CN110961570B - 一种金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属型铸造用涂料技术领域，尤其涉及一种金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法，包括如下步骤：锆英砂、碳粒和氧化铝投入电弧炉进行高温熔炼，制备锆铝复合氧化物；将所述锆铝复合氧化物研磨成锆铝复合氧化物粉体；将锆铝复合氧化物粉体、石墨粉和铁黑粉混合混匀得混合粉体；将混合粉体和硅溶胶按照5‑8:1的重量比混合调配涂料液，然后向涂料液中加入去离子水和1‑2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到金属型铸造用氧化锆复合喷涂料。本发明的有益效果在于：本发明所制备的金属型模涂料，可有效延长金属型模使用寿命。

Description

一种金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法
技术领域
本发明属于金属型铸造用涂料技术领域，尤其涉及一种金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法。
背景技术
金属型铸造是将高温液态金属浇注到金属模具中，获得铸件的一种铸造方法，适用于批量生产大、中、小型铸件的工艺，特别是在各种有色金属合金铸件领域应用更为广泛。金属型铸造的优点：铸件的质量和尺寸稳定，控制精度高；铸件在金属型中冷却速度较快，使得铸件的致密度提高，机械性能优异；金属液在浇铸过程损耗低。金属型铸造时，需在型腔表面都会涂覆涂料，涂料可保护金属铸型免受浇注时的热冲击、隔绝液体金属对铸型面的直接冲刷和磨损，取出铸件时，可防止铸型磨损。涂料的成分对涂层的质量有较大影响，进而影响铸件的质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法。在提升铸件成品率的同时，以最低的成本制备出性能更佳的喷涂料产品，以提高金属型铸模的使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法，包括如下步骤：
锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：(5.0-6.5)：(0.45-0.85)配比投入电弧炉进行高温熔炼，制备氧化锆含量≥95％，同时二氧化硅：氧化铝质量比在(1.5-2.5):1的锆铝复合氧化物；
将所述锆铝复合氧化物研磨成锆铝复合氧化物粉体；
将锆铝复合氧化物粉体、石墨粉和铁黑粉混合混匀得混合粉体，所述锆铝复合粉体、石墨粉和铁黑粉的质量比为：100：(1.15-2.35)：(1.85-3.25)；
将混合粉体和硅溶胶按照5-8:1的重量比混合调配涂料液，然后向涂料液中加入去离子水和1-2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到金属型铸造用氧化锆复合喷涂料。
本发明的有益效果在于：本发明金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法所制备的金属型模涂料，在铸型表面涂层沉积均匀，不会出现局部开裂和起皮的缺陷。涂料喷涂后，可减少浇铸过程高温金属液对金属铸型的热冲击，取出铸件过程，可有效缓冲铸件对金属型的摩擦破坏，提高铸件的制备成品率。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明提供一种金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法，包括如下步骤：
锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：(5.0-6.5)：(0.45-0.85)配比投入电弧炉进行高温熔炼，制备氧化锆含量≥95％，同时二氧化硅：氧化铝质量比在(1.5-2.5):1的锆铝复合氧化物；
将所述锆铝复合氧化物研磨成锆铝复合氧化物粉体；
将锆铝复合氧化物粉体、石墨粉和铁黑粉混合混匀得混合粉体，所述锆铝复合粉体、石墨粉和铁黑粉的质量比为：100：(1.15-2.35)：(1.85-3.25)；
将混合粉体和硅溶胶按照5-8:1的重量比混合调配涂料液，然后向涂料液中加入去离子水和1-2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到金属型铸造用氧化锆复合喷涂料。
