CN111014572A

CN111014572A - 水基大型铸钢件用白刚玉涂料及其制备方法

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Publication number: CN111014572A
Application number: CN202010001041.8A
Authority: CN
Inventors: 张�林; 张丽; 翟保利; 熊高虎; 李文可; 周百能; 苟鹏飞; 肖毅
Original assignee: Sichuan Dongshu New Material Co ltd
Current assignee: Sichuan Dongshu New Material Co ltd
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2040-01-02
Also published as: CN111014572B

Abstract

本发明涉及水基大型铸钢件用白刚玉涂料及其制备方法，属于铸造涂料领域。水基大型铸钢件用白刚玉涂料由水24‑30份，骨料48‑52份，高温强度增强剂2‑8份，助烧结助剂1‑6份，粘结剂1‑5份，悬浮剂1‑5份，增稠剂1‑2份，防腐剂0.1‑1份和消泡剂0.1‑1份组成；骨料由粒径53‑75μm白刚玉与粒径45‑48μm白刚玉按重量比20‑35:65‑80组成；助烧结助剂由粒径为10‑13μm氧化钛、粒径为10‑13μm氧化锌和钙基膨润土按30‑50:20‑35:10‑25组成；粘结剂为醋酸乙烯‑乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇按60‑80:10‑30组成。本发明涂料经烧结后的涂层强度高且易剥离。

Description

水基大型铸钢件用白刚玉涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水基大型铸钢件用白刚玉涂料及其制备方法，属于铸造涂料领域。

背景技术

铸造涂料一般由耐火材料、载液、粘结剂、悬浮剂和其它附加剂组成。广泛应用于铸造生产中各种铸型和型芯。具有防止铸件粘砂、降低铸件表面粗糙度、提高金属型使用寿命、改善铸件表面材质等作用。铸造涂料种类繁多，有多种分类方法，可根据铸造合金、铸型材料、耐火填料、载体液以及铸造工艺等进行分类，如根据铸造合金材料的不同可分为铸钢用涂料、铸铁用涂料、铸铝用涂料、铸镁用涂料等；根据铸型材料的不同可分为粘土砂湿型用涂料、粘土砂干型用涂料、水玻璃砂型用涂料、树脂砂型用涂料等；根据耐火填料的不同可分为石墨粉涂料、石英粉涂料、镁砂粉涂料、锆英粉涂料等；根据液体载体的不同可分水基涂料、有机溶剂涂料；根据铸造工艺方法的不同可分为砂型用涂料、金属型用涂料、离心铸造用涂料、实型铸造用涂料、真空负压造型用涂料、压铸用涂料、熔模精铸用涂料等。

白刚玉由于其具有较高的耐高温性能，在耐火材料方面具有较多的应用，在铸造涂料方面的应用也较为广泛，、由于白刚玉其自身的片状的颗粒形态为不规则的片状结构，如附图1所示，由于其这种形状的颗粒使得其在烧结性能、涂料的涂刷性能方面均具有较差的性能、但由于其优异的耐火性能，并且白刚玉原料易得，在锆英粉价格逐渐攀升，且其在不锈钢、钢合金钢上较差的表面，改进白刚玉在铸造涂料上的使用性能，具有非常高的使用实际意义。

申请号为201210260983.3的专利《一种铸造用砂型水基涂料的生产工艺》公开了一种铸造用涂料的生产工艺的制作方法，尤其是涉及一种属于铸造辅材的一种铸造用砂型水基涂料的生产工艺，其制作工艺为首先向溶解罐中加水、磷酸三丁酯、CMC，然后搅拌均匀使其全部溶解，然后用滤网过滤不溶物；向搅拌釜中加水、苯甲酸钠、钠基膨润土悬浮剂、乙酸、还原胶，开启电动搅拌；慢慢向搅拌釜中加白刚玉、木质素磺酸钠和水，搅拌15-20分钟；视稀释情况再补加水，等搅拌均匀后调涂料的波美度在95以上；将上步制得的涂料转移至胶体磨中，持续研磨2h，最后放料装桶即可；本发明提供一种新型的绿色环保、涂层强度高、涂刷性良好的铸造用砂型水基涂料的生产工艺。

