CN114733997A - 一种精密砂型铸造型芯用涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精密砂型铸造型芯用复合涂料及其制备方法，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料；所述醇基石墨烯涂料包括硝酸钠和石墨烯；所述醇基氯化物涂料包括氯化锰。与传统的醇基涂料相比，本发明的复合涂料制备得到的涂层的厚度均匀、涂层结构致密，所述涂层可以有效降低Mg、Li等轻质元素的烧损量，减少铸件皮下针孔、气孔缺陷，生产周期短，对环境污染小，适用于精密砂型铸型型芯的涂刷，可实现军工装备与新能源汽车复杂结构精密铝合金铸件短周期低成本绿色铸造，经济效益明显。

Description

一种精密砂型铸造型芯用涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于铸造及铸造用辅助材料领域，具体涉及一种精密砂型铸造型芯用涂料及其制备方法。

背景技术

铝合金密度低、比强/刚度高、耐蚀性好、塑性好、加工性能优异，且具有良好的焊接性能，优良的导电性、导热性，在军工装备领域得到了广泛的应用。铝合金按照加工工艺主要可分为变形铝合金与铸造铝合金两类，其中铸造铝合金因具有良好的工艺流动性能与中等载荷承载能力，在导弹壳体、载油舱壳体、发动机附件机匣、发动机油路管道、汽车发动机缸体、汽车发动机缸盖等产品制造上得到了广泛的应用。

目前应用最广泛的铸造成形工艺主要为砂型铸造，砂型铸造通常选用硅砂作为造型材料，通过添加有机粘结剂或无机粘结剂与硅砂混匀后制得砂型铸造型芯。在进行熔体浇铸时，砂型铸造型芯表面若不刷涂涂料而直接进行熔体浇铸，则高温熔融状态的熔体与砂型铸造型芯表面的粘结剂将发生较为严重的界面反应，产生针孔、疏松、皮下气孔等冶金缺陷；同时也会产生较为严重的粘砂缺陷。不仅如此，熔体中添加的Mg、Li元素易与有机粘结剂中的酚醛树脂、脲烷树脂发生反应生成反应型气孔，降低了铸件/铸型界面的强度，影响了铸件的表面质量，也加重了Mg、Li等轻质元素的烧损。因此，在砂型铸造型芯制备完成后通常需要在砂型铸造型芯的表面涂刷一定厚度的涂料，以隔阻熔融状态的金属与砂型铸造型芯表面直接接触而诱发的界面反应，消除或降低铸件/铸型界面物理化学反应的严重程度，提高铸件表面的光洁度，减少机械粘砂、化学粘砂，提高铸件表面强度，减少砂眼、气孔缺陷，总而言之，涂料的涂刷直接关系和影响到铸件的表面质量与冶金质量。

现有砂型铸造型芯用涂料大致可分为水基涂料和醇基涂料。其中醇基涂料由于在涂刷后可点燃灼烧进行快速固化，可与各类砂型铸造型芯制备工艺配合使用，无需专用的烘干工序，可显著缩短铸件的生产周期、简化工艺制造流程、节约生产资源与资金投入，是有色铸造业界广泛使用的涂料。现有的醇基涂料多为单一品种涂料，随着室内生产环境温湿度的变化，涂料涂刷效果变化较大，批产铝合金铸件产品质量波动大。随着近年来轻量化设计制造一体化精密液态成形制造工艺的广泛使用，Li、Mg等轻质元素在铝合金熔体中的添加量不断增高，Mg、Li等轻质元素为活泼性元素，极易与空气中的水汽在铸件/铸型界面发生化学反应，生成大量的氢气，在铸件表面产生较为严重的针孔、气孔类缺陷。现有传统的醇基涂料在用于铸造铝镁合金、铸造铝锂合金时存在着冶金缺陷多、铸件表面质量差等工艺问题。

发明内容

为了解决传统醇基涂料在砂型铸造型芯表面涂刷时，铸件表面质量差，铸件皮下针孔、气孔缺陷多，机械粘砂与化学粘砂严重，Mg、Li等轻质元素烧损量高等问题，本发明提供了一种精密砂型铸造型芯用复合涂料及其制备方法。本发明的砂型铸造型芯用复合涂料的使用可明显改善铸件的表面质量，其中醇基石墨烯涂料可降低铸件/铸型界面氢含量浓度，控制铸件/铸型界面反应程度，醇基氯化物涂料可明显减少铸件皮下针孔、气孔类缺陷。使用所述复合涂料可以制造出适用于轻质铝合金精密铸件所用的砂型铸造型芯，用于军工装备与新能源汽车复杂结构精密铝合金铸件的绿色铸造。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种精密砂型铸造型芯用复合涂料，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料；所述醇基石墨烯涂料包括硝酸钠和石墨烯；所述醇基氯化物涂料包括氯化锰。

根据本发明的实施方式，所述醇基表层涂料包括羧甲基纤维素、海藻硅钠、聚酰胺、氰基丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯-聚乙二醇、乙酰丙酮、海藻胶、淀粉磷酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、氧化铝、氧化锆、蓝晶石粉、异丙醇，余量为乙醇。

根据本发明的实施方式，所述醇基石墨烯涂料包括聚丙烯酸钠、偏硅酸钠、热塑性丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酸乙酯、糊精、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠、碳化硅、云母粉、氧化铍、石墨烯、硝酸钠、1-丁酸，余量为甲醇。

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料包括羧甲基纤维素、偏硅酸钠、聚酰胺、乙酰丙酮、氰基丙烯酸酯-聚乙二醇、环氧树脂、丙二醇藻蛋白酸酯、海藻胶、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锆、氧化铝、高岭石粉、氯化锰、2-丙烯醛，余量为乙醇。

根据本发明的实施方式，所述醇基表层涂料包括如下质量分数的各组分：

羧甲基纤维素1%~2%，海藻硅钠2%~4%，聚酰胺3%~4%，氰基丙烯酸酯2%~3%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇3%~5%，乙酰丙酮2%~3%，海藻胶1.5%~2.5%，淀粉磷酸钠1%~2%，聚乙烯吡咯烷酮2%~3%，氧化铝16%~18%，氧化锆12%~14%，蓝晶石粉10%~12%，异丙醇6%~8%，余量为乙醇。

