CN111774520A

CN111774520A - 一种铸铁用消失模涂料及其制备方法

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Publication number: CN111774520A
Application number: CN202010711953.4A
Authority: CN
Inventors: 康晓; 朱剑甫
Original assignee: Zhengzhou Xiangyu Casting Materials Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Xiangyu Casting Materials Co ltd
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2040-07-22
Also published as: CN111774520B

Abstract

本发明涉及消失模铸造技术领域，公开了一种铸铁用消失模涂料及其制备方法。所述铸铁用消失模涂料包括耐火材料和助剂，以耐火材料的总量为100重量份计，所述耐火材料含有65‑70重量份蓝晶石粉、20‑25重量份莫来石粉和5‑10份鳞片石墨粉。本发明所制备的铸铁用消失模涂料具有较好悬浮性以及涂挂性能、不滴淌，涂层均匀、平整、常温和高温强度高，且不与高温金属液发生反应，涂层易剥落，铸件易清理，铸件表面光洁度好，制备工艺简单，利于推广应用。

Description

一种铸铁用消失模涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及消失模铸造技术领域，具体涉及一种铸铁用消失模涂料及其制备方法。

背景技术

消失模铸造是把与铸件尺寸相同的EPS泡沫塑料模粘接组合成模型簇，涂挂消失模涂料，烘干后放在沙箱中填充无黏结剂的硅砂、熔融陶瓷砂等材料，结合抽真空技术，浇注金属液使泡沫塑料模气化，之后金属液占据原来泡沫塑料的空间，冷却凝固形成铸件的铸造工艺。因消失模涂料直接影响到铸件的质量，所以消失模涂料在消失模铸造工艺中日显重要。然而，现有专业化厂家制备的商品涂料价格昂贵，一般的铸造企业自主研发的涂料具有一定的局限性，如涂料的悬浮稳定性差，浇铸后的涂层剥离性差，铸件表面有气孔、粘砂等缺陷。一般的消失模涂料，常出现浇铸时高温强度低容易垮箱，高温透气性差、泡沫塑料分解产物无法完全排出导致的铸件表面缺陷，铸件易粘砂不易清理等问题，常规的解决方式有四种：

第一种方式是增加泡沫塑料模表面涂料的涂刷次数，依靠增加涂料厚度的方式提高涂层强度。然而涂料厚度增加后，使得涂料的透气性降低，泡沫气化产生的气体不能及时排走，分解不充分，致使浇铸后铸件出现夹渣、局部增碳以及铸件表面出现气孔等缺陷；另外涂料层增厚也会导致铸件局部散热过慢，导致铸件凝固不均衡产生变形，进而影响铸件的尺寸及力学性能。

第二种方式是选用粒度比较细的原材料，提高各种辅料的使用比例，以提高涂料的常规性能、改善涂料表面粗糙度，但是使用性能依旧无法改善，同样存在透气性差、夹渣等缺陷，甚至会在浇注时出现金属液反喷等危险情况。

第三种方式是选用价格昂贵的原材料或成品涂料，虽然改善了涂料的高温强度和透气性，但是这样也造成了成本的大幅度增加。

第四种方式是选用价格较低、来源广泛的石英粉作为耐火骨料。然而石英粉中二氧化硅的含量一般在98.5％左右，涂料在生产、浇铸后进入清理程序时容易产生游离硅粉尘，操作工人长期接触这种环境会有患矽肺病的可能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供了一种铸铁用消失模涂料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种铸铁用消失模涂料，所述铸铁用消失模涂料包括耐火材料和助剂，以耐火材料的总量为100重量份计，所述耐火材料含有65-70重量份蓝晶石粉、20-25重量份莫来石粉和5-10重量份鳞片石墨粉。

在本发明中，所述蓝晶石粉主要化学组成：Al₂O₃≥60％，SiO₂≥35％，蓝晶石粉具有高温一次永久性不可逆膨胀特性，当与高温金属液体接触时涂料受热体积膨胀，降温后不收缩而金属铸件收缩产生了间隙，铸件容易脱离。

在本发明中，所述蓝晶石粉在高温阶段时，于1100℃开始分解，至1300℃蓝晶石分解加剧，有大量莫来石生成，1350℃时分解速度加快，并在1450℃完全分解，此时线膨胀率为6％，当温度达到1500℃时开始出现石英玻璃以及纤维状莫来石晶体。形成的莫来石具有高的耐火度和良好的稳定性，膨胀系数小，降温后不易收缩，且莫来石不与金属溶液浸润。

