CN112893768A - 一种消失模铸造环保涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消失模铸造环保涂料及其制备方法与应用，该消失模铸造涂料，由以下重量配比的原料制成：稻壳灰80‑90份，熟高铝粉10‑15份、纳基膨润土3‑4份、球粘土4‑5份、苯丙乳液6‑7份；水80‑90份。本申请得到的消失模铸造涂料具有耐火度高、透气性好、易剥离且成本低廉的优点。

Description

一种消失模铸造环保涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于消失模铸造技术领域，尤其涉及一种消失模铸造环保涂料及其制备方法与应用。

背景技术

消失模铸造是在铸造过程中，模型气化消失，而模型就是造型时用的模样。砂型铸造中将模样取出，在空腔中浇入金属液形成铸件。而消失模铸造是采用特定的泡沫塑料制成模样，然后将其埋入型砂中(一般为干砂或含有粘接剂的干砂)，经过一定的处理(主要是振动和抽负压)，再浇入金属液，金属液使泡沫塑料的模样逐步软化、液化、分解和气化，直到完全替代泡沫模型，形成模型所形成的空腔--铸件。因此，消失模铸造也称为气化模铸造、实型铸造、无型腔铸造。

与一般砂型铸造涂料不同，消失模铸造涂料不是涂覆在铸型型腔上，而是涂覆在塑料泡沫模型上。当塑料泡沫模型被液态金属置换时，涂料实际上起到的是铸型作用，因而有＂涂料即是铸型”之说。为了减少铸件夹砂或粘砂等缺陷，保证铸件成品率，需要提高模型强度和刚度，防止模型破坏或变型，确保金属液与铸型隔离，因此，消失模铸造涂料需要具有较高的强度。为了提高承压类铸件的合格率，消失模铸造涂料还需要具有良好的透气性。

在消失模铸造生产中，消失模涂料对产品质量起到重要影响。目前以耐火骨料为例，在消失模涂料中选用使用范围广的刚玉粉作为其耐火骨料，具有高的耐火度、优良的透气性、强的附着性及好的强度和韧性等优异特点。选用铝矾土作为耐火骨料，在涂层透气性方面有着优异的表现，无论常温或是高温情况下，其透气性都表现良好，被广泛应用在消失模铸造铸钢件上面。但以上两种耐火骨料价格较贵，对成本有一定影响。选用石英粉作为耐火骨料，涂料综合性能表现比上述两种差。由于石英粉在我国原材料资源丰富，使用也很普遍，然而在受到高温时一些相应的改变会发生于涂料石英中，且涂料脱落稳定性不明，另外，石英粉生产厂家无法保证目数的集中度，也无法保证涂料的透气性。

综上，有必要对现有消失模铸造涂料进行改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种耐火度高、透气性好、易剥离且成本低廉的消失模铸造环保涂料及其制备方法与应用。

为此，本发明一方面提供一种消失模铸造涂料，由以下重量配比的原料制成：稻壳灰80-90份，熟高铝粉10-15份、纳基膨润土3-4份、球粘土4-5份、苯丙乳液6-7份；水80-90份。

具体的，该消失模铸造涂料由以下重量配比的原料制成：稻壳灰85-90份，熟高铝粉11-15份、纳基膨润土3-4份、球粘土4-5份、苯丙乳液6-7份；水85-90份。

具体的，该消失模铸造涂料由以下重量配比的原料制成：稻壳灰90份，熟高铝粉15份、纳基膨润土4份、球粘土4份、苯丙乳液6份；水85份。

具体的，所述稻壳灰和熟高铝粉的目数为200-320目。

具体的，所述原料中含有200目、270目及320目的稻壳灰，所述原料中含有200目、270目及320目的熟高铝粉。

本发明另一方面提供一种消失模铸造涂料制备方法，按重量份计，分别取稻壳灰80-90份，熟高铝粉10-15份、纳基膨润土3-4份、球粘土4-5份、苯丙乳液6-7份；水80-90份，搅拌混匀，即得消失模铸造涂料。

具体的，搅拌混匀条件为：在600-800转/分钟的转速下搅拌60-120分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨50-60分钟，最后再在L型搅拌桶内180-200转/分钟的转速下搅拌30-40分钟。

具体的，搅拌混匀条件为：在650转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨60分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌30分钟。