根据本发明的实施方式，所述醇基表层涂料中，通过添加聚酰胺并进行乳化后的溶液流动黏度得到明显提高，使得醇基表层涂料的悬浮性得到有效保证。

根据本发明的实施方式，所述醇基表层涂料中，氰基丙烯酸酯在升温后可与氰基丙烯酸酯-聚乙二醇发生化学反应，在醇基表层涂料中形成了交联高分子反应团，可以提高醇基表层涂料的涂挂性能，添加乙酰丙酮可抑制醇基表层涂料中的细菌生长繁殖，提高醇基表层涂料的使用寿命。

根据本发明的实施方式，所述醇基表层涂料中，添加海藻胶、淀粉磷酸钠与聚乙烯吡咯烷酮进行分散后，可提高醇基表层涂料的表面张力，提高其涂刷涂覆性能，同时改善醇基表层涂料的表面光洁度。

根据本发明的实施方式，所述醇基表层涂料中，氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉作为醇基表层涂料的耐火骨料，比重高且密度大，添加氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉可有效悬浮于醇基表层涂料之中，提高醇基表层涂料的耐火性能与抗粘砂性能。

根据本发明的实施方式，所述醇基石墨烯涂料包括如下质量分数的各组分：

聚丙烯酸钠2%~3%，偏硅酸钠2%~4%，热塑性丙烯酸树脂3%~4%，环氧树脂2%~4%，硅酸乙酯4%~6%，糊精2%~3%，淀粉磷酸钠2%~4%，羧甲基纤维素钠1%~2%，碳化硅3%~5%，云母粉14%~16%，氧化铍4%~6%，石墨烯1.5%~3.0%，硝酸钠4%~6%，1-丁酸8%~10%，余量为甲醇。

根据本发明的实施方式，所述醇基石墨烯涂料中，加入聚丙烯酸钠与偏硅酸钠，其可以与甲醇溶液发生化学反应，形成了弱碱性化学溶液，热塑性丙烯酸树脂和环氧树脂在弱碱性化学溶液中进行乳化后，与硅酸乙酯发生交联化学反应，在醇基石墨烯涂料中形成了大量的高分子反应团，提高了醇基石墨烯涂料的悬浮性能。

根据本发明的实施方式，所述醇基石墨烯涂料中，羧甲基纤维素可以附着在糊精和淀粉磷酸钠表面并与之进行化学反应，在涂料溶液中形成大量承载体，改善了糊精与淀粉磷酸钠的化学活性，可提高醇基石墨烯涂料的涂挂性能。

根据本发明的实施方式，所述醇基石墨烯涂料中，碳化硅、云母粉、氧化铍作为醇基石墨烯涂料的耐火骨料，密度大比重高，可以提高醇基石墨烯涂料的耐火性能；硝酸钠与石墨烯作为醇基石墨烯涂料的主要作用成分，可以与糊精、淀粉磷酸钠和羧甲基纤维素反应后形成的承载体结合，提高了石墨烯在涂料溶液中的分散性，并可与硝酸钠发生化学反应，有效提高醇基石墨烯涂料的化学稳定性与抗粘砂性能。

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料包括如下质量分数的各组分：

羧甲基纤维素1.5%~2.5%，偏硅酸钠2.5%~3.5%，聚酰胺1.5%~2.0%，乙酰丙酮2%~4%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇1.5%~2.5%，环氧树脂2%~3%，丙二醇藻蛋白酸酯3%~4%，海藻胶2%~3%，聚乙烯吡咯烷酮2.5%~4.0%，氧化锆8%~10%，氧化铝12%~14%，高岭石粉10%~12%，氯化锰4%~6%，2-丙烯醛3%~5%，余量为乙醇。

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料中，偏硅酸钠添加至乙醇溶液后可以形成弱碱性溶液，有利于羧甲基纤维素的分散溶解。

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料中，乙酰丙酮与氰基丙烯酸酯-聚乙二醇乳化升温后会发生交联反应，进一步结合环氧树脂，一方面提高了醇基氯化物涂料的流动黏度，另一方面环氧树脂的加入也改善了醇基氯化物涂料的涂挂性能。

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料中，丙二醇藻蛋白酸酯升温后会与海藻胶与聚乙烯吡咯烷酮发生化学反应，提高了醇基氯化物涂料的化学活性，同时也改善了醇基氯化物涂料的化学稳定性，不会发生严重的沉降现象。

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料中，氧化锆、氧化铝与高岭石粉作为醇基氯化物涂料的耐火骨料，可以提高醇基氯化物涂料的耐火性能与抗粘砂性能，氯化锰作为醇基氯化物涂料的主要有效成分，丙二醇藻蛋白酸酯、海藻胶与聚乙烯吡咯烷酮三者反应生成的交联高分子团合物可以作为氯化锰的有效载体，使氯化锰均匀弥散分布于醇基氯化物涂料中。

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料中，2-丙烯醛的添加可有效抑制醇基氯化物涂料中细菌的繁殖生长，提高醇基氯化物涂料的使用寿命。

根据本发明的实施方式，所述醇基表层涂料中，所述氧化铝的粒径为0.20mm~0.50mm，所述氧化锆的粒径为0.15mm~0.30mm，所述蓝晶石粉的粒径为0.10mm~0.20mm。

根据本发明的实施方式，所述醇基石墨烯涂料中，所述碳化硅的粒径为0.20mm~0.35mm，所述云母粉的粒径为0.10mm~0.20mm，所述氧化铍的粒径为0.15mm~0.30mm。

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料中，所述氧化铝的粒径为0.20mm~0.40mm，所述氧化锆的粒径为0.10mm~0.20mm，所述高岭石的粒径为0.05mm~0.20mm。

根据本发明的实施方式，所述醇基表层涂料是通过如下方法制备得到的：

（1）将羧甲基纤维素、海藻硅钠添加至异丙醇中，在混合搅拌容器内剪切搅拌20min~40min，静置沉淀6h~8h；之后在混合溶液中添加聚酰胺，采用乳化机乳化35min~50min待用；

