CN114682729A - 精铸件硅溶胶型壳的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精铸件硅溶胶型壳的制备方法，属于硅溶胶型壳铸造技术领域，该硅溶胶包括面层组分和背层组分；面层组分包括锆粉、碳粉、硅溶胶、润湿剂和消泡剂；锆粉由质量比为1:1的320目锆粉和270目锆粉组成；碳粉为锆粉总质量的1‑3％；硅溶胶为锆粉总质量的8‑12％；熔融石英砂为锆粉总质量的1‑3％；背层组分包括硅溶胶、纳米纤维、莫来粉和石英粉；纳米纤维为硅溶胶总质量的3‑6％，硅溶胶与莫来粉和石英粉的总质量的质量比为1:1.6。该硅溶胶专用于制备精铸件型壳，所得型壳由内向外的孔隙率逐渐升高，精铸过程中不易产生气孔，可制备得到表面光滑度极高的铸件，保证了铸件的品质和得率。

Description

精铸件硅溶胶型壳的制备方法
技术领域
本发明属于硅溶胶型壳铸造技术领域，具体涉及一种精铸件硅溶胶型壳的制备方法。
背景技术
精密铸造简称精铸，是一种铸造工艺，通过精铸能获得相对准确的形状和较高的铸造精度，通常先根据产品要求设计制作模具，用浇铸的方法铸蜡，获得蜡模；在蜡模上重复涂料与撒砂，硬化型壳并干燥，再将内部的蜡模溶化，焙烧后获得型壳，型壳内浇注金属材料，脱壳后清沙，获得高精度的成品。在精铸领域中，制壳(型壳)是关系到产品的品质及铸件得率的关键。用硅溶胶制成的型壳强度大，不漏水、不漏串，铸件表面粗造度CT6级，铸造光洁度高，比水玻璃造型质量好，代替硅酸乙酯造型可降低成本和改善操作条件。但现有的硅溶胶配方制成的型壳，存在残余强度高、型壳过于致密、透气性不佳，易产生气孔缩的问题。当浇注过程中金属液中气体无法及时排出时，就会在铸件上形成气孔等缺陷，造成铸件不达标的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何改善现有硅溶胶制备精铸型壳透气性不佳的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于制备精铸件型壳的硅溶胶，包括面层组分和背层组分；
所述面层组分包括锆粉、碳粉、硅溶胶、熔融石英砂、润湿剂和消泡剂；
所述面层组分中，所述锆粉由质量比为1:1的320目锆粉和270目锆粉组成；所述碳粉的添加量为锆粉总质量的1-3％；所述硅溶胶的添加量为锆粉总质量的8-12％；所述熔融石英砂的添加量为锆粉总质量的1-3％；所述润湿剂和消泡剂的添加量均为锆粉总质量的0.015-0.02％；
所述背层组分包括硅溶胶、纳米纤维、莫来粉和石英粉；
所述背层组分中，所述纳米纤维的添加量为硅溶胶总质量的3-6％，所述莫来粉与石英粉的质量比为7:3，所述硅溶胶与莫来粉和石英粉的总质量的质量比为1:1.6。
本发明的有益效果在于：本发明提供的硅溶胶，专用于制备精铸件型壳，相较于传统硅溶胶精铸件型壳，通过对面层和背层配方的改进，使得使用该硅溶胶制成的型壳由内向外的孔隙率逐渐升高，精铸过程中不易产生气孔，进而可得到表面光滑度极高的铸件，保证了铸件的品质，保证了高得率。本发明提供的硅溶胶，通过在面层中加入不同目数的锆粉，并以1:1的比例混合使用，配合添加碳粉和熔融石英砂，利用不同粒度，不同比重形成致密的面层，使型壳面层光滑，利用耐火材料不同的膨胀系数，降低热残余强度，更有利于脱壳，同时可减少抛丸时间；且碳粉价格较低，能够显著节约用料成本；通过在背层中添加石英和莫来粉，利用二者热力和膨胀系数的差异，降低热拉力，与此同时纳米纤维加入能够增加热壳强度，防止跑火、漏钢水的问题，待钢水浇筑后纤维燃烧，所得型壳冷却后残余强度降低，使得型壳溃散性强，且由内向外的孔隙率逐渐升高，不易产生气孔，进而铸件可以更好的复印面层的光滑度，得到表面光滑度极高的铸件。
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。
本发明提供一种用于制备精铸件型壳的硅溶胶，包括面层组分和背层组分；
所述面层组分包括锆粉、碳粉、硅溶胶、熔融石英砂、润湿剂和消泡剂；
