CN112658201A - 一种铸造用砂芯复合涂料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造用砂芯复合涂料及其应用，属于铸造技术领域，本发明可以通过对现有的砂芯涂料进行分层，并分为永久性涂料和剥离性涂料，永久性涂料借由延伸帽在外部磁场作用的引导下，与砂芯的多孔隙特点形成高强度的连接，然后在铸造前涂覆上剥离性涂料，解体微球可以自主均匀分散并对剥离性涂料进行初始补强，形成独立于永久性涂料外的剥离层，临时提供铸件与砂芯之间的隔离，并具有良好的平面完整性，有利于提高铸件的表面平整度，在铸造结束后通过轻微敲打砂芯，利用延伸帽引起的共振动作迫使解体微球发生脆裂行为，通过内部气体的膨胀来加速剥离性涂料的解体，从而实现完整无损的剥离。

Description

一种铸造用砂芯复合涂料及其应用

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，更具体地说，涉及一种铸造用砂芯复合涂料及其应用。

背景技术

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700-前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属(例：铜、铁、铝、锡、铅等)，而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷。因应不同要求，使用的方法也会有所不同。

目前，在造型、芯制备工艺中，由于覆膜砂成型性好，砂芯强度高、轮廓清晰，尺寸精度高，能够制造最复杂的壳芯，在国外，得到了快速发展。现在，覆膜砂已广泛应用于汽车、柴油机、液压件等行业，可满足各种复杂精密铸件的生产要求，低压浇注过程需要对铸件进行加压，而形成芯子的砂与砂之间存在间隙，在加压过程中铝液会在压力下进入型芯间隙中，造成铸件表面不同程度的物理粘砂，减小压力或延长结壳时间，铸件内部会出现缩孔疏松缺陷，在铸造前往往会在砂芯表面来涂覆涂料可以改善模具的表面耐热性、化学稳定性、抗金属液冲刷性能，同时可以防止物理粘砂。

现有技术中在特定的铸件生产中部分砂芯可以重复利用，但是由于涂料的关系，在剥离时会导致部分型砂脱落进而存在缺陷影响下一次的铸造，同时涂料本身也存在流平性和润湿性不佳的特点，导致砂芯与涂料之间的结合存在不足。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铸造用砂芯复合涂料及其应用，可以通过对现有的砂芯涂料进行分层，并分为永久性涂料和剥离性涂料，永久性涂料借由延伸帽在外部磁场作用的引导下，与砂芯的多孔隙特点形成高强度的连接，然后在铸造前涂覆上剥离性涂料，剥离性涂料可以借由永久性涂料的磁性作用进行辅助结合，因此仅需较低的结合强度即可在其表面进行覆盖，且解体微球可以自主均匀分散并对剥离性涂料进行初始补强，形成独立于永久性涂料外的剥离层，临时提供铸件与砂芯之间的隔离，并具有良好的平面完整性，有利于提高铸件的表面平整度，在铸造结束后通过轻微敲打砂芯，利用延伸帽引起的共振动作迫使解体微球发生脆裂行为，通过内部气体的膨胀来加速剥离性涂料的解体，从而实现完整无损的剥离。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种铸造用砂芯复合涂料，包括永久性涂料和剥离性涂料，所述永久性涂料包括以下重量份数计的原料：硅微粉60-80份、硅藻土15-25份、石墨粉10-20份、刚玉粉10-16份、滑石粉18-22份、硅酸钠15-24份、硅烷偶联剂5-8份、聚异丁烯10-15份、乙醇20-30份和水20-30份，且永久性涂料内混入质量占比5％-10％的延伸帽；

所述剥离性涂料包括以下重量份数计的原料：硅砂80-100份、云母岩状铝硅酸盐20-40份、膨润土10-15份、鳞片状石墨粉8-12份、滑石粉10-16份、消泡剂0.1-0.5份、悬浮剂1.2-1.5份、环氧树脂3-5份、硅溶胶2-4份、水40-60份和消磁粉3-5份，且剥离性涂料内混入质量占比8％-12％的解体微球。