（2）在步骤（1）制备的混合溶液中添加氰基丙烯酸酯升温搅拌，升温温度为60℃~65℃，搅拌转速为250r/min~400r/min，搅拌时间为20min~35min；随后继续升温至80℃~100℃添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇，以150r/min~200r/min转速搅拌15min~25min，静置10min~15min；降温至35℃~45℃加入乙酰丙酮，采用分散机以200r/min~350r/min分散15min~30min待用；

（3）在步骤（2）制备的混合溶液中添加海藻胶在分散机上以350r/min~450r/min分散15min~20min，静置10min~15min后升温至50℃~60℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以400r/min~600r/min分散10min~15min后静置10min~20min，随后继续添加聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以500r/min~700r/min分散15min~25min后静置20min~40min待用；

（4）将步骤（3）制备的混合溶液放置于分散机上以800r/min~1000r/min分散30min~45min，随后升温至60℃~80℃依次添加氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉，添加后以900r/min~1200r/min转速搅拌40min~60min，随后静置15min~20min待用；

（5）将步骤（4）中制备的混合溶液放置于乳化机上以800r/min~1000r/min乳化25min~40min，升温至40℃~50℃加入乙醇以200r/min~400r/min分搅拌15min~25min，静置后即制得醇基表层涂料。

根据本发明的实施方式，步骤（4）中，氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉的比重高且密度大，如果添加过早则极易沉降于醇基表层涂料的底部，醇基表层涂料的耐火性能与抗粘砂性能随之大幅下降；在此时添加可有效悬浮于醇基表层涂料之中，提高醇基表层涂料的耐火性能与抗粘砂性能。

根据本发明的实施方式，步骤（5）中，经过乳化机乳化处理后的醇基表层涂料，其悬浮性能得到进一步的提升，可长期存放使用，不会产生明显的沉降。

根据本发明的实施方式，所述醇基石墨烯涂料是通过如下方法制备得到的：

（1’）在甲醇溶液中加入聚丙烯酸钠与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌15min~25min，搅拌速度为350r/min~500r/min，搅拌后静置沉淀2h~4h待用；

（2’）在步骤（1’）制备的混合溶液中添加热塑性丙烯酸树脂，升温至40℃~50℃以200r/min~400r/min搅拌速度搅拌20min~30min；随后添加环氧树脂采用乳化机以500r/min~650r/min乳化30min~45min，继续升温至50℃~65℃添加硅酸乙酯，以400r/min~600r/min转速搅拌30min~50min，静置20min~30min待用；

（3’）在步骤（2’）制备的混合溶液中添加糊精在分散机上250r/min~400r/min分散20min~40min，静置15min~25min后升温至65℃~80℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以500r/min~650r/min分散20min~35min后静置15min~30min，随后添加羧甲基纤维素，在分散机上以400r/min~600r/min分散20min~30min后静置30min~50min冷却至室温待用；

（4’）将步骤（3’）制备的混合溶液放置于分散机上以600r/min~800r/min分散25min~45min，随后升温至50℃~70℃依次添加碳化硅、云母粉、氧化铍与硝酸钠，添加后以800r/min~1000r/min转速搅拌30min~45min，随后静置20min~30min；然后将混合溶液置于超声搅拌器内，升温溶液至75℃~90℃后添加石墨烯，在20kHz~30kHz超声频率下以1000r/min~1200r/min搅拌速度持续搅拌30min~45min，随后静置35min~50min冷却至室温待用；

（5’）将步骤（4’）制备的混合溶液放置于乳化机上以600r/min~800r/min乳化30min~45min，升温至40℃~50℃加入1-丁酸以300r/min~500r/min分散搅拌30min~45min，静置后即可制得醇基石墨烯涂料。

根据本发明的实施方式，步骤（3’）中，糊精与淀粉磷酸钠经分散后得到有效破碎，颗粒粒径大幅降低，羧甲基纤维素添加后进行分散处理，碎化的羧甲基纤维素附着在糊精和淀粉磷酸钠表面，有利于化学反应的进行。

根据本发明的实施方式，步骤（4’）中，碳化硅、云母粉、氧化铍作为醇基石墨烯涂料的耐火骨料，密度大比重高，如果过早添加则极易沉降于醇基石墨烯涂料底部，醇基石墨烯涂料的耐火性能大幅降低；硝酸钠与石墨烯作为醇基石墨烯涂料的主要作用成分，添加过早时硝酸钠则与甲醇发生化学反应，有效含量随之减少，石墨烯为片层状结构极易团聚，添加过早则很难均匀分散于涂料溶液中。

根据本发明的实施方式，步骤（5’）中，经过乳化机乳化处理后的醇基石墨烯涂料，其悬浮性能得到进一步的提升，可长期存放使用，不会产生明显的沉降

根据本发明的实施方式，所述醇基氯化物涂料是通过如下方法制备得到的：

（1’’）在乙醇溶液中加入羧甲基纤维素与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌20min~30min，搅拌速度为400r/min~600r/min，搅拌后静置沉淀3h~5h；随后将溶液升温至35℃~45℃加入聚酰胺，以300r/min~500r/min速度搅拌15min~25min静置待用；

（2’’）在步骤（1’’）制备的混合溶液中添加乙酰丙酮，升温至45℃~60℃以200r/min~400r/min搅拌25min~35min，随后添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇采用乳化机以400r/min~600r/min乳化25min~40min，继续升温至65℃~75℃添加环氧树脂，以350r/min~500r/min转速搅拌20min~40min，静置30min~45min待用；

（3’’）在步骤（2’’）制备的混合溶液中添加丙二醇藻蛋白酸酯升温至70℃~80℃以300r/min~450r/min搅拌15min~30min，然后添加海藻胶与聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以450r/min~650r/min分散25min~40min后静置20min~35min冷却至室温待用；

（4’’）将步骤（3’’）制备的混合溶液放置于乳化机上以500r/min~700r/min乳化30min~50min，升温溶液温度至40℃~60℃依次添加氧化锆、氧化铝、高岭石粉与氯化锰，添加后以1000r/min~1200r/min转速搅拌25min~40min，随后静置30min~50min冷却至室温待用；