进一步的，上述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法中，所述锆英砂中氧化锆含量≥64％；所述氧化铝纯度≥98.5％；所述碳粒纯度≥98.5％；所述石墨粉纯度≥99％；所述铁黑粉纯度≥98％。
进一步的，上述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法中，所述硅溶胶为硅酸钠、硅酸钾其中的一种或两种混合物。
进一步的，上述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法中，所述锆铝复合氧化物粉体的粒度≤450目。
进一步的，上述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法中，所述石墨粉粒度≤500目；所述铁黑粉粒度≤500目。
进一步的，上述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法中，所述锆铝复合氧化物，石墨粉和铁黑粉机械混合得混合粉体，混合时间≥30min。
本发明的有益效果在于：本发明金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法所制备的金属型模涂料使用时，在金属模具表面喷涂厚度控制为0.15mm～0.35mm，喷涂好的金属模具于110℃-350℃温度下烘干90～150min备用。
本发明上述所得金属型模涂料，在铸型表面涂层沉积均匀，不会出现局部开裂和起皮的缺陷。涂料喷涂后，可减少浇铸过程高温金属液对金属铸型的热冲击，取出铸件过程，可有效缓冲铸件对金属型的摩擦破坏，提高铸件的制备成品率。
实施案例1：
制备工艺：锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：5.5：0.47配比投入电弧炉进行高温熔炼，制得氧化锆含量96.18％，二氧化硅：氧化铝质量比为1.95:1的锆铝复合氧化物，收集上述锆铝复合氧化物并将其研磨成粒度450目粉体。将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：1.35：2.85质量比例混合，再将混合粉体和硅溶胶按6.2:1的重量比混合调配，向涂料液中加入去离子水和1滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到氧化锆复合喷涂料。将涂料喷涂在金属模具表面，喷涂厚度控制为0.19mm，喷涂好的金属模具于110℃温度下烘烤100min备用。
所使用的原料锆英砂中氧化锆含量≥64％、氧化铝纯度≥98.5％、碳粒纯度≥98.5％、石墨粉纯度≥99％、铁黑纯度≥98％；石墨粉粒度≤500目、铁黑粉粒度≤500目。
烘干后涂料在铸型表面沉积均匀，未出现开裂和起皮，将上述喷涂后烘干好的金属模具进行铝合金液浇铸试验，重复浇铸2次，涂层未出现破损，涂料喷涂后有效减少了浇铸过程高温金属液对金属铸型的热冲击，冷却后铸件与模具自然分离，基本不存在铸件对金属型的摩擦破坏，有效提高铸件的制备成品率。
实施案例2：
制备工艺：锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：5.2：0.51配比投入电弧炉进行高温熔炼，制得氧化锆含量95.71％，二氧化硅：氧化铝质量比为2.05:1的锆铝复合氧化物，收集上述锆铝复合氧化物并将其研磨成粒度550目粉体。将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：1.52：2.12质量比例混合，再将混合粉体和硅溶胶按5.5:1的重量比混合调配，向涂料液中加入去离子水和2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到氧化锆复合喷涂料。将涂料喷涂在金属模具表面，喷涂厚度控制为0.22mm，喷涂好的金属模具于135℃温度下烘烤95min备用。
所使用的原料锆英砂中氧化锆含量≥64％、氧化铝纯度≥98.5％、碳粒纯度≥98.5％、石墨粉纯度≥99％、铁黑纯度≥98％；石墨粉粒度≤500目、铁黑粉粒度≤500目。
烘干后涂料在铸型表面沉积均匀，未出现开裂和起皮，将上述喷涂后烘干好的金属模具进行铝合金液浇铸试验，重复浇铸2次，涂层未出现破损，涂料喷涂后有效减少了浇铸过程高温金属液对金属铸型的热冲击，冷却后铸件与模具自然分离，基本不存在铸件对金属型的摩擦破坏，有效提高铸件的制备成品率。