在本发明中，所述莫来石粉是天然高岭土和铝矾土按比例混合成型后经过高温煅烧后的产物，其理化指标为Al₂O₃≥60％，SiO₂≥30％，莫来相≥80％，耐火度≥1790℃。莫来石粉耐火度高，高温时体积稳定，化学稳定性好。当使用单一的蓝晶石粉时，因其高温膨胀特性，涂层在浇注阶段急剧升温，当温度达到1300-1450℃时，蓝晶石快速分解，莫来石化渐趋完全，体积膨胀很大，在此期间体积膨胀率可达16-18％，快速膨胀导致涂层出现破裂形成裂纹，金属液会从裂纹处钻出，出现机械粘砂，甚至铸件变形报废。而莫来石粉是经过高温煅烧的熟料，已经形成了稳定的莫来石相，高温下体积稳定。采用本发明的配比配合使用时，莫来石粉可以缓和蓝晶石粉在高温时的膨胀应力，使整个涂层产生比较缓和的微膨胀，提高涂料的耐火度和高温稳定性，降低使用单一的蓝晶石粉高温快速膨胀时产生裂纹的倾向。

在本发明中，所述鳞片石墨粉主要成分碳≥90％，具有极高的耐火度，高温时体积稳定，不与金属液发生化学反应。利用鳞片石墨的润滑性能和浇注时碳的成分能在涂料层表面形成具有还原性气氛的保护膜，降低金属液对涂料的润湿能力，防止金属液渗透产生粘砂现象，使涂层不粘附在铸件上更有助于清理脱壳。

本发明通过配合使用蓝晶石粉、莫来石粉和鳞片石墨粉这三种材料，使得形成的涂层在高温时产生较为缓慢的微膨胀而不至于产生裂纹，在浇铸金属液后降低温度时涂层不会出现收缩，铸件在降温后体积收缩，与涂层之间产生缝隙，从而使涂层易于剥落获得表面光洁的铸件。

优选地，所述蓝晶石粉的粒度为170目，所述莫来石粉的粒度为170目，所述鳞片石墨粉的粒度为180目。

优选地，所述助剂包括悬浮剂、常温粘结剂、高温粘结剂、悬浮稳定剂、流变助剂和防腐剂。

优选地，所述悬浮剂包括锂基膨润土和硅酸镁铝。所述锂基膨润土的用量为耐火材料总重量的1-2％，所述硅酸镁铝的用量为耐火材料总重量的0.5-1％。所述锂基膨润土具有优良的悬浮性，因消失模涂料选用的耐火骨料粒度较粗，使用锂基膨润土在保证耐火骨料具有较好悬浮性的同时还可减少其加入量，加入量的降低可避免高温烘干时涂层开裂。所述硅酸镁铝被称为分子筛，有良好的吸附性、悬浮性及触变性，吸水性强。涂料浸涂或刷涂到塑料泡沫上时有良好的附着性，涂层烘干后脱水留下的众多微孔可在浇铸时吸附泡沫分解产生的液态或气态碳成份。因此，本发明采用硅酸镁铝、锂基膨润土两种材料配合使用，不但使得涂料体系的悬浮稳定性比使用单一悬浮剂时有了明显的提高，还可以避免浇铸后铸件出现夹渣、局部增碳的现象。

优选地，所述常温粘结剂为黄糊精，其用量为耐火材料总重量的1.5-2.8％。所述黄糊精具有良好的常温干态强度，可以使烘干后的涂料层有极高的常温强度，便于搬运和组型；高温浇铸金属液时直接碳化，在涂料层中产生光亮碳，不和金属液发生反应，有助于涂层剥离。

优选地，所述高温粘结剂为焦磷酸钠，其用量为耐火材料总重量的1-1.8％。焦磷酸钠在常温时可以使加水搅拌好的涂料中的成分易于分散，高温时可以使涂料层产生很高的强度，能够促进耐火涂料层产生烧结层形成一个整体，避免浇筑时塌箱。在浇铸时促进涂层的烧结，易于从铸件表面剥离。