（5’’）将步骤（4’’）制备的混合溶液放置于乳化机上以400r/min~550r/min乳化35min~50min，升温至35℃~50℃加入2-丙烯醛以400r/min~600r/min分散搅拌25min~40min，静置后即可制得醇基氯化物涂料。

根据本发明的实施方式，步骤（4’’）中，氧化锆、氧化铝与高岭石粉作为醇基氯化物涂料的耐火骨料，添加过早易沉降在涂料底部，醇基氯化物涂料的耐火性能与抗粘砂性能大幅下降，氯化锰作为醇基氯化物涂料的主要有效成分，比重大密度高，添加过早易沉降在涂料底部失去其作用效果。

根据本发明的实施方式，步骤（5’’）中，经过乳化机乳化处理后的醇基氯化物涂料，其悬浮性能得到进一步的提升，可长期存放使用。

本发明还提供一种精密砂型铸造型芯，所述精密砂型铸造型芯包括砂型铸造型芯基体和涂覆在砂型铸造型芯基体表面的复合涂层；

所述复合涂层包括醇基表面涂层、醇基石墨烯涂层和醇基氯化物涂层；所述醇基表面涂层是通过醇基表层涂料制备得到的；所述醇基石墨烯涂层是通过醇基石墨烯涂料制备得到的；所述醇基氯化物涂层是通过醇基氯化物涂料制备的得到的。

根据本发明的实施方式，所述醇基表面涂层、醇基石墨烯涂层和醇基氯化物涂层依次相连地设置在砂型铸造型芯基体表面。示例性地，所述醇基表面涂层设置在砂型铸造型芯基体表面，所述醇基石墨烯涂层设置在醇基表面涂层表面，所述醇基氯化物涂层设置在醇基石墨烯涂层表面。

根据本发明的实施方式，醇基表面涂层的厚度为0.2mm~0.4mm，例如为0.2mm、0.22mm、0.25 mm、0.28 mm、0.30 mm、0.32 mm、0.35 mm、0.38 mm、0.40 mm。

根据本发明的实施方式，醇基石墨烯涂层的厚度为0.15mm~0.25mm，例如为0.15mm、0.18 mm、0.20 mm、0.22 mm、0.23 mm、0.24 mm、0.25 mm。

根据本发明的实施方式，醇基氯化物涂层的厚度为0.1mm~0.2mm，例如为0.1 mm、0.12 mm、0.15 mm、0.16 mm、0.18 mm、0.2 mm。

根据本发明的实施方式，所述醇基表面涂层、醇基石墨烯涂层和醇基氯化物涂层形成复合涂层涂覆在砂型铸造型芯基体表面，而且制备的醇基表层涂层更为均匀致密，表面更为细腻，铸件表面光洁度高，醇基石墨烯涂料可以在铸件/铸型界面反应生成了N₂与CO₂气氛，在降低熔体氢含量的同时也有效控制了铸件/铸型界面的化学反应；醇基氯化物涂料与高温熔融熔体将反应产生一定含量的AlCl₃，可有效减少铸件/铸型界面的H离子浓度，减少针孔与疏松缺陷。

具体地，如下式-1为醇基石墨烯涂料在铸件/铸型界面化学反应式，式-2为醇基氯化物涂料在铸件/铸型界面化学反应式。此外，式-2中醇基氯化物涂料与高温熔融铝熔体反应生成的Mn元素还可以有效降低Fe、S等杂质元素对铝合金铸件的危害。

本发明还提供上述精密砂型铸造型芯的制备方法，所述方法包括如下步骤：

在砂型铸造型芯基体表面依次涂覆形成醇基表面涂层的醇基表层涂料、形成醇基石墨烯涂层的醇基石墨烯涂料和形成醇基氯化物涂层的醇基氯化物涂料，制备得到所述精密砂型铸型。

根据本发明的实施方式，所述方法包括如下步骤：

（a）采用刷涂的方法在砂型铸造型芯基体表面涂覆形成醇基表面涂层的醇基表层涂料，制备得到醇基表面涂层；

（b）采用喷涂的方法在醇基表面涂层表面涂覆形成醇基石墨烯涂层的醇基石墨烯涂料，制备得到醇基石墨烯涂层；

（c）采用喷涂的方法在醇基石墨烯涂层表面涂覆形成醇基氯化物涂层的醇基氯化物涂料，制备得到醇基氯化物涂层。

根据本发明的实施方式，步骤（a）中，刷涂前应搅拌涂料4min~6min静置1min~2min再在砂型铸造型芯基体表面进行刷涂，每次刷涂厚度应≤0.1mm，多次刷涂后对醇基表层涂料进行点火灼烧，灼烧后醇基表面涂层的厚度为0.2mm~0.4mm。

根据本发明的实施方式，步骤（b）中，在醇基表层涂料干燥后在其上喷涂醇基石墨烯涂料，醇基石墨烯涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料3min~4min静置1min~1.5min再进行喷涂，喷涂时间为45s~60s，喷涂压力为2.2MPa~3.0MPa，喷枪距离为30mm~50mm，喷枪移动速度为15mm/s~30mm/s，干燥时间为6min~10min。

根据本发明的实施方式，步骤（c）中，在醇基石墨烯涂料干燥后再在其上喷涂醇基氯化物涂料，醇基氯化物涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料2min~3min静置1min~2min再进行喷涂，喷涂时间为30s~45s，喷涂压力为2.5MPa~3.5Mpa，喷枪距离为25mm~40mm，喷枪移动速度为20mm/s~40mm/s，干燥时间为4min~6min。

有益效果：

本发明提供了一种精密砂型铸造型芯用复合涂料及其制备方法，与传统的醇基涂料相比，本发明的复合涂料制备得到的涂层的厚度均匀、涂层结构致密，所述涂层可以有效降低Mg、Li等轻质元素的烧损量，减少铸件皮下针孔、气孔缺陷，生产周期短，对环境污染小，适用于精密砂型铸型型芯的涂刷，可实现军工装备与新能源汽车复杂结构精密铝合金铸件短周期低成本绿色铸造，经济效益明显。