申请号为201110442400.4的专利《一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料》公开一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，由白刚玉粉50-60％，氧化剂5-10％，烧结助剂3-8％，有机粘结剂1-3％，膨润土悬浮剂2-5％，助剂0.2-0.4％，溶剂28.8-38.2％材料混合配制而成所述的百分比为重量百分比；所述白刚玉粉的粒度≤3μm，氧化剂的粒度≤5μm，滑石粉的粒度≤5μm；所述氧化剂为硝酸钾、高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾中的一种或几种；所述烧结助剂为滑石粉、长石粉、云母粉、粘土中的一种或几种；所述有机粘结剂为松香或树脂；所述溶剂为乙醇或异丙醇，乙醇浓度≥95％，异丙醇浓度≥98％。本发明的涂料在一些重要的水轮机叶片超低碳不锈钢铸件上进行了浇注，用上述配方配制的防渗碳涂料浇注的超低碳不锈钢铸件的表面渗碳层厚度≤3mm，明显优于普通涂料。

申请号为201910077042.8的专利《一种精密铸造用涂料的制备方法及应用》公开了一种精密铸造用涂料的制备方法及应用，产品原料组成为白刚玉50～100份、铝矾土100～180份、硅粉80～100份、叶蜡石粉160～200份、高岭土30～50份、助溶剂30～45份、悬浮剂50～70份、粘结剂20～30份、表面活性剂2～4份、消泡剂1～2份、溶剂300～350份。本发明对醇基铸造涂料的成分进行了特殊的改进复配处理，开发出具有优良的粘度、涂刷性、抗流淌性、流平性、渗透性、悬浮性、涂挂性及触变性的新型铸造用涂料，有效提升了其耐温、耐热冲击特性，以及整体的使用稳定性，从而很好的改善了铸造件的表面精度等品质，生产工艺简单，材料易获取，具有广阔的应用推广价值。

但是上述涂料均未关注于白刚玉涂料的高温强度问题，以及铸件落砂时，涂料的易剥离性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种白刚玉涂料，该涂料经烧结后涂层强度高、以及铸件落砂时，涂层易剥离。

水基大型铸钢件用白刚玉涂料，由以下重量份的组分组成：水24-30份，骨料48-52份，高温强度增强剂2-8份，助烧结助剂1-6份，粘结剂1-5份，悬浮剂1-5份，增稠剂1-2份，防腐剂0.1-1份和消泡剂0.1-1份；

其中，所述骨料由粒度A的白刚玉与粒度B的白刚玉按重量比为20-35:65-80组成；所述粒度A的白刚玉为粒径53-75μm的白刚玉；所述粒度B的白刚玉为粒径45-48μm的白刚玉；

所述高温强度增强剂为锆英粉、锆刚玉、白云石和蓝晶石中的至少一种；

所述助烧结助剂粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按重量比为30-50:20-35:10-25组成；

所述粘结剂为醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇按质量比为60-80:10-30组成。

优选的，所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料中：所述悬浮剂为改性硅酸镁铝和水合硅酸镁按重量比30-55:20-50组成；所述增稠剂为黄原胶；所述防腐剂为1,3,5-三嗪和异噻唑啉酮中的至少一种；所述消泡剂为有机硅类、磷酸三丁酯、聚醚类、高碳醇类和聚醚改性硅类中的至少一种。

优选的，所述骨料由粒度A的白刚玉与粒度B的白刚玉按重量比为20-30:70-80组成。

更优选的，所述骨料由粒度A的白刚玉与粒度B的白刚玉按重量比为30:70组成。

优选的，所述助烧结助剂由粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按重量比为50:20:25组成；所述粘结剂为醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇按质量比为80:10组成。

优选的，所述悬浮剂为改性硅酸镁铝和水合硅酸镁按比例为55:20组成。

优选的，所述高温强度增强剂为白云石；所述防腐剂为异噻唑啉酮；所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