具体的，在搅拌混匀前，膨润土需要用水进行浸泡，浸泡时间不少于12小时。

本发明另一方面还提供一种上述消失模铸造涂料的应用，将所述消失模铸造涂料均匀涂覆于塑料泡沫模型表面，然后将模型放在干燥箱中干燥设定时间，之后进行埋砂和抽真空浇注，最后待铸件冷却即可开箱。

原理及优势

本申请直接采用锅炉中生物质燃料稻壳燃烧后产生的稻壳灰作为涂料的耐火骨料，同时结合特定量的熟高铝粉、纳基膨润土、球粘土和苯丙乳液，成功制备得到了耐火度高、透气性好、易剥离且成本低廉的消失模铸造涂料，实现了稻壳灰的变废为宝和回收再利用，并且消除了环境污染。

发明人研究发现，制得的消失模铸造涂料之所以具有高的耐火度和好的透气性，主要是由稻壳灰特殊的微观结构引起的，从微观角度来看，稻壳灰表面有一层致密的二氧化硅，内外表面之间被一个纵橫交错的夹层相隔，该夹层的板上含有大量的孔洞，呈现出疏松的蜂窝状，这些孔洞的直径大约为几个微米，进一步对板片的断面进行观察，发现构成蜂窝状的薄片和薄板并不致密。另外，稻壳灰的结构中还含有大量纳米尺度的孔隙，这些孔隙由硅凝胶离子非紧密粘聚而成。由于这两种孔洞的双重作用，稻壳灰具有巨大的比表面积50000～100000m2/kg和超高的火山灰活性，上述结构特性决定了制得的涂料具有优良透气性，另一方面，耐火骨料成份主要是高纯度的二氧化硅和碳，这为涂料的耐火度的提升提供了条件。

而添加的特定比例的熟高铝粉主要起到堵塞稻壳灰孔隙，调节涂料密度和透气性的目的，添加的苯丙乳液和球粘土则作为骨料的粘接剂，起到提高涂料高温强度和常温强度的目的。

发明人进一步研究发现，该组分配比的涂料之所以易于剥离是因为熟高铝粉中含有的铁氧化合物，在高温下可与稻壳灰中的二氧化硅反应生成低熔点相，此低熔点相在高温下会出现液态玻璃相，从而分隔高温金属液与涂料层，防止金属液渗入涂料层，由于涂料层中有玻璃相，而玻璃相与铸件的热膨胀系数存在差异，使得铸件在冷却过程中，涂料层自动开裂、成片剥落，具有很好的烧结剥离性。

本申请将各种原料按重量份数进行合理地配比，尤其是选定了纳基膨润土、球粘土、苯丙乳液和润湿剂的重量份数，一方面决定了消失模铸造涂料在消失模铸造过程中形成的涂层具有较高的透气性，浇注速度较纯熟高铝粉为骨料的涂料提高了约一倍，加快了充型速度，减少了碳缺陷的产生。另一方面耐火骨料成份主要是高纯度的二氧化硅和碳，涂料耐火度高，同时该涂料孔隙率高，悬浮性好，触变性好，干燥速度快。

与现有技术相比，该消失模铸造涂料配方简单且制备简单易行，用于消失模铸造时形成的涂层具有耐火度高、透气性好的优点，浇注速度较纯熟高铝粉为骨料的涂料提高了约一倍，加快了充型速度，减少了碳缺陷的产生，同时具有工艺操作方便，烘干速度加快，生产周期缩短的特点。

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作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。

一种消失模铸造涂料，由以下重量配比的原料制成：稻壳灰80-90份，熟高铝粉10-15份、纳基膨润土3-4份、球粘土4-5份、苯丙乳液6-7份；水80-90份。优选的，该消失模铸造涂料由以下重量配比的原料制成：稻壳灰85-90份，熟高铝粉11-15份、纳基膨润土3-4份、球粘土4-5份、苯丙乳液6-7份；水85-90份。进一步优选的，该消失模铸造涂料由以下重量配比的原料制成：稻壳灰90份，熟高铝粉15份、纳基膨润土4份、球粘土4份、苯丙乳液6份；水85份。