附图说明

图1是实施例1的复合涂料涂刷后的精密砂型铸造型芯表面的结构示意图。

附图标记：1为砂型铸造型芯基体、2为醇基表层涂层、3为醇基石墨烯涂层、4为醇基氯化物涂层。

图2是实施例3的复合涂料涂刷后的精密砂型铸造型芯制备过渡段金属壳体铸件结构示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

在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：

一种精密砂型铸造型芯用复合涂料，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料，其中醇基表层涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素1%，海藻硅钠2%，聚酰胺3%，氰基丙烯酸酯2%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇3%，乙酰丙酮2%，海藻胶1.5%，淀粉磷酸钠1%，聚乙烯吡咯烷酮2%，氧化铝16%，氧化锆12%，蓝晶石粉10%，异丙醇6%，余量为乙醇；醇基石墨烯涂料包括如下质量分数的各组分：聚丙烯酸钠2%，偏硅酸钠2%，热塑性丙烯酸树脂3%，环氧树脂2%，硅酸乙酯4%，糊精2%，淀粉磷酸钠2%，羧甲基纤维素钠1%，碳化硅3%，云母粉14%，氧化铍4%，石墨烯1.5%，硝酸钠4%，1-丁酸8%，余量为甲醇；醇基氯化物涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素1.5%，偏硅酸钠2.5%，聚酰胺1.5%，乙酰丙酮2%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇1.5%，环氧树脂2%，丙二醇藻蛋白酸酯3%，海藻胶2%，聚乙烯吡咯烷酮2.5%，氧化锆8%，氧化铝12%，高岭石粉10%，氯化锰4%，2-丙烯醛3%，余量为乙醇。

所述醇基表层涂料的制备步骤如下：

1、将羧甲基纤维素、海藻硅钠添加至异丙醇中，在混合搅拌容器内剪切搅拌20min，静置沉淀6h；之后在混合溶液中添加聚酰胺，采用乳化机乳化35min待用。

2、在步骤1制备的混合溶液中添加氰基丙烯酸酯升温搅拌，升温温度为60℃，搅拌转速为250r/min，搅拌时间为20min；随后继续升温至80℃添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇，以150r/min转速搅拌15min，静置10min；降温至35℃加入乙酰丙酮，采用分散机以200r/min分散15min待用。

3、在步骤2制备的混合溶液中添加海藻胶在分散机上以350r/min分散15min，静置10min后升温至50℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以400r/min分散10min后静置10min，随后继续添加聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以500r/min分散15min后静置20min待用。

4、将步骤3制备的混合溶液放置于分散机上以800r/min分散30min，随后升温至60℃依次添加氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉，添加后以900r/min转速搅拌40min，随后静置15min待用；氧化铝粉粒径为0.20mm，氧化锆粉粒径为0.15mm，蓝晶石粉粒径为0.10mm。

5、将步骤4中制备的混合溶液放置于乳化机上以800r/min乳化25min，升温至40℃加入乙醇以200r/min分搅拌15min静置后即制得醇基表层涂料。

所述醇基石墨烯涂料的制备步骤如下：

6、在甲醇溶液中加入聚丙烯酸钠与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌15min，搅拌速度为350r/min，搅拌后静置沉淀2h待用。

7、在步骤6制备的混合溶液中添加热塑性丙烯酸树脂，升温至40℃以200r/min搅拌速度搅拌20min;随后添加环氧树脂采用乳化机以500r/min乳化30min，继续升温至50℃添加硅酸乙酯，以400r/min转速搅拌30min，静置20min待用。

8、在步骤7制备的混合溶液中添加糊精在分散机上250r/min分散20min，静置15min后升温至65℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以500r/min分散20min后静置15min，随后添加羧甲基纤维素，在分散机上以400r/min分散20min后静置30min冷却至室温待用。

9、将步骤8制备的混合溶液放置于分散机上以600r/min分散25min,随后升温至50℃依次添加碳化硅、云母粉、氧化铍与硝酸钠，添加后以800r/min转速搅拌30min，随后静置20min，碳化硅粒径为0.20mm，云母粉粒径为0.10mm，氧化铍粒径为0.15mm，硝酸钠为化学分析纯；然后将混合溶液置于超声搅拌器内，升温溶液至75℃后添加石墨烯，在20kHZ超声频率下以1000r/min搅拌速度持续搅拌30min，随后静置35min冷却至室温待用。

10、将步骤9制备的混合溶液放置于乳化机上以600r/min乳化30min，升温至40℃加入1-丁酸以300r/min分散搅拌30min静置后即可制得醇基石墨烯涂料。

所述醇基氯化物涂料的制备步骤如下：

11、在乙醇溶液中加入羧甲基纤维素与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌20min，搅拌速度为400r/min，搅拌后静置沉淀3h；随后将溶液升温至35℃加入聚酰胺，以300r/min速度搅拌15min静置待用。

12、在步骤11制备的混合溶液中添加乙酰丙酮，升温至45℃以200r/min搅拌25min，随后添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇采用乳化机以400r/min乳化25min，继续升温至65℃添加环氧树脂，以350r/min转速搅拌20min，静置30min待用。

13、在步骤12制备的混合溶液中添加丙二醇藻蛋白酸酯升温至70℃以300r/min搅拌15min，然后添加海藻胶与聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以450r/min分散25min后静置20min冷却至室温待用。

14、将步骤13制备的混合溶液放置于乳化机上以500r/min乳化30min，升温溶液温度至40℃依次添加氧化锆、氧化铝、高岭石粉与氯化锰，添加后以1000r/min转速搅拌25min，随后静置30min冷却至室温待用，氧化铝粒径为0.20mm，氧化锆粒径为0.10mm，高岭石粉粒径为0.05mm，氯化锰为化学分析纯。

15、将步骤14制备的混合溶液放置于乳化机上以400r/min乳化35min，升温至35℃加入2-丙烯醛以400r/min分散搅拌25min静置后即可制得醇基氯化物涂料。

所述醇基表层涂料的涂挂方式为刷涂，刷涂前应搅拌涂料4min静置1min再在砂型铸造型芯表面进行刷涂，每次刷涂厚度为0.05mm，多次刷涂后对醇基涂料进行点火灼烧，灼烧后醇基表层涂料厚度为0.2mm。

