，熔模铸造型壳的结构包括型壳面层以及型壳背层。
具体的，熔模铸造型壳的制备方法为：将制备得到的面层浆料均匀涂挂在蜡型表面，撒砂，干燥，面层型壳干燥条件为：温度27℃，空气相对湿度在56-60%之间；待型壳面层充分干燥后涂挂型壳背层浆料；背层干燥条件为：温度24℃，空气相对湿度在35-40%之间；待型壳充分干燥后，采用微波脱蜡，制备得到的型壳置于焙烧炉中，在氮气保护下，加热升温至980℃，保温40分钟，随炉冷却即可。
型壳面层浆料的制备方法为：首先制备专用面层耐火粉料，与粘结剂按照粉液质量比为1.1:1的比例混合，加入质量分数占粘结剂质量0.02%的2,2-二羟甲基丁醇，搅拌均匀得到型壳面层浆料。
所述面层耐火粉料的制备方法为：称取18克氮化硼、5.5克石墨烯和2.2克纳米氧化铕，放入研钵中，研磨1小时混合均匀，转移至球磨罐中进行球磨，球磨介质小球为玛瑙球，球料比为4:1，球磨罐转速为460转/分钟，球磨时间为8小时，球磨结束后，所得粉末静置8小时，所得粉料置于预热的管式炉中烧结，在氩气保护下，以11℃/分钟的速度升温至2100℃，保温90分钟，随炉自然冷却至室温，置于80℃烘箱中烘干12小时，即为面层耐火粉料。
所述面层耐火粉料制备方法中，管式炉预热温度为570℃。
所述型壳面层浆料使用的粘结剂为氧化锆溶胶，溶胶中锆离子的浓度在1.8-1.9摩尔/升之间，pH值在6.4-6.6之间，该溶胶在高温焙烧下能够形成化学结构稳定的氧化锆。
所述型壳背层浆料使用的耐火粉料为莫来石粉，粘结剂为质量浓度为26%的水玻璃，粉料比为3.5:1。
实施例2
一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，熔模铸造型壳的结构包括型壳面层以及型壳背层。
具体的，熔模铸造型壳的制备方法为：将制备得到的面层浆料均匀涂挂在蜡型表面，撒砂，干燥，面层型壳干燥条件为：温度28℃，空气相对湿度在56-60%之间；待型壳面层充分干燥后涂挂型壳背层浆料；背层干燥条件为：温度25℃，空气相对湿度在35-40%之间；待型壳充分干燥后，采用微波脱蜡，制备得到的型壳置于焙烧炉中，在氮气保护下，加热升温至990℃，保温45分钟，随炉冷却即可。
型壳面层浆料的制备方法为：首先制备专用面层耐火粉料，与粘结剂按照粉液质量比为1.2:1的比例混合，加入质量分数占粘结剂质量0.03%的2,2-二羟甲基丁醇，搅拌均匀得到型壳面层浆料。
所述面层耐火粉料的制备方法为：称取19克氮化硼、5.8克石墨烯和2.3克纳米氧化铕，放入研钵中，研磨1.5小时混合均匀，转移至球磨罐中进行球磨，球磨介质小球为玛瑙球，球料比为4.5:1，球磨罐转速为470转/分钟，球磨时间为9小时，球磨结束后，所得粉末静置8.5小时，所得粉料置于预热的管式炉中烧结，在氩气保护下，以12℃/分钟的速度升温至2150℃，保温95分钟，随炉自然冷却至室温，置于85℃烘箱中烘干13小时，即为面层耐火粉料。
所述面层耐火粉料制备方法中，管式炉预热温度为575℃。
所述型壳面层浆料使用的粘结剂为氧化锆溶胶，溶胶中锆离子的浓度在1.8-1.9摩尔/升之间，pH值在6.4-6.6之间，该溶胶在高温焙烧下能够形成化学结构稳定的氧化锆。
所述型壳背层浆料使用的耐火粉料为莫来石粉，粘结剂为质量浓度为28%的水玻璃，粉料比为3.8:1。
实施例3
一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，熔模铸造型壳的结构包括型壳面层以及型壳背层。
具体的，熔模铸造型壳的制备方法为：将制备得到的面层浆料均匀涂挂在蜡型表面，撒砂，干燥，面层型壳干燥条件为：温度30℃，空气相对湿度在56-60%之间；待型壳面层充分干燥后涂挂型壳背层浆料；背层干燥条件为：温度26℃，空气相对湿度在35-40%之间；待型壳充分干燥后，采用微波脱蜡，制备得到的型壳置于焙烧炉中，在氮气保护下，加热升温至1000℃，保温50分钟，随炉冷却即可。
型壳面层浆料的制备方法为：首先制备专用面层耐火粉料，与粘结剂按照粉液质量比为1.3:1的比例混合，加入质量分数占粘结剂质量0.04%的2,2-二羟甲基丁醇，搅拌均匀得到型壳面层浆料。