在本发明中，所述常温和高温粘结剂的配合使用，保证了涂层从常温烘干到高温浇铸的整个过程都有良好的强度，涂层不易破裂。

优选地，所述悬浮稳定剂为黄原胶，其用量为耐火材料总重量的0.2-0.6％。所述黄原胶有良好的粘性起到增稠的作用，作为悬浮剂的辅助材料，在搅拌停止后黄原胶能够维持涂料的波美度，高温时碳化可形成光亮碳有助于涂层剥离。

优选地，所述流变助剂为白炭黑，其用量为耐火材料总重量的0.9-1.5％。所述白炭黑具有良好的分散性，可以防止涂料中的各个组分分离，且能够使涂料产生触变性，在涂料施涂时防止涂料出现流挂现象。

优选地，所述防腐剂为苯甲酸钠，其用量为耐火材料总重量的0.3-0.7％。所述苯甲酸钠可以防止涂料变质发酵，延长使用和保存时间。

本发明另一方面提供了上述所述的铸铁用消失模涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将各原料按比例混合得混合料；

(2)将搅拌机中加入水并启动，将步骤(1)所得混合料倒入其中，以600-800r/min的速度高速搅拌45-55min后，再以100-200r/min的速度低速搅拌1.5h-2h，即得铸铁用消失模涂料；其中，搅拌机中水的加入量为混合料总重量的70-75％。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)合格的消失模涂料应有良好的透气性和适宜的高温强度。本发明通过各原料的配合使用所制备的铸铁用消失模涂料有良好的透气性和高温强度，不裂纹，不与高温金属液发生反应，涂层均匀且平整、易剥落，铸件易清理，铸件表面光洁度好。

2)、本发明选用的原材料来源广泛，价格低廉，环境友好，性价比高。选用的蓝晶石粉和莫来石粉是硅铝系材料，二氧化硅和氧化铝以化合状态存在，不会产生游离硅粉尘，因此不会对人体和环境造成不良影响。

3)、本发明所述铸铁用消失模涂料在生产中，亦可以将所需各原料按比例混合呈干粉状态包装供货，这样易于运输和存储，待使用时直接加水搅拌即可，较为方便快捷；其次，专业化厂家生产或者铸造企业直接制备均可得到本发明所述的铸铁用消失模涂料，应用时仅需在泡沫塑料模型表面刷涂薄薄一层(0.8-1.2mm)涂料即可。

附图说明

图1为实施例1制备的消失模涂料用于消失模铸铁件生产的效果图。

具体实施方式

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

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。

实施例1

(1)将65重量份170目的蓝晶石粉、25重量份170目的莫来石粉、10重量份180目的鳞片石墨粉、2重量份悬浮剂、2.5重量份的黄糊精、1.7重量份的焦磷酸钠、0.4重量份的黄原胶、1.2重量份的白炭黑以及0.5重量份的苯甲酸钠混合得混合料。其中悬浮剂为1重量份的锂基膨润土和1重量份的硅酸镁铝混合而成。

(2)将用量为混合料总重量70％的水加入到搅拌机中，启动搅拌机后将步骤(1)所得混合料倒入其中，先以600r/min的速度高速搅拌55min，再以200r/min的速度低速搅拌1.5h，即得铸铁用消失模涂料S1。

实施例2

(1)将70重量份170目的蓝晶石粉、21重量份170目的莫来石粉、9重量份180目的鳞片石墨粉、1.5重量份悬浮剂、1.5重量份的黄糊精、1重量份的焦磷酸钠、0.2重量份的黄原胶、0.9重量份的白炭黑以及0.3重量份的苯甲酸钠混合得混合料。其中悬浮剂为1重量份的锂基膨润土和0.5重量份的硅酸镁铝混合而成。

(2)将用量为混合料总重量75％的水加入到搅拌机中，启动搅拌机后将步骤(1)所得混合料倒入其中，先以800r/min的速度高速搅拌45min，再以100r/min的速度低速搅拌2h，即得铸铁用消失模涂料S2。

实施例3

1)将68重量份170目的蓝晶石粉、24重量份170目的莫来石粉、8重量份180目的鳞片石墨粉、3重量份悬浮剂、2.8重量份的黄糊精、1.8重量份的焦磷酸钠、0.6重量份的黄原胶、1.5重量份的白炭黑以及0.7重量份的苯甲酸钠混合得混合料。其中悬浮剂为2重量份的锂基膨润土和1重量份的硅酸镁铝混合而成。

(2)将用量为混合料总重量72％的水加入到搅拌机中，启动搅拌机后将步骤(1)所得混合料倒入其中，先以700r/min的速度高速搅拌50min，再以150r/min的速度低速搅拌1.8h，即得铸铁用消失模涂料S3。