所述面层组分中，所述锆粉由质量比为1:1的320目锆粉和270目锆粉组成；所述碳粉的添加量为面层组分中锆粉总质量的1-3％；所述硅溶胶的添加量为面层组分中锆粉总质量的8-12％；所述熔融石英砂的添加量为面层组分中锆粉总质量的1-3％；所述润湿剂和消泡剂的添加量均为面层组分中锆粉总质量的0.015-0.02％；
所述背层组分包括硅溶胶、纳米纤维、莫来粉和石英粉；
所述背层组分中，所述纳米纤维的添加量为背层组分中硅溶胶总质量的3-6％，所述莫来粉与石英粉的质量比为7:3，所述背层组分中硅溶胶与莫来粉和石英粉的总质量的质量比为1:1.6。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的硅溶胶，专用于制备精铸件型壳，通过在面层中加入不同目数的锆粉，并以1:1的比例混合使用，配合添加碳粉，利用不同粒度，不同比重形成致密的面层，使型壳面层光滑，通过同时加入不同目数的锆粉和熔融石英砂，利用耐火材料不同的膨胀系数，降低热残余强度，更有利于脱壳，同时可减少抛丸时间；且碳粉价格较低，能够显著节约用料成本；通过在背层中添加石英和莫来粉，石英耐火点低于莫来石200度左右，利用二者热力和膨胀系数的差异，降低热拉力，与此同时纳米纤维加入能够增加热壳强度，防止跑火、漏钢水的问题，待钢水浇筑后纤维燃烧，所得型壳冷却后残余强度降低，使得型壳溃散性强，且由内向外的孔隙率逐渐升高，不易产生气孔，使得铸件可以更好的复印面层的光滑度，得到表面光滑度极高的铸件。相较于传统硅溶胶精铸件型壳，传统面层浆料中若要添加石英砂(石英粉)，最少搅拌8h后才可开始使用，生产效率低，本发明通过同时添加碳粉和熔融石英砂与双粒径锆粉配合，克服了在面壳中不易添加石英砂的问题，面层浆料制备搅拌4h即可开始投入使用；本发明提供的硅溶胶通过对面层和背层配方的改进，克服了目前硅溶胶型壳存在残余强度高、型壳过于致密、透气性不佳，易产生气孔缩的问题。用其制成的型壳，精铸过程中不易产生气孔，可得到表面光滑度极高的铸件，保证了铸件的品质和高得率，面层和背层的改进有效降低了后期处理的清砂时间、抛丸时间，降低了补焊率，相同产量的前提下，与使用传统硅溶胶型壳进行生产，能够节约材料成本约43％，缩短生产周期3天左右，节约人工成本约7％。
进一步的，所述面层组分中，所述碳粉的添加量为锆粉总质量的2％；所述硅溶胶的添加量为锆粉总质量的10％；所述润湿剂和消泡剂的添加量均为锆粉总质量的0.16％。
进一步的，所述背层组分中，所述纳米纤维的添加量为硅溶胶总质量的5％，所述莫来粉与石英粉的质量比为7:3。
由上述描述可知，背层组分中添加石英粉的量可以根据产品大小进行调整，经单因素试验对比，当莫来粉与石英粉的质量比为7:3时，型壳强度最佳。
进一步的，所述纳米纤维为氮掺杂碳纳米纤维。
进一步的，所述碳粉的粒径大于270目。
所述面层用于制备精铸件型壳的第一层，所述背层用于制备精铸件型壳除第一层和封浆层以外的结构层。
由上述描述可知，上述的硅溶胶配方，只需配置面层组分和背层组分，背层组分制成的浆料通用，无需设置加固层等结构，能大幅降低前期各组分制备所需的时间。
实施例：
实施例1-4的硅溶胶的组成见表1所示。
表1
Figure BDA0003563826900000041
对比例：
对比例1-5的硅溶胶的组成见表2所示。
表2
Figure BDA0003563826900000051
对比例1为硅溶胶精铸件型壳的传统配方。对比例2和对比例3与实施例1的区别在于面层组分中仅使用一种粒度的锆粉。对比例4与实施例1的区别在于面层组分中不添加碳粉。对比例5与实施例1的区别在于背层组分中不添加石英粉。
分别使用实施例1-4和对比例1-5的硅溶胶配方制备精铸件硅溶胶型壳，型壳的面层(第一层)使用各自的面层组分配方制备，型壳的第二至六层使用各自的背层组分配方制备，所有型壳的封浆层相同，封浆层由100kg的硅溶胶和150kg的200目煤干粉组成。
型壳制备方法与常规相同，先将面层组分中除润湿剂和消泡剂外的组份搅拌均匀，然后加入润湿剂和消泡剂，得到面层浆料；将背层组分全部混合，搅拌均匀，得到背层浆料；面层浆料、背层浆料，以及封浆层在使用过程中始终保持搅拌状态；