优选的，所述白刚玉在使用前，先进行酸洗。

本发明还提供水基大型铸钢件用白刚玉涂料的制备方法。

水基大型铸钢件用白刚玉涂料的制备方法，按以下步骤进行：

A、首先将水加入容器中，再加入粘结剂和悬浮剂，混匀；

B、再加入骨料、高温强度增强剂和助烧结助剂混匀；

C、再加入防腐剂和消泡剂混匀；

D、最后加入增稠剂，混匀，即得水基大型铸钢件用白刚玉涂料。

优选的，混匀采用搅拌的方法进行；其中，步骤A中，搅拌时间为20-40分钟，搅拌转速为800-1000转/分；步骤B中，搅拌时间为30-60分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；步骤C中，搅拌时间为5-10分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；步骤D中，搅拌时间为1-5分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；更优选的，搅拌过程中，反应体系采用冷却水循环降温。

本发明的有益效果：

1、白刚玉烧结温度、熔点高，在铸造浇筑过程中白刚玉无法烧结形成具有一定强度的涂料涂层，通过本发明的特定组分及其配比，得到的涂料经烧结后，涂层强度可以达到21.3MPa以上。

2、本发明的白刚玉涂料在逐渐落砂的过程中，具有涂料涂层易剥离的特性，减少了铸件淸砂的工作量，最大限度的保证了逐渐表面的光滑度。

附图说明

图1为白刚玉的SEM图。

图2中，左图为采用本发明实施例1的涂料用于生产汽轮机气缸，落砂时涂料层自动从铸件表面脱落和涂料层经轻微敲击后的剥落程度；右图是铸件落砂后的局部放大图。

具体实施方式

其中，所述骨料由粒度A的白刚玉与粒度B的白刚玉按重量比为20-35:65-80组成；所述粒度A的白刚玉为粒径53-75μm的白刚玉；所述粒度B的白刚玉为粒径45-48μm的白刚玉；本发明骨料需采用两种特定粒径范围的白刚玉复配而成，如果仅使用其中的一种粒径的白刚玉，得到涂层易剥离性能较差。

所述助烧结助剂由粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按重量比为30-50:20-35:10-25组成；本发明助烧结助剂需采用氧化钛、氧化锌和钙基膨润土复配而成，且氧化钛的粒径、氧化锌的粒径需在上述范围内，如果少使用其中的一种原料，或粒径不在要求范围内，得到的涂层易剥离性能较差。

本发明粘结剂需采用醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇复配得到的粘结剂，如果仅使用其中的一种，得到的涂层强度较低。

其中1788聚乙烯醇即表示聚合度为1700、醇解度为88％的聚乙烯醇。

为了提高涂层强度，提高涂料层的易剥离性能，优选的，所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料中：所述悬浮剂为改性硅酸镁铝和水合硅酸镁按重量比30-55:20-50组成；所述增稠剂为黄原胶；所述防腐剂为1,3,5-三嗪和异噻唑啉酮中的至少一种；所述消泡剂为有机硅类、磷酸三丁酯、聚醚类、高碳醇类和聚醚改性硅类中的至少一种。

为了提高涂层强度，提高涂料层的易剥离性能，优选的，所述骨料由粒度A的白刚玉与粒度B的的白刚玉按重量比为20-30:70-80组成。更优选的，所述骨料由粒度A的白刚玉与粒度B的白刚玉按重量比为30:70组成。

为了提高涂层强度，提高涂料层的易剥离性能，优选的，所述助烧结助剂粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按重量比为50:20:25组成；所述粘结剂为醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇按质量比为80:10组成。

优选的，所述改性硅酸镁铝为巴斯夫公司生产的改性硅酸镁铝，型号为ATTAGEL50；

优选的，所述水合硅酸镁为托尔萨公司生产的水合硅酸镁。

为了提高涂层强度，提高涂料层的易剥离性能，优选的，所述白刚玉在使用前，先进行酸洗。

本发明水基大型铸钢件用白刚玉涂料的制备方法，按以下步骤进行：

A、首先将水加入容器中，再加入粘结剂和悬浮剂，混匀；

B、再加入骨料、高温强度增强剂和助烧结助剂混匀；

C、再加入防腐剂和消泡剂混匀；

优选的，混匀采用搅拌的方法进行；其中，步骤A中，搅拌时间为20-40分钟，搅拌转速为800-1000转/分；步骤B中，搅拌时间为30-60分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；步骤C中，搅拌时间为5-10分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；步骤D中，搅拌时间为1-5分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；搅拌过程中，搅拌容器采用冷却水循环降温。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