进一步的，所述永久性涂料内的硅酸钠为偏硅酸钠和正硅酸钠按照重量比1:5混合而成，且硅酸钠与硅烷偶联剂的质量比为3:1。

进一步的，所述永久性涂料内的乙醇与水的质量比为1:1。

进一步的，所述永久性涂料内的硅微粉粒度小于40μm，所述剥离性涂料内的硅砂中二氧化硅含量大于98％，氧化铝0-5％，余量为不可避免的杂质，粒度为220-260目。

进一步的，所述剥离性涂料内的消泡剂为正丁醇、正辛醇、正戊醇中的至少一种，悬浮剂为SN型商品无机粘土粉。

进一步的，所述延伸帽包括支撑管和隔离帽片，且支撑管连接于隔离帽片内侧中心处，所述支撑管内镶嵌连接有延伸纤维，所述延伸纤维远离隔离帽片一端包裹有磁性包膜，支撑管和隔离帽片配合一方面起到一定程度的支撑作用，避免对低压铸造过程中的压力造成干扰，另一方面通过磁场对磁性包膜的引导，带动延伸纤维进入到砂芯中的孔隙中形成高强度连接，在后期的敲打动作中，可以很好的传递共振作用，进而通过隔离帽片作用在剥离性涂料的解体微球中。

进一步的，所述支撑管和隔离帽片均采用高弹性隔热材料制成，所述磁性包膜为延伸纤维通过浸渍纳米磁性氧化铁的水溶液后干燥得到。

进一步的，所述解体微球包括分散球体、多根防裂纤维以及磁吸块，所述磁吸块镶嵌连接于分散球体的一端，所述防裂纤维均匀连接于分散球体的外端，磁吸块在磁性包膜的吸引上可以迫使解体微球自主分散与隔离帽片进行接触，防裂纤维在初始状态下提供对剥离性涂料的补强作用，避免在铸造过程中出现意外解体现象，在分散球体受到隔离帽片传递来的共振作用时，其会脆裂不再对剥离性涂料提供补强作用。

进一步的，所述分散球体采用高脆性导热材料制成，所述分散球体内还填充有高热膨胀系数的气体，且该气体经过压缩，分散球体在脆裂后会释放出压缩的气体，气体沿着隔离帽片与剥离性涂料之间的空隙进行膨胀，然后加速剥离性涂料和永久性涂料之间的分离，同时藉由防裂纤维的分散性进一步扩散，并加速剥离性涂料自身的解体，相互配合下可以快速高效的实现剥离性涂料与砂芯的分离，且不会造成任何损伤。

一种铸造用砂芯复合涂料的应用，包括以下步骤：

S1、称取永久性涂料涂覆至砂芯表面，并施加磁场迫使磁性包膜带动延伸纤维进入到砂芯的孔隙中形成高度连接；

S2、对永久性涂料进行适量的刮除或者补充，以使得隔离帽片全部暴露在外界，等待其成型；

S3、成型后，在铸造前称取剥离性涂料进行涂覆，其内的解体微球在磁性包膜的作用下自主分散并与隔离帽片接触，同时剥离性涂料覆盖在永久性涂料形成的涂层上；

S4、在铸造结束后通过敲打砂芯即可触发剥离性涂料的解体动作，同时保留下永久性涂料。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以通过对现有的砂芯涂料进行分层，并分为永久性涂料和剥离性涂料，永久性涂料借由延伸帽在外部磁场作用的引导下，与砂芯的多孔隙特点形成高强度的连接，然后在铸造前涂覆上剥离性涂料，剥离性涂料可以借由永久性涂料的磁性作用进行辅助结合，因此仅需较低的结合强度即可在其表面进行覆盖，且解体微球可以自主均匀分散并对剥离性涂料进行初始补强，形成独立于永久性涂料外的剥离层，临时提供铸件与砂芯之间的隔离，并具有良好的平面完整性，有利于提高铸件的表面平整度，在铸造结束后通过轻微敲打砂芯，利用延伸帽引起的共振动作迫使解体微球发生脆裂行为，通过内部气体的膨胀来加速剥离性涂料的解体，从而实现完整无损的剥离。