对比例1

除步骤(1)中不添加莫来石粉和鳞片石墨粉，蓝晶石粉的重量为100重量份外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D1。

对比例2

除步骤(1)中不添加莫来石粉，蓝晶石粉的重量为86.7重量份，鳞片石墨粉的重量为13.3重量份外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D2。

对比例3

除步骤(1)中不添加鳞片石墨粉，蓝晶石粉的重量为72.2重量份，莫来石粉的重量为27.8重量份外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D3。

对比例4

除步骤(1)中不添加蓝晶石粉，莫来石粉的重量为71.4重量份，鳞片石墨粉的重量为28.6重量份外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D4。

对比例5

除步骤(1)中蓝晶石粉为140目外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D5。

对比例6

除步骤(1)中蓝晶石粉为200目外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D6。

对比例7

除步骤(1)中莫来石粉为140目外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D7。

对比例8

除步骤(1)中莫来石粉为200目外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D8。

对比例9

除步骤(1)中鳞片石墨粉为140目外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D9。

对比例10

除步骤(1)中鳞片石墨粉为200目外，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D10。

对比例11

除了步骤(1)中蓝晶石粉为60重量份，莫来石粉为30重量份，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D11。

对比例12

除了步骤(1)中蓝晶石粉为75重量份，莫来石粉为15重量份，其余均同实施例1，即得铸铁用消失模涂料D12。

测试例

对实施例1-3以及对比例1-12制备的涂料的性能进行了测试，结果如表1所示。

表1

由表1结果可知，采用本发明所述的方法制备的实施例铸铁用消失模涂料各项性能指标达到了优良水平，综合性能优于对比例。生产的消失模涂料兼具良好的透气性和适宜的高温强度，悬浮性好、不粘砂、易清理、减轻了劳动强度，降低了生产成本。

应用例

以实施例1制备的消失模涂料为例，将其应用于消失模铸铁件生产当中。具体操作是：将本发明制备的涂料涂刷在与铸件尺寸相同的EPS泡沫塑料模粘接组型表面，涂刷两层，厚度为1mm，烘干后开始铁件的铸造，结果见图1。

结果表明，本发明所述铸铁用消失模涂料具有较好的涂挂性能、不滴淌、常温和高温强度高，涂层均匀，组型浇铸透气性良好、涂层易于脱落，且铸件表面光滑

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述铸铁用消失模涂料包括耐火材料和助剂，以耐火材料的总量为100重量份计，所述耐火材料含有65-70重量份蓝晶石粉、20-25重量份莫来石粉和5-10重量份鳞片石墨粉。

2.根据权利要求1所述的铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述蓝晶石粉的粒度为170目，所述莫来石粉的粒度为170目，所述鳞片石墨粉的粒度为180目。

3.根据权利要求1所述的铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述助剂包括悬浮剂、常温粘结剂、高温粘结剂、悬浮稳定剂、流变助剂和防腐剂。

4.根据权利要求3所述的铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述悬浮剂包括锂基膨润土和硅酸镁铝，所述锂基膨润土的用量为耐火材料总重量的1-2%，所述硅酸镁铝的用量为耐火材料总重量的0.5-1%。

5.根据权利要求3所述的铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述常温粘结剂为黄糊精，其用量为耐火材料总重量的1.5-2.8%。

6.根据权利要求3所述的铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述高温粘结剂为焦磷酸钠，其用量为耐火材料总重量的1-1.8%。

7.根据权利要求3所述的铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述悬浮稳定剂为黄原胶，其用量为耐火材料总重量的0.2-0.6%。

8.根据权利要求3所述的铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述流变助剂为白炭黑，其用量为耐火材料总重量的0.9-1.5%。

9.根据权利要求3所述的铸铁用消失模涂料，其特征在于，所述防腐剂为苯甲酸钠，其用量为耐火材料总重量的0.3-0.7%。

10.权利要求1-9中任意一项所述的铸铁用消失模涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）将各原料按比例混合得混合料；

（2）将搅拌机中加入水并启动，将步骤（1）所得混合料倒入其中，以600-800r/min的

速度高速搅拌45-55min后，再以100-200r/min的速度低速搅拌1.5h-2h，即得铸铁用消失模涂料；其中，搅拌机中水的加入量为混合料总重量的70-75%。