下述实施例和对比例所使用的制备方法为，按以下步骤进行：

A、首先将水加入容器中，再加入粘结剂和悬浮剂，混匀；

B、再加入骨料、高温强度增强剂和助烧结助剂混匀；

C、再加入防腐剂和消泡剂混匀；

其中，混匀采用搅拌的方法进行；其中，步骤A中，搅拌时间为30分钟，搅拌转速为900转/分；步骤B中，搅拌时间为50分钟，搅拌转速为1800转/分；步骤C中，搅拌时间为8分钟，搅拌转速为1800转/分；步骤D中，搅拌时间为4分钟，搅拌转速为1800转/分；搅拌过程中，搅拌容器采用冷却水循环降温。

实施例1

制备涂料S1：

由以下重量百分比的组分组成：30wt％水、50wt％骨料、6wt％高温强度增强剂、4wt％助烧结助剂、3wt％粘结剂、5wt％悬浮剂、1wt％增稠剂、0.5wt％防腐剂、0.5wt％消泡剂；

其中，骨料占50wt％：所述骨料由粒度A的白刚玉和粒度B的白刚玉按重量比30:70组成；所述粒度A的白刚玉为粒径53-75μm的白刚玉；所述粒度B的白刚玉为粒径45-48μm的白刚玉；高温强度增强剂为锆英粉；助烧结助剂由粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按质量比为40:28:20组成；粘结剂由醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇按比例为70:20组成；悬浮剂为巴斯夫的改性硅酸镁铝和拓尔萨的水合硅酸镁按比例为40:35组成；所述增稠剂为黄原胶；所述防腐剂为1,3,5-三嗪；所述消泡剂为磷酸三丁酯。

实施例2

在实施例1的组份上，仅改变骨料的组份；其余的组份及其配比不变。

骨料占50wt％：所述骨料由粒度A的白刚玉和粒度B的白刚玉按重量比35:65组成。将上述组份制备为涂料S2。

实施例3

骨料占50wt％：所述骨料由粒度A的白刚玉和粒度B的白刚玉按重量比20:80组成。将上述组份制备为涂料S3。

实施例4

制备涂料S4：由以下重量百分比的组分组成：30wt％水、50wt％骨料、6wt％高温强度增强剂、4wt％助烧结助剂、3wt％粘结剂、5wt％悬浮剂、1wt％增稠剂、0.5wt％防腐剂、0.5wt％消泡剂；其中，骨料占50wt％：所述骨料由粒度A的白刚玉和粒度B的白刚玉按重量比30:70组成；所述粒度A的白刚玉为粒径53-75μm的白刚玉；所述粒度B的白刚玉为粒径45-48μm的的白刚玉；高温强度增强剂为锆刚玉；助烧结助剂由粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按质量比为30:35:10组成；粘结剂由醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇按比例为60:30组成；悬浮剂为巴斯夫的改性硅酸镁铝和拓尔萨的水合硅酸镁按比例为30:50组成；所述增稠剂为黄原胶；所述防腐剂为异噻唑啉酮；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。

实施例5

制备涂料S5：由以下重量百分比的组分组成：30wt％水、50wt％骨料、6wt％高温强度增强剂、4wt％助烧结助剂、3wt％粘结剂、5wt％悬浮剂、1wt％增稠剂、0.5wt％防腐剂、0.5wt％消泡剂；其中，骨料占50wt％：所述骨料由粒度A的白刚玉和粒度B的白刚玉按重量比30:70组成；所述粒度A的白刚玉为粒径53-75μm的白刚玉；所述粒度B的白刚玉为粒径45-48μm的白刚玉；高温强度增强剂为白云石；助烧结助剂由粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按质量比为50:20:25组成；粘结剂由醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇按比例为80:10组成；悬浮剂为巴斯夫的改性硅酸镁铝和拓尔萨的水合硅酸镁按比例为55:20组成；所述增稠剂为黄原胶；所述防腐剂为异噻唑啉酮；所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

实施例6

制备涂料S6：由以下重量百分比的组分组成：24wt％水、52wt％骨料、4wt％高温强度增强剂、6wt％助烧结助剂、5wt％粘结剂、5wt％悬浮剂、2wt％增稠剂、1wt％防腐剂、1wt％消泡剂。其中，骨料、高温强度增强剂、助烧结助剂、粘结剂、悬浮剂、增稠剂、防腐剂和消泡剂的成分与实施例1相同。