(2)延伸帽包括支撑管和隔离帽片，且支撑管连接于隔离帽片内侧中心处，支撑管内镶嵌连接有延伸纤维，延伸纤维远离隔离帽片一端包裹有磁性包膜，支撑管和隔离帽片配合一方面起到一定程度的支撑作用，避免对低压铸造过程中的压力造成干扰，另一方面通过磁场对磁性包膜的引导，带动延伸纤维进入到砂芯中的孔隙中形成高强度连接，在后期的敲打动作中，可以很好的传递共振作用，进而通过隔离帽片作用在剥离性涂料的解体微球中。

(3)解体微球包括分散球体、多根防裂纤维以及磁吸块，磁吸块镶嵌连接于分散球体的一端，防裂纤维均匀连接于分散球体的外端，磁吸块在磁性包膜的吸引上可以迫使解体微球自主分散与隔离帽片进行接触，防裂纤维在初始状态下提供对剥离性涂料的补强作用，避免在铸造过程中出现意外解体现象，在分散球体受到隔离帽片传递来的共振作用时，其会脆裂不再对剥离性涂料提供补强作用。

(4)分散球体采用高脆性导热材料制成，分散球体内还填充有高热膨胀系数的气体，且该气体经过压缩，分散球体在脆裂后会释放出压缩的气体，气体沿着隔离帽片与剥离性涂料之间的空隙进行膨胀，然后加速剥离性涂料和永久性涂料之间的分离，同时藉由防裂纤维的分散性进一步扩散，并加速剥离性涂料自身的解体，相互配合下可以快速高效的实现剥离性涂料与砂芯的分离，且不会造成任何损伤。

附图说明

图1为本发明复合涂料成型状态下的结构示意图；

图2为图1中A处的结构示意图；

图3为本发明延伸帽的结构示意图；

图4为本发明解体微球的结构示意图；

图5为本发明复合涂料解体状态下的结构示意图。

图中标号说明：

1延伸帽、11支撑管、12隔离帽片、13延伸纤维、14磁性包膜、2解体微球、21分散球体、22防裂纤维、23磁吸块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种铸造用砂芯复合涂料，包括永久性涂料和剥离性涂料，永久性涂料包括以下重量份数计的原料：硅微粉60-80份、硅藻土15-25份、石墨粉10-20份、刚玉粉10-16份、滑石粉18-22份、硅酸钠15-24份、硅烷偶联剂5-8份、聚异丁烯10-15份、乙醇20-30份和水20-30份，且永久性涂料内混入质量占比5％-10％的延伸帽1；

剥离性涂料包括以下重量份数计的原料：硅砂80-100份、云母岩状铝硅酸盐20-40份、膨润土10-15份、鳞片状石墨粉8-12份、滑石粉10-16份、消泡剂0.1-0.5份、悬浮剂1.2-1.5份、环氧树脂3-5份、硅溶胶2-4份、水40-60份和消磁粉3-5份，且剥离性涂料内混入质量占比8％-12％的解体微球2。

永久性涂料内的硅酸钠为偏硅酸钠和正硅酸钠按照重量比1:5混合而成，且硅酸钠与硅烷偶联剂的质量比为3:1。

永久性涂料内的乙醇与水的质量比为1:1。

永久性涂料内的硅微粉粒度小于40μm，剥离性涂料内的硅砂中二氧化硅含量大于98％，氧化铝0-5％，余量为不可避免的杂质，粒度为220-260目。

剥离性涂料内的消泡剂为正丁醇、正辛醇、正戊醇中的至少一种，悬浮剂为SN型商品无机粘土粉。

请参阅图3，延伸帽1包括支撑管11和隔离帽片12，且支撑管11连接于隔离帽片12内侧中心处，支撑管11内镶嵌连接有延伸纤维13，延伸纤维13远离隔离帽片12一端包裹有磁性包膜14，支撑管11和隔离帽片12配合一方面起到一定程度的支撑作用，避免对低压铸造过程中的压力造成干扰，另一方面通过磁场对磁性包膜14的引导，带动延伸纤维13进入到砂芯中的孔隙中形成高强度连接，在后期的敲打动作中，可以很好的传递共振作用，进而通过隔离帽片12作用在剥离性涂料的解体微球2中，值得注意的是隔离帽片12的外表面可以进行光滑处理，进一步提高剥离性涂料的易剥离性。