所述面层耐火粉料的制备方法为：称取20克氮化硼、6.0克石墨烯和2.4克纳米氧化铕，放入研钵中，研磨2小时混合均匀，转移至球磨罐中进行球磨，球磨介质小球为玛瑙球，球料比为5:1，球磨罐转速为480转/分钟，球磨时间为10小时，球磨结束后，所得粉末静置9小时，所得粉料置于预热的管式炉中烧结，在氩气保护下，以13℃/分钟的速度升温至2200℃，保温100分钟，随炉自然冷却至室温，置于90℃烘箱中烘干14小时，即为面层耐火粉料。
所述面层耐火粉料制备方法中，管式炉预热温度为580℃。
所述型壳面层浆料使用的粘结剂为氧化锆溶胶，溶胶中锆离子的浓度在1.8-1.9摩尔/升之间，pH值在6.4-6.6之间，该溶胶在高温焙烧下能够形成化学结构稳定的氧化锆。
所述型壳背层浆料使用的耐火粉料为莫来石粉，粘结剂为质量浓度为26-30%的水玻璃，粉料比为4.0:1。
按照本发明实施例1-3的方法制备熔模铸造型壳，耐火度达到了2600℃，应对热冲击时不会发生开裂、变形，密度较小。
本发明有效解决了合金钢铸件由于元素夹杂造成的耐热疲劳性能差的问题，具有低成本、无危害、经济性好的特点，大大提高了铸造型壳的质量，对铸件的外观、结构和性能起到了至关重要的作用，能够实现增强铸件使用性能以及提高市场竞争力的现实意义，对于熔模铸造型壳的性能研究具有较高价值，显著促进现代化合金铸造业快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。
Claims (5)
1.一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，其特征在于，所述熔模铸造型壳的制备方法包括以下步骤：将制备得到的面层浆料均匀涂挂在蜡型表面，撒砂，干燥，面层型壳干燥条件为：温度27-30℃，空气相对湿度在56-60%之间；待型壳面层充分干燥后涂挂型壳背层浆料；背层干燥条件为：温度24-26℃，空气相对湿度在35-40%之间；待型壳充分干燥后，采用微波脱蜡，制备得到的型壳置于焙烧炉中，在氮气保护下，加热升温至980-1000℃，保温40-50分钟，随炉冷却即可；
所述型壳面层浆料的制备方法为：首先制备专用面层耐火粉料，与粘结剂按照粉液质量比为1.1-1.3:1的比例混合，加入质量分数占粘结剂质量0.02-0.04%的2,2-二羟甲基丁醇，搅拌均匀得到型壳面层浆料；
所述面层耐火粉料的制备方法为：称取18-20克氮化硼、5.5-6.0克石墨烯和2.2-2.4克纳米氧化铕，放入研钵中，研磨1-2小时混合均匀，转移至球磨罐中进行球磨，球磨介质小球为玛瑙球，球料比为4-5:1，球磨罐转速为460-480转/分钟，球磨时间为8-10小时，球磨结束后，所得粉末静置8-9小时，所得粉料置于预热的管式炉中烧结，在氩气保护下，以11-13℃/分钟的速度升温至2100-2200℃，保温90-100分钟，随炉自然冷却至室温，置于80-90℃烘箱中烘干12-14小时，即为面层耐火粉料。
2.如权利要求1所述一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，其特征在于，所述面层耐火粉料制备方法中，纳米氧化铕粒径大小在30-40纳米范围。
3.如权利要求1所述一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，其特征在于，所述面层耐火粉料制备方法中，管式炉预热温度为570-580℃。
4.如权利要求1所述一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，其特征在于，所述型壳面层浆料使用的粘结剂为氧化锆溶胶，溶胶中锆离子的浓度在1.8-1.9摩尔/升之间，pH值在6.4-6.6之间。
5.如权利要求1所述一种耐高温抗粘结的熔模铸造型壳的制备方法，其特征在于，所述型壳背层浆料使用的耐火粉料为莫来石粉，粘结剂为质量浓度为26-30%的水玻璃，粉料比为3.5-4.0:1。
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