在醇基表层涂料干燥后在其上喷涂一层醇基石墨烯涂料，醇基石墨烯涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料3min静置1min进行喷涂，喷涂时间为45s，喷涂压力为2.2MPa，喷枪距离为30mm，喷枪移动速度为15mm/s，干燥时间为6min，醇基石墨烯涂料厚度为0.18mm。

在醇基石墨烯涂料干燥后在其上喷涂一层醇基氯化物涂料，醇基氯化物涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料2min静置1min进行喷涂，喷涂时间为30s，喷涂压力为2.5MPa，喷枪距离为25mm，喷枪移动速度为20mm/s，干燥时间为4min，醇基氯化物涂料厚度为0.12mm。

实施例2：

一种精密砂型铸造型芯用复合涂料，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料，其中醇基表层涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素1.5%，海藻硅钠3%，聚酰胺3.5%，氰基丙烯酸酯2.5%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇4%，乙酰丙酮2.5%，海藻胶2%，淀粉磷酸钠1.5%，聚乙烯吡咯烷酮2.5%，氧化铝17%，氧化锆13%，蓝晶石粉11%，异丙醇7%，余量为乙醇；醇基石墨烯涂料包括如下质量分数的各组分：聚丙烯酸钠2.5%，偏硅酸钠3%，热塑性丙烯酸树脂3.5%，环氧树脂3%，硅酸乙酯5%，糊精2.5%，淀粉磷酸钠3%，羧甲基纤维素钠1.5%，碳化硅4%，云母粉15%，氧化铍5%，石墨烯2%，硝酸钠5%，1-丁酸9%，余量为甲醇；醇基氯化物涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素2%，偏硅酸钠3%，聚酰胺1.7%，乙酰丙酮3%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇2%，环氧树脂2.5%，丙二醇藻蛋白酸酯3.5%，海藻胶2.5%，聚乙烯吡咯烷酮3.5%，氧化锆9%，氧化铝13%，高岭石粉11%，氯化锰5%，2-丙烯醛4%，余量为乙醇。

所述醇基表层涂料的制备步骤如下：

1、将羧甲基纤维素、海藻硅钠添加至异丙醇中，在混合搅拌容器内剪切搅拌30min，静置沉淀7h；之后在混合溶液中添加聚酰胺，采用乳化机乳化45min待用。

2、在步骤1制备的混合溶液中添加氰基丙烯酸酯升温搅拌，升温温度为63℃，搅拌转速为350r/min，搅拌时间为30min；随后继续升温至90℃添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇，以180r/min转速搅拌20min，静置12min；降温至40℃加入乙酰丙酮，采用分散机以300r/min分散25min待用。

3、在步骤2制备的混合溶液中添加海藻胶在分散机上以400r/min分散18min，静置13min后升温至55℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以500r/min分散13min后静置15min，随后继续添加聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以600r/min分散20min后静置30min待用。

4、将步骤3制备的混合溶液放置于分散机上以900r/min分散40min，随后升温至70℃依次添加氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉，添加后以1100r/min转速搅拌50min，随后静置18min待用；氧化铝粉粒径为0.35mm，氧化锆粉粒径为0.25mm，蓝晶石粉粒径为0.15mm。

5、将步骤4中制备的混合溶液放置于乳化机上以900r/min乳化35min，升温至45℃加入乙醇以300r/min分搅拌20min静置后即制得醇基表层涂料。

所述醇基石墨烯涂料的制备步骤如下：

6、在甲醇溶液中加入聚丙烯酸钠与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌20min，搅拌速度为450r/min，搅拌后静置沉淀3h待用。

7、在步骤6制备的混合溶液中添加热塑性丙烯酸树脂，升温至45℃以300r/min搅拌速度搅拌25min;随后添加环氧树脂采用乳化机以600r/min乳化40min，继续升温至60℃添加硅酸乙酯，以500r/min转速搅拌40min，静置25min待用。

8、在步骤7制备的混合溶液中添加糊精在分散机上350r/min分散30min，静置20min后升温至75℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以600r/min分散30min后静置25min，随后添加羧甲基纤维素，在分散机上以500r/min分散25minn后静置40min冷却至室温待用。

9、将步骤8制备的混合溶液放置于分散机上以700r/min分散35min,随后升温至60℃依次添加碳化硅、云母粉、氧化铍与硝酸钠，添加后以900r/min转速搅拌40min，随后静置25min，碳化硅粒径为0.3mm，云母粉粒径为0.15mm，氧化铍粒径为0.25mm，硝酸钠为化学分析纯；然后将混合溶液置于超声搅拌器内，升温溶液至85℃后添加石墨烯，在25kHZ超声频率下以1100r/min搅拌速度持续搅拌40min，随后静置45min冷却至室温待用。

10、将步骤9制备的混合溶液放置于乳化机上以700r/min乳化40min，升温至45℃加入1-丁酸以400r/min分散搅拌40min静置后即可制得醇基石墨烯涂料。

所述醇基氯化物涂料的制备步骤如下：

11、在乙醇溶液中加入羧甲基纤维素与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌25min，搅拌速度为500r/min，搅拌后静置沉淀4h；随后将溶液升温至40℃加入聚酰胺，以400r/min速度搅拌20min静置待用。

12、在步骤11制备的混合溶液中添加乙酰丙酮，升温至55℃以300r/min搅拌30min，随后添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇采用乳化机以500r/min乳化35min，继续升温至70℃添加环氧树脂，以450r/min转速搅拌30min，静置35min待用。

13、在步骤12制备的混合溶液中添加丙二醇藻蛋白酸酯升温至75℃以400r/min搅拌25min，然后添加海藻胶与聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以550r/min分散35min后静置30min冷却至室温待用。

14、将步骤13制备的混合溶液放置于乳化机上以600r/min乳化40min，升温溶液温度至50℃依次添加氧化锆、氧化铝、高岭石粉与氯化锰，添加后以1100r/min转速搅拌30min，随后静置40min冷却至室温待用，氧化铝粒径为0.3mm，氧化锆粒径为0.15mm，高岭石粉粒径为0.15mm，氯化锰为化学分析纯。

15、将步骤14制备的混合溶液放置于乳化机上以500r/min乳化45min，升温至45℃加入2-丙烯醛以500r/min分散搅拌35min静置后即可制得醇基氯化物涂料。