支撑管11和隔离帽片12均采用高弹性隔热材料制成，磁性包膜14为延伸纤维13通过浸渍纳米磁性氧化铁的水溶液后干燥得到。

请参阅图4，解体微球2包括分散球体21、多根防裂纤维22以及磁吸块23，磁吸块23镶嵌连接于分散球体21的一端，防裂纤维22均匀连接于分散球体21的外端，磁吸块23在磁性包膜14的吸引上可以迫使解体微球2自主分散与隔离帽片12进行接触，防裂纤维22在初始状态下提供对剥离性涂料的补强作用，避免在铸造过程中出现意外解体现象，在分散球体21受到隔离帽片12传递来的共振作用时，其会脆裂不再对剥离性涂料提供补强作用。

分散球体21采用高脆性导热材料制成，例如碳化硅陶瓷，分散球体21内还填充有高热膨胀系数的气体，且该气体经过压缩，例如二氧化碳，分散球体21在脆裂后会释放出压缩的气体，气体沿着隔离帽片12与剥离性涂料之间的空隙进行膨胀，然后加速剥离性涂料和永久性涂料之间的分离，同时藉由防裂纤维22的分散性进一步扩散，并加速剥离性涂料自身的解体，相互配合下可以快速高效的实现剥离性涂料与砂芯的分离，且不会造成任何损伤。

一种铸造用砂芯复合涂料的应用，包括以下步骤：

S1、称取永久性涂料涂覆至砂芯表面，并施加磁场迫使磁性包膜14带动延伸纤维13进入到砂芯的孔隙中形成高度连接；

S2、对永久性涂料进行适量的刮除或者补充，以使得隔离帽片12全部暴露在外界，等待其成型；

S3、成型后，在铸造前称取剥离性涂料进行涂覆，其内的解体微球2在磁性包膜14的作用下自主分散并与隔离帽片12接触，同时剥离性涂料覆盖在永久性涂料形成的涂层上；

S4、在铸造结束后通过敲打砂芯即可触发剥离性涂料的解体动作，同时保留下永久性涂料。

实施例2：

一种铸造用砂芯复合涂料，包括永久性涂料和剥离性涂料，永久性涂料包括以下重量份数计的原料：硅微粉60-80份、硅藻土15-25份、石墨粉10-20份、刚玉粉10-16份、滑石粉18-22份、硅酸钠15-24份、硅烷偶联剂5-8份、聚异丁烯10-15份、乙醇20-30份和水20-30份，且永久性涂料内混入质量占比5％-10％的延伸帽1；

剥离性涂料包括以下重量份数计的原料：硅砂80-100份、云母岩状铝硅酸盐20-40份、膨润土10-15份、鳞片状石墨粉8-12份、滑石粉10-16份、消泡剂0.1-0.5份、悬浮剂1.2-1.5份、环氧树脂3-5份、硅溶胶2-4份、水40-60份和消磁粉3-5份，且剥离性涂料内混入质量占比8％-12％的解体微球2。

其余部分与实施例1保持一致。

实施例3：

一种铸造用砂芯复合涂料，包括永久性涂料和剥离性涂料，永久性涂料包括以下重量份数计的原料：硅微粉60-80份、硅藻土15-25份、石墨粉10-20份、刚玉粉10-16份、滑石粉18-22份、硅酸钠15-24份、硅烷偶联剂5-8份、聚异丁烯10-15份、乙醇20-30份和水20-30份，且永久性涂料内混入质量占比5％-10％的延伸帽1；

剥离性涂料包括以下重量份数计的原料：硅砂80-100份、云母岩状铝硅酸盐20-40份、膨润土10-15份、鳞片状石墨粉8-12份、滑石粉10-16份、消泡剂0.1-0.5份、悬浮剂1.2-1.5份、环氧树脂3-5份、硅溶胶2-4份、水40-60份和消磁粉3-5份，且剥离性涂料内混入质量占比8％-12％的解体微球2。