对比例1

在实施例1的组份上，仅改变骨料的组份；其余的组份及其配比不变，制得涂料D1。

其中，骨料占50wt％：所述骨料为粒径53-75μm的白刚玉。

对比例2

在实施例1的组份上，仅改变骨料的组份；其余的组份及其配比不变，制得涂料D2。

其中，骨料占50wt％：所述骨料为粒径45-48μm的白刚玉。

对比例3

在实施例1的基础上，改变助烧结助剂、粘结剂的组份；其余的组份及其配比不变，制得涂料D3。

其中，助烧结助剂为粒径10-13μm的氧化钛；粘结剂为醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液。

性能测试

测试涂料S1-S6、D1-D3的涂层强度：将制备的涂料挥发掉载液后，将剩余料制备成直径50mm，高50mm的样品，经1400℃烧结10分钟后，拿出马弗炉放置室温，采用万能拉力机进行抗压强度的测试，间接表征涂料涂层强度。

采用本发明的涂料S1-S6、D1、D2、D3用于汽轮机气缸的铸造生产，在生产工艺相同的情况下，根据落砂时涂料层是否自动从铸件表面脱落，以及涂料层经轻微敲击后的剥落程度判断涂层的易剥离性能。

各实施例和对比例的具体性能如表1所示；

表1

Claims

1.水基大型铸钢件用白刚玉涂料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：水24-30份，骨料48-52份，高温强度增强剂2-8份，助烧结助剂1-6份，粘结剂1-5份，悬浮剂1-5份，增稠剂1-2份，防腐剂0.1-1份和消泡剂0.1-1份；

其中，所述骨料由粒径为53-75μm的白刚玉和粒径为45-48μm的白刚玉按重量比为20-35:65-80组成；

所述助烧结助剂由粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按重量比为30-50:20-35:10-25组成；

2.根据权利要求1所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料，其特征在于：

所述悬浮剂由改性硅酸镁铝和水合硅酸镁按重量比30-55:20-50组成；

所述增稠剂为黄原胶；

所述防腐剂为1,3,5-三嗪和异噻唑啉酮中的至少一种；

所述消泡剂为有机硅类、磷酸三丁酯、聚醚类、高碳醇类和聚醚改性硅类中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料，其特征在于：所述骨料由粒径为53-75μm的白刚玉与粒径为45-48μm的白刚玉按重量比为20-30:70-80组成。

4.根据权利要求3所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料，其特征在于：所述骨料由粒径为53-75μm的白刚玉与粒径为45-48μm的白刚玉按重量比为30:70组成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料，其特征在于：所述助烧结助剂由粒径为10-13μm的氧化钛、粒径为10-13μm的氧化锌和钙基膨润土按重量比为50:20:25组成；所述粘结剂为醋酸乙烯-乙烯共聚合物乳液和1788聚乙烯醇按质量比为80:10组成。

6.根据权利要求2所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料，其特征在于：所述悬浮剂为改性硅酸镁铝和水合硅酸镁按比例为55:20组成。

7.根据权利要求1所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料，其特征在于：所述高温强度增强剂为白云石；所述防腐剂为异噻唑啉酮；所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

8.根据权利要求1所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料，其特征在于，所述白刚玉在使用前，先进行酸洗。

9.权利要求1-8任一项所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

A、首先将水加入容器中，再加入粘结剂和悬浮剂，混匀；

B、再加入骨料、高温强度增强剂和助烧结助剂混匀；

C、再加入防腐剂和消泡剂混匀；

10.根据权利要求9所述的水基大型铸钢件用白刚玉涂料的制备方法，其特征在于：混匀采用搅拌的方法进行；其中，步骤A中，搅拌时间为20-40分钟，搅拌转速为800-1000转/分；步骤B中，搅拌时间为30-60分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；步骤C中，搅拌时间为5-10分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；步骤D中，搅拌时间为1-5分钟，搅拌转速为1400-2000转/分；优选的，搅拌过程中，反应体系采用冷却水循环降温。