所述醇基表层涂料的涂挂方式为刷涂，刷涂前应搅拌涂料5min静置1.5min再在砂型铸造型芯表面进行刷涂，每次刷涂厚度为0.04mm，多次刷涂后对醇基涂料进行点火灼烧，灼烧后涂料厚度为0.3mm。

在醇基表层涂料干燥后在其上喷涂一层醇基石墨烯涂料，醇基石墨烯涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料3.5min静置1.2min进行喷涂，喷涂时间为55s，喷涂压力为2.5MPa，喷枪距离为40mm，喷枪移动速度为25mm/s，干燥时间为8min，醇基石墨烯涂料厚度为0.21mm。

在醇基石墨烯涂料干燥后在其上喷涂一层醇基氯化物涂料，醇基氯化物涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料2.5min静置1.5min进行喷涂，喷涂时间为40s，喷涂压力为3.0MPa，喷枪距离为35mm，喷枪移动速度为30mm/s，干燥时间为5min，醇基氯化物涂料厚度为0.14mm。表1所示为是实施例2制备的复合铸型涂料的工艺性能测试结果。

表1 实施例2的复合涂料的性能测试结果

工艺性能	醇基表层涂料	醇基石墨烯涂料	醇基氯化物涂料
				波美度/Be	72	75	78
密度/g.cm<sup>-3</sup>	1.55	1.43	1.32
				固体含量/%	84	76	72
悬浮性/%	90	92	94
				粘度/s	15	12	10

实施例3：

一种精密砂型铸造型芯用复合涂料，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料，其中醇基表层涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素2%，海藻硅钠4%，聚酰胺4%，氰基丙烯酸酯3%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇5%，乙酰丙酮3%，海藻胶2.5%，淀粉磷酸钠2%，聚乙烯吡咯烷酮3%，氧化铝18%，氧化锆14%，蓝晶石粉12%，异丙醇8%，余量为乙醇；醇基石墨烯涂料包括如下质量分数的各组分：聚丙烯酸钠3%，偏硅酸钠4%，热塑性丙烯酸树脂4%，环氧树脂4%，硅酸乙酯6%，糊精3%，淀粉磷酸钠4%，羧甲基纤维素钠2%，碳化硅5%，云母粉16%，氧化铍6%，石墨烯3.0%，硝酸钠6%，1-丁酸10%，余量为甲醇；醇基氯化物涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素2.5%，偏硅酸钠3.5%，聚酰胺2.0%，乙酰丙酮4%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇2.5%，环氧树脂3%，丙二醇藻蛋白酸酯4%，海藻胶3%，聚乙烯吡咯烷酮4.0%，氧化锆10%，氧化铝14%， 高岭石粉12%，氯化锰6%，2-丙烯醛5%，余量为乙醇。

所述醇基表层涂料的制备步骤如下：

1、将羧甲基纤维素、海藻硅钠添加至异丙醇中，在混合搅拌容器内剪切搅拌40min，静置沉淀8h；之后在混合溶液中添加聚酰胺，采用乳化机乳化50min待用。

2、在步骤1制备的混合溶液中添加氰基丙烯酸酯升温搅拌，升温温度为65℃，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为35min；随后继续升温至100℃添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇，以200r/min转速搅拌25min，静置15min；降温至45℃加入乙酰丙酮，采用分散机以350r/min分散30min待用。

3、在步骤2制备的混合溶液中添加海藻胶在分散机上以450r/min分散20min，静置15min后升温至60℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以600r/min分散15min后静置20min，随后继续添加聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以700r/min分散25min后静置40min待用。

4、将步骤3制备的混合溶液放置于分散机上以1000r/min分散45min，随后升温至80℃依次添加氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉，添加后以1200r/min转速搅拌60min，随后静置20min待用；氧化铝粉粒径为0.50mm，氧化锆粉粒径为0.30mm，蓝晶石粉粒径为0.20mm。

5、将步骤4中制备的混合溶液放置于乳化机上以1000r/min乳化40min，升温至50℃加入乙醇以400r/min分搅拌25min静置后即制得醇基表层涂料。

所述醇基石墨烯涂料的制备步骤如下：

6、在甲醇溶液中加入聚丙烯酸钠与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌25min，搅拌速度为500r/min，搅拌后静置沉淀4h待用。

7、在步骤6制备的混合溶液中添加热塑性丙烯酸树脂，升温至50℃以400r/min搅拌速度搅拌30min;随后添加环氧树脂采用乳化机以650r/min乳化45min，继续升温至65℃添加硅酸乙酯，以600r/min转速搅拌50min，静置30min待用。

8、在步骤7制备的混合溶液中添加糊精在分散机上400r/min分散40min，静置25min后升温至80℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以650r/min分散35min后静置30min，随后添加羧甲基纤维素，在分散机上以600r/min分散30min后静置50min冷却至室温待用。

9、将步骤8制备的混合溶液放置于分散机上以800r/min分散45min,随后升温至70℃依次添加碳化硅、云母粉、氧化铍与硝酸钠，添加后以1000r/min转速搅拌45min，随后静置30min，碳化硅粒径为0.35mm，云母粉粒径为0.20mm，氧化铍粒径为0.30mm，硝酸钠为化学分析纯；然后将混合溶液置于超声搅拌器内，升温溶液至90℃后添加石墨烯，在30kHZ超声频率下以1200r/min搅拌速度持续搅拌45min，随后静置50min冷却至室温待用。

10、将步骤9制备的混合溶液放置于乳化机上以800r/min乳化45min，升温至50℃加入1-丁酸以500r/min分散搅拌45min静置后即可制得醇基石墨烯涂料。

所述醇基氯化物涂料的制备步骤如下：

11、在乙醇溶液中加入羧甲基纤维素与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌30min，搅拌速度为600r/min，搅拌后静置沉淀5h；随后将溶液升温至45℃加入聚酰胺，以500r/min速度搅拌25min静置待用。

12、在步骤11制备的混合溶液中添加乙酰丙酮，升温至60℃以400r/min搅拌35min，随后添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇采用乳化机以600r/min乳化40min，继续升温至75℃添加环氧树脂，以500r/min转速搅拌40min，静置45min待用。