其余部分与实施例1保持一致。

本发明可以通过对现有的砂芯涂料进行分层，并分为永久性涂料和剥离性涂料，永久性涂料借由延伸帽1在外部磁场作用的引导下，与砂芯的多孔隙特点形成高强度的连接，然后在铸造前涂覆上剥离性涂料，剥离性涂料可以借由永久性涂料的磁性作用进行辅助结合，因此仅需较低的结合强度即可在其表面进行覆盖，且解体微球2可以自主均匀分散并对剥离性涂料进行初始补强，形成独立于永久性涂料外的剥离层，临时提供铸件与砂芯之间的隔离，并具有良好的平面完整性，有利于提高铸件的表面平整度，在铸造结束后通过轻微敲打砂芯，利用延伸帽1引起的共振动作迫使解体微球2发生脆裂行为，通过内部气体的膨胀来加速剥离性涂料的解体，从而实现完整无损的剥离。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：包括永久性涂料和剥离性涂料，所述永久性涂料包括以下重量份数计的原料：硅微粉60-80份、硅藻土15-25份、石墨粉10-20份、刚玉粉10-16份、滑石粉18-22份、硅酸钠15-24份、硅烷偶联剂5-8份、聚异丁烯10-15份、乙醇20-30份和水20-30份，且永久性涂料内混入质量占比5％-10％的延伸帽(1)；

所述剥离性涂料包括以下重量份数计的原料：硅砂80-100份、云母岩状铝硅酸盐20-40份、膨润土10-15份、鳞片状石墨粉8-12份、滑石粉10-16份、消泡剂0.1-0.5份、悬浮剂1.2-1.5份、环氧树脂3-5份、硅溶胶2-4份、水40-60份和消磁粉3-5份，且剥离性涂料内混入质量占比8％-12％的解体微球(2)。

2.根据权利要求1所述的一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：所述永久性涂料内的硅酸钠为偏硅酸钠和正硅酸钠按照重量比1:5混合而成，且硅酸钠与硅烷偶联剂的质量比为3:1。

3.根据权利要求1所述的一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：所述永久性涂料内的乙醇与水的质量比为1:1。

4.根据权利要求1所述的一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：所述永久性涂料内的硅微粉粒度小于40μm，所述剥离性涂料内的硅砂中二氧化硅含量大于98％，氧化铝0-5％，余量为不可避免的杂质，粒度为220-260目。

5.根据权利要求1所述的一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：所述剥离性涂料内的消泡剂为正丁醇、正辛醇、正戊醇中的至少一种，悬浮剂为SN型商品无机粘土粉。

6.根据权利要求1所述的一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：所述延伸帽(1)包括支撑管(11)和隔离帽片(12)，且支撑管(11)连接于隔离帽片(12)内侧中心处，所述支撑管(11)内镶嵌连接有延伸纤维(13)，所述延伸纤维(13)远离隔离帽片(12)一端包裹有磁性包膜(14)。

7.根据权利要求6所述的一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：所述支撑管(11)和隔离帽片(12)均采用高弹性隔热材料制成，所述磁性包膜(14)为延伸纤维(13)通过浸渍纳米磁性氧化铁的水溶液后干燥得到。

8.根据权利要求1所述的一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：所述解体微球(2)包括分散球体(21)、多根防裂纤维(22)以及磁吸块(23)，所述磁吸块(23)镶嵌连接于分散球体(21)的一端，所述防裂纤维(22)均匀连接于分散球体(21)的外端。

9.根据权利要求1所述的一种铸造用砂芯复合涂料，其特征在于：所述分散球体(21)采用高脆性导热材料制成，所述分散球体(21)内还填充有高热膨胀系数的气体，且该气体经过压缩。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种铸造用砂芯复合涂料的应用，其特征在于：包括以下步骤：

S1、称取永久性涂料涂覆至砂芯表面，并施加磁场迫使磁性包膜(14)带动延伸纤维(13)进入到砂芯的孔隙中形成高度连接；

S2、对永久性涂料进行适量的刮除或者补充，以使得隔离帽片(12)全部暴露在外界，等待其成型；

S3、成型后，在铸造前称取剥离性涂料进行涂覆，其内的解体微球(2)在磁性包膜(14)的作用下自主分散并与隔离帽片(12)接触，同时剥离性涂料覆盖在永久性涂料形成的涂层上；

S4、在铸造结束后通过敲打砂芯即可触发剥离性涂料的解体动作，同时保留下永久性涂料。

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