优选的，稻壳灰和熟高铝粉的目数为200-320目。

耐火骨料作为涂料的主要成分，它维持着涂料的微观结构和整体结构。一方面，骨料的颗粒愈细，则涂料的悬浮稳定性愈好，涂料层的质量愈均匀，从而铸件的表面质量也高；另一方面，骨料的颗粒愈细，则所需的粘结剂愈多，涂料层在高温下也较易于开裂。要使涂料层中的骨料颗粒排列致密，最好能使较细的颗粒镶嵌于较粗的颗粒之间，因此，粒度的分布宜分散而不宜集中，通常采用多级粒度的耐火骨料搭配。通常耐火骨料的粒度以200目、270目、320目三种配合使用为好，也即原料中含有200目、270目及320目的稻壳灰，原料中含有200目、270目及320目的熟高铝粉。

本发明还提供了一实施方式的上述消失模铸造涂料的制备方法：将上述消失模铸造涂料的各组分搅拌混匀，即可得到所述消失模铸造涂料。

该消失模铸造涂料的制备方法简单快捷，得到的消失模铸造涂料在消失模铸造过程中形成的涂层具有耐火度高、干燥速度快透气性优良的特点。

具体地，所述搅拌混匀条件是：在600-800转/分钟的转速下搅拌60-120分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨50-60分钟，最后再在L型搅拌桶内180-200转/分钟的转速下搅拌30-40分钟。

本申请人通过研究发现，搅拌的速度以及搅拌的时间等因素都会影响消失模铸造涂料的各项性能，例如高温强度、悬浮性、流平性和涂挂性等。因此，为了保证其较好的高温强度、悬浮性、流平性和涂挂性等，混合时先在650转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨60分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌30分钟。

本申请人通过研究发现，在上述条件下制得的使用状态的消失模铸造涂料具有最佳的状态，其在消失模铸造过程中形成的涂层的高温强度、悬浮性、流平性和涂挂性等性能综合而言达到最优。

上述消失模铸造涂料在使用时，先按照上述步骤混合，制成使用状态的消失模铸造涂料，再均匀涂覆于塑料泡沫模型表面，然后将模型放在50℃干燥箱中干燥8小时，根据不同铸件的大小形状及重量，需重复涂覆和烘干1-3次，之后进行埋砂和抽真空浇注，最后待铸件冷却即可开箱。

以下是具体实施例及对比例。

实施例1

在常温常压下，按照表1实施例1的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例1的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以650转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨60分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌30分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。将使用状态的消失模铸造涂料均匀涂覆于塑料泡沫模型表面，然后将模型放在50℃干燥箱中干燥8小时，重复上述涂覆和干燥步骤2次，再进行埋砂和抽真空浇注，最后待铸件冷却即可开箱。

实施例2

在常温常压下，按照表1实施例2的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例2的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，以600转/分钟的转速下搅拌60分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨60分钟，最后再在L型搅拌桶内200转/分钟的转速下搅拌30分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。

实施例3

在常温常压下，按照表1实施例3的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例3的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，在650转/分钟的转速下搅拌100分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨50分钟，最后再在L型搅拌桶内200转/分钟的转速下搅拌40分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。

实施例4

在常温常压下，按照表1实施例4的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例4的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，在700转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨50分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌35分钟。

实施例5

在常温常压下，按照表1实施例5的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例5的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，在800转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨50分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌35分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。

实施例6

在常温常压下，按照表1实施例6的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例6的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，在600转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨60分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌35分，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。

实施例7

在常温常压下，按照表1实施例7的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例7的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，在780转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨50分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌35分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。

实施例8

在常温常压下，按照表1实施例8的消失模铸造涂料的组分及重量进行配料。将各组分混合后充分搅拌，得到消失模铸造涂料。按照表1实施例8的水的重量，向消失模铸造涂料中加水，在800转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨50分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌35分钟，得到使用状态的消失模铸造涂料。之后的步骤与实施例1相同。

以下是对比例。

对比例1和2都与实施例1基本相同，差别在于组分及其用量，具体的差别见表1。

将各实施例与对比例的使用状态的消失模铸造涂料进行悬浮性、流平性、涂挂性、高温透气性和高温强度测试。同时检测应用于消失模铸造时，各实施例与对比例所对应的开箱后铸件表面的涂层剥离情况和夹砂情况，测得的性能指标见表2。