实施案例3：
制备工艺：锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：6.3：0.81配比投入电弧炉进行高温熔炼，制得氧化锆含量97.13％，二氧化硅：氧化铝质量比为2.35:1的锆铝复合氧化物，收集上述锆铝复合氧化物并将其研磨成粒度500目粉体。将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：2.12：3.23质量比例混合，再将混合粉体和硅溶胶按7.5:1的重量比混合调配，向涂料液中加入去离子水和2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到氧化锆复合喷涂料。将涂料喷涂在金属模具表面，喷涂厚度控制为0.26mm，喷涂好的金属模具于150℃温度下烘烤120min备用。
所使用的原料锆英砂中氧化锆含量≥64％、氧化铝纯度≥98.5％、碳粒纯度≥98.5％、石墨粉纯度≥99％、铁黑纯度≥98％；石墨粉粒度≤500目、铁黑粉粒度≤500目。
烘干后涂料在铸型表面沉积均匀，未出现开裂和起皮，将上述喷涂后烘干好的金属模具进行铝合金液浇铸试验，重复浇铸2次，涂层未出现破损，涂料喷涂后有效减少了浇铸过程高温金属液对金属铸型的热冲击，冷却后铸件与模具自然分离，基本不存在铸件对金属型的摩擦破坏，有效提高铸件的制备成品率。
对比例1(锆英砂、碳粒和氧化铝比例超出本发明优选范围)
制备工艺：锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：6.3：0配比投入电弧炉进行高温熔炼，制得氧化锆含量96.5％，二氧化硅：氧化铝质量比为2.35:0.11的锆铝复合氧化物，收集上述锆铝复合氧化物并将其研磨成粒度500目粉体。将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：1.55：2.28质量比例混合，再将混合粉体和硅溶胶按6.3:1的重量比混合调配，向涂料液中加入去离子水和2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到氧化锆复合喷涂料。将涂料喷涂在金属模具表面，喷涂厚度控制为0.23mm，喷涂好的金属模具于120℃温度下烘烤100min备用。
所使用的原料锆英砂中氧化锆含量≥64％、碳粒纯度≥98.5％、石墨粉纯度≥99％、铁黑纯度≥98％；石墨粉粒度≤500目、铁黑粉粒度≤500目。
烘干后涂料在铸型表面沉积均匀，但局部出现开裂和起皮，效果较差。
对比例2(锆英砂、碳粒和氧化铝比例超出本发明优选范围)
制备工艺：锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：7.5：0.75配比投入电弧炉进行高温熔炼，制得氧化锆含量95.93％，二氧化硅：氧化铝质量比为0.35:1的锆铝复合氧化物，收集上述锆铝复合氧化物并将其研磨成粒度450目粉体。将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：1.62：2.75质量比例混合，再将混合粉体和硅溶胶按6.5:1的重量比混合调配，向涂料液中加入去离子水和2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到氧化锆复合喷涂料。将涂料喷涂在金属模具表面，喷涂厚度控制为0.20mm，喷涂好的金属模具于120℃温度下烘烤100min备用。
所使用的原料锆英砂中氧化锆含量≥64％、氧化铝纯度≥98.5％、碳粒纯度≥98.5％、石墨粉纯度≥99％、铁黑纯度≥98％；石墨粉粒度≤500目、铁黑粉粒度≤500目。
烘干后涂料在铸型表面沉积均匀，局部涂层出现细微的开裂和起皮，将上述喷涂后烘干好的金属模具进行铝合金液浇铸试验，浇铸1次，浇铸过程涂层出现破损，铸件脱模较困难。
对比例3：(锆铝复合氧化物，石墨粉和铁黑粉的比例超出本发明优选范围)
制备工艺：锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：6.0：0.75配比投入电弧炉进行高温熔炼，制得氧化锆含量95.7％，二氧化硅：氧化铝质量比为0.22:1的锆铝复合氧化物，收集上述锆铝复合氧化物并将其研磨成粒度500目粉体。将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：0.95：2.35质量比例混合，再将混合粉体和硅溶胶按6.5:1的重量比混合调配，向涂料液中加入去离子水和2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到氧化锆复合喷涂料。将涂料喷涂在金属模具表面，喷涂厚度控制为0.24mm，喷涂好的金属模具于120℃温度下烘烤100min备用。