将蜡模浸入面层浆料，取出后撒砂、干燥，得到第一层型壳；然后将第一层型壳浸入背层浆料，取出后撒砂、干燥，得到第二层型壳；依此重复得到第三-六层型壳；然后经封浆(封浆层)、脱蜡、煅烧(焙烧)得到精铸件硅溶胶型壳。
对使用实施例1-2和对比例1制备型壳和铸件过程中的各项参数和所得铸件的表面粗糙度进行比较，结果见表3所示。其中，型壳强度按照HB5352.1-2004《熔模铸造型壳性能试验方法第1部分：抗弯强度的测定》，测试温度为1300℃。
表3
Figure BDA0003563826900000061
在硅溶胶的配方改进前申请人均采用对比例1的配方进行型壳的制备，采用实施例1的硅溶胶配方制备型壳后计算发现，生产等量的同一批产品，能够节约材料成本约43％，缩短生产周期3天左右，节约人工成本约7％。
综上所述，本发明提供的硅溶胶，专用于制备精铸件型壳，相较于传统硅溶胶精铸件型壳，通过对面层和背层配方的改进，使得使用该硅溶胶制成的型壳由内向外的孔隙率逐渐升高，精铸过程中不易产生气孔，进而可得到表面光滑度极高的铸件，保证了铸件的品质和高得率；同时有效降低了后期处理的清砂时间、抛丸时间，降低了补焊率，相同产量的前提下，与使用传统硅溶胶型壳进行生产，能够节约材料成本约43％，缩短生产周期3天左右，节约人工成本约7％。
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。
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.精铸件硅溶胶型壳的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶包括面层组分和背层组分；
所述面层组分包括锆粉、碳粉、硅溶胶、熔融石英砂、润湿剂和消泡剂；
所述面层组分中，所述锆粉由质量比为1:1的320目锆粉和270目锆粉组成；所述碳粉的添加量为锆粉总质量的1-3％；所述硅溶胶的添加量为锆粉总质量的8-12％；所述熔融石英砂的添加量为锆粉总质量的1-3％；所述润湿剂和消泡剂的添加量均为锆粉总质量的0.015-0.02％；
所述背层组分包括硅溶胶、纳米纤维、莫来粉和石英粉；
所述背层组分中，所述纳米纤维的添加量为硅溶胶总质量的3-6％，所述莫来粉与石英粉的质量比为6-7:3-4，所述硅溶胶与莫来粉和石英粉的总质量的质量比为1:1.6；
所述精铸件硅溶胶型壳的制备方法包括以下步骤：
先将面层组分中除润湿剂和消泡剂外的组份搅拌均匀，然后加入润湿剂和消泡剂，得到面层浆料；将背层组分全部混合，搅拌均匀，得到背层浆料；面层浆料、背层浆料，以及封浆层在使用过程中始终保持搅拌状态；
将蜡模浸入面层浆料，取出后撒砂、干燥，得到第一层型壳；然后将第一层型壳浸入背层浆料，取出后撒砂、干燥，得到第二层型壳；依此重复得到第三-六层型壳；然后经封浆(封浆层)、脱蜡、煅烧(焙烧)得到精铸件硅溶胶型壳。
2.根据权利要求1所述的精铸件硅溶胶型壳的制备方法，其特征在于，所述面层组分中，所述碳粉的添加量为锆粉总质量的2％；所述硅溶胶的添加量为锆粉总质量的10％；所述润湿剂和消泡剂的添加量均为锆粉总质量的0.16％。
3.根据权利要求1所述的精铸件硅溶胶型壳的制备方法，其特征在于，所述背层组分中，所述纳米纤维的添加量为硅溶胶总质量的5％，所述莫来粉与石英粉的质量比为7:3。
4.根据权利要求1所述的精铸件硅溶胶型壳的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维为氮掺杂碳纳米纤维。
5.根据权利要求1所述的精铸件硅溶胶型壳的制备方法，其特征在于，所述碳粉的粒径大于270目。
6.根据权利要求1所述的精铸件硅溶胶型壳的制备方法，其特征在于，所述面层用于制备精铸件型壳的第一层，所述背层用于制备精铸件型壳除第一层和封浆层以外的结构层。
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