1、悬浮性测试：

将消失模铸造涂料与水按1:0.8的比例混合，充分搅拌，取100ml倒入带磨口塞量筒中，使凹液面底部与100ml刻度相切，静置24小时后，观察并计算消失模铸造涂料的澄清层体积V,按照c＝(100-V/100)*100％读取悬浮率c。

2、流平性测试：

将消失模铸造涂料与水按1:0.85的比例混合，充分搅拌，取100g以固定角度倒在划有刻度的水平玻璃板上，记录玻璃板上的刻度，计算涂料流淌距离的远近，流淌越远说明涂料的流平性越好。

3、涂挂性测试：

将消失模铸造涂料与水按1:0.85的比例混合，充分搅拌，取100g涂刷至相同规格的聚乙烯泡沫表面，观察涂料在聚乙烯泡沫表面的覆盖情况，是否存在露白。

4、高温透气性测试：

将消失模铸造涂料与水按1:0.85的比例混合，充分搅拌，取一定量涂刷至测栅上，待其干燥后放入1200℃的马弗炉中保温3分钟，待其降至室温后固定于砂型筒上并密封，用型砂透气性仪测定透气性的优劣。

5、铸件表面粘砂测试：

将消失模铸造涂料与水按1:0.85的比例混合，充分搅拌，涂刷至同一规格的塑料泡沫模型表面，按照常规的消失模铸造方式铸件，开箱后检查铸件表面粘砂情况。

表1各实施例及对比例组分配比表

表2各实施例及对比例性能对比表

综合表2的内容可以看出，各实施例的消失模铸造涂料的各单项性能都达到了行业的优良水平，其综合性能明显优于对比例的消失模铸造涂料。本发明的消失模铸造环保涂料的主要的优点是：在消失模铸造过程中形成的涂层具有透气性、吸附性好，浇注速度快，大大降低了冷隔废品及碳缺陷。因此该涂料完全能满足消失模铸造工艺的需要，且具有工艺操作方便，烘干速度加快，生产周期缩短的特点。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种消失模铸造涂料，其特征在于，由以下重量配比的原料制成：稻壳灰80-90份，熟高铝粉10-15份、纳基膨润土3-4份、球粘土4-5份、苯丙乳液6-7份；水80-90份。

2.根据权利要求1所述的消失模铸造涂料，其特征在于：该消失模铸造涂料由以下重量配比的原料制成：稻壳灰85-90份，熟高铝粉11-15份、纳基膨润土3-4份、球粘土4-5份、苯丙乳液6-7份；水85-90份。

3.根据权利要求1所述的消失模铸造涂料，其特征在于：该消失模铸造涂料由以下重量配比的原料制成：稻壳灰90份，熟高铝粉15份、纳基膨润土4份、球粘土4份、苯丙乳液6份；水85份。

4.根据权利要求1-3任一项所述的消失模铸造涂料，其特征在于：所述稻壳灰和熟高铝粉的目数为200-320目。

5.根据权利要求4所述的消失模铸造涂料，其特征在于：所述原料中含有200目、270目及320目的稻壳灰，所述原料中含有200目、270目及320目的熟高铝粉。

6.一种消失模铸造涂料制备方法，其特征在于：按重量份计，分别取稻壳灰80-90份，熟高铝粉10-15份、纳基膨润土3-4份、球粘土4-5份、苯丙乳液6-7份；水80-90份，搅拌混匀，即得消失模铸造涂料。

7.根据权利要求6所述的消失模铸造涂料制备方法，其特征在于：搅拌混匀条件为：在600-800转/分钟的转速下搅拌60-120分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨50-60分钟，最后再在L型搅拌桶内180-200转/分钟的转速下搅拌30-40分钟。

8.根据权利要求7所述的消失模铸造涂料制备方法，其特征在于：搅拌混匀条件为：在650转/分钟的转速下搅拌80分钟，再将已搅拌好的物料输入胶磨机胶磨60分钟，最后再在L型搅拌桶内180转/分钟的转速下搅拌30分钟。

9.根据权利要求6-8任一项所述的消失模铸造涂料制备方法，其特征在于：所述稻壳灰和熟高铝粉的目数为200-320目。

10.一种权利要求1-5任一项所述消失模铸造涂料的应用，其特征在于：将所述消失模铸造涂料均匀涂覆于塑料泡沫模型表面，然后将模型放在干燥箱中干燥设定时间，之后进行埋砂和抽真空浇注，最后待铸件冷却即可开箱。