所使用的原料锆英砂中氧化锆含量≥64％、氧化铝纯度≥98.5％、碳粒纯度≥98.5％、石墨粉纯度≥99％、铁黑纯度≥98％；石墨粉粒度≤500目、铁黑粉粒度≤500目。
烘干后涂料在铸型表面沉积均匀，涂层未出现开裂和起皮等缺陷，将上述喷涂后烘干好的金属模具进行铝合金液浇铸试验，浇铸后铸件与模具接触紧实，铸件脱模较困难。将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：2.45：2.35质量比例混合，其它工艺参数不变条件下，制得涂料喷涂后则存在涂料在铸型表面沉积不均匀，强度变差，效果同样不好。
对比例4(锆铝复合氧化物，石墨粉和铁黑粉的比例超出本发明优选范围)
制备工艺：锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：6.0：0.8配比投入电弧炉进行高温熔炼，制得氧化锆含量95.7％，二氧化硅：氧化铝质量比为0.24:1的锆铝复合氧化物，收集上述锆铝复合氧化物并将其研磨成粒度500目粉体。将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：1.75：1.70质量比例混合，再将混合粉体和硅溶胶按6.5:1的重量比混合调配，向涂料液中加入去离子水和2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到氧化锆复合喷涂料。将涂料喷涂在金属模具表面，喷涂厚度控制为0.20mm，喷涂好的金属模具于120℃温度下烘烤100min备用。
所使用的原料锆英砂中氧化锆含量≥64％、氧化铝纯度≥98.5％、碳粒纯度≥98.5％、石墨粉纯度≥99％、铁黑纯度≥98％；石墨粉粒度≤500目、铁黑粉粒度≤500目。
烘干后涂料在铸型表面沉积均匀，涂层未出现开裂和起皮等缺陷，将上述喷涂后烘干好的金属模具进行铝合金液浇铸试验，浇铸后铸件与模具出现粘结，铸件脱模较困难，涂料对铸模的保护性差。
对比例5
将锆铝复合氧化物：石墨粉：铁黑粉按100：1.75：3.45质量比例混合，其它工艺参数相对对比例7不变条件下，制得涂料喷涂后则存在涂料在铸型表面沉积均匀，但烘干后有细微裂纹，强度变差，效果不好。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
锆英砂、碳粒和氧化铝按重量比100：(5.0-6.5)：(0.45-0.85)配比投入电弧炉进行高温熔炼，制备氧化锆含量≥95％，同时二氧化硅：氧化铝质量比在(1.5-2.5):1的锆铝复合氧化物；
将所述锆铝复合氧化物研磨成锆铝复合氧化物粉体；
将锆铝复合氧化物粉体、石墨粉和铁黑粉混合混匀得混合粉体，所述锆铝复合粉体、石墨粉和铁黑粉的质量比为：100：(1.15-2.35)：(1.85-3.25)；
将混合粉体和硅溶胶按照5-8:1的重量比混合调配涂料液，然后向涂料液中加入去离子水和1-2滴消泡剂并搅拌至涂料液出现流动性，得到金属型铸造用氧化锆复合喷涂料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锆英砂中氧化锆含量≥64％；所述氧化铝纯度≥98.5％；所述碳粒纯度≥98.5％；所述石墨粉纯度≥99％；所述铁黑粉纯度≥98％。
3.根据权利要求1所述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶为硅酸钠、硅酸钾其中的一种或两种混合物。
4.根据权利要求1所述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法，其特征在于，所述锆铝复合氧化物粉体的粒度≤450目。
5.根据权利要求1所述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法，其特征在于，所述石墨粉粒度≤500目；所述铁黑粉粒度≤500目。
6.根据权利要求1所述的金属型铸造用氧化锆复合喷涂料的制备方法，其特征在于，所述锆铝复合氧化物，石墨粉和铁黑粉机械混合得混合粉体，混合时间≥30min。
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