13、在步骤12制备的混合溶液中添加丙二醇藻蛋白酸酯升温至80℃以450r/min搅拌30min，然后添加海藻胶与聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以650r/min分散40min后静置35min冷却至室温待用。

14、将步骤13制备的混合溶液放置于乳化机上以700r/min乳化50min，升温溶液温度至60℃依次添加氧化锆、氧化铝、高岭石粉与氯化锰，添加后以1200r/min转速搅拌40min，随后静置50min冷却至室温待用，氧化铝粒径为0.40mm，氧化锆粒径为0.20mm，高岭石粉粒径为0.20mm，氯化锰为化学分析纯。

15、将步骤14制备的混合溶液放置于乳化机上以550r/min乳化50min，升温至50℃加入2-丙烯醛以600r/min分散搅拌40min静置后即可制得醇基氯化物涂料。

所述醇基表层涂料的涂挂方式为刷涂，刷涂前应搅拌涂料6min静置2min再在砂型铸造型芯表面进行刷涂，每次刷涂厚度为0.08mm，多次刷涂后对醇基涂料进行点火灼烧，灼烧后涂料厚度为0.4mm。

在醇基表层涂料干燥后在其上喷涂一层醇基石墨烯涂料，醇基石墨烯涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料4min静置1.5min进行喷涂，喷涂时间为60s，喷涂压力为3.0Mpa，喷枪距离为50mm，喷枪移动速度为30mm/s，干燥时间为10min，醇基石墨烯涂料厚度为0.22mm。

在醇基石墨烯涂料干燥后在其上喷涂一层醇基氯化物涂料，醇基氯化物涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料3min静置2min进行喷涂，喷涂时间为45s，喷涂压力为3.5MPa，喷枪距离为40mm，喷枪移动速度为40mm/s，干燥时间为6min，醇基氯化物涂料厚度为0.16mm。

对比例1

其他操作同实施例1，区别仅在于省去醇基表层涂料的涂覆过程，即在砂型铸造型芯表面直接喷涂醇基石墨烯涂料，待其干燥后喷涂醇基氯化物涂料。

对比例2

其他操作同实施例1，区别仅在于省去醇基石墨烯涂料的涂覆过程，即在砂型铸造型芯表面刷涂醇基表层涂料，待其干燥后喷涂醇基氯化物涂料。

对比例3

其他操作同实施例1，区别仅在于省去醇基氯化物涂料的涂覆过程，即在砂型铸造型芯表面刷涂醇基表层涂料，待其干燥后喷涂醇基石墨烯涂料。

对比例4

砂型铸造型芯表面不涂覆任何铸型涂料。

测试例1

取710℃的ZL114A铝合金熔体，依次浇铸到上述实施例1-3和对比例1-4制备的精密砂型铸造型芯内部，将浇铸得到的铝合金铸件进行T6热处理，并对所浇铸的铝合金铸件按GB/T 228-2010 《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》进行室温力学性能测试，铸件和铸型的性能测试结果见表2和表3。

表2 实施例和对比例的复合铸型和铸件的性能测试结果

实施工艺

铸件表皮针孔

铸件表皮反应型气孔

铸件表皮疏松

涂刷后铸型高温溃散强度

铸件/铸型界面氢气含量

Mg元素烧损量

Li元素烧损量

实施例1

无

无

无

1.82MPa

0.08ppm

2.48%

4.12%

实施例2

无

无

无

1.80MPa

0.07ppm

2.42%

4.18%

实施例3

无

无

无

1.78MPa

0.06ppm

2.34%

4.26%

对比例1

无

有

有

0.84MPa

0.22ppm

6.44%

8.96%

对比例2

有

有

无

0.72MPa

0.18ppm

6.24%

8.38%

对比例3

有

有

无

0.48MPa

0.26ppm

6.36%

8.84%

对比例4

有

有

有

0.26MPa

0.38ppm

8.64%

10.62%

表3 实施例和对比例的复合铸型和铸件的性能测试结果

实施工艺

铸件状态

铸件抗拉强度/MPa

铸件屈服强度/MPa

铸件延伸率/%

铸件表面光洁度

机械粘砂

化学粘砂

实施例1

T6

352

308

8.9

▽5

无

无

实施例2

T6

354

312

9.2

▽5

无

无

实施例3

T6

350

314

9.4

▽5

无

无

对比例1

T6

342

296

7.8

▽2

有

有

对比例2

T6

340

288

8.0

▽2

无

有

对比例3

T6

343

290

7.9

▽1

有

有

对比例4

T6

318

262

5.4

▽1

有

有

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种精密砂型铸造型芯用复合涂料，其特征在于，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料；所述醇基石墨烯涂料包括硝酸钠和石墨烯；所述醇基氯化物涂料包括氯化锰。

2.根据权利要求1所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基表层涂料包括羧甲基纤维素、海藻硅钠、聚酰胺、氰基丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯-聚乙二醇、乙酰丙酮、海藻胶、淀粉磷酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、氧化铝、氧化锆、蓝晶石粉、异丙醇，余量为乙醇；

和/或，所述醇基石墨烯涂料包括聚丙烯酸钠、偏硅酸钠、热塑性丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酸乙酯、糊精、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠、碳化硅、云母粉、氧化铍、石墨烯、硝酸钠、1-丁酸，余量为甲醇；

和/或，所述醇基氯化物涂料包括羧甲基纤维素、偏硅酸钠、聚酰胺、乙酰丙酮、氰基丙烯酸酯-聚乙二醇、环氧树脂、丙二醇藻蛋白酸酯、海藻胶、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锆、氧化铝、高岭石粉、氯化锰、2-丙烯醛，余量为乙醇。

3.根据权利要求2所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基表层涂料包括如下质量分数的各组分：

羧甲基纤维素1%~2%，海藻硅钠2%~4%，聚酰胺3%~4%，氰基丙烯酸酯2%~3%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇3%~5%，乙酰丙酮2%~3%，海藻胶1.5%~2.5%，淀粉磷酸钠1%~2%，聚乙烯吡咯烷酮2%~3%，氧化铝16%~18%，氧化锆12%~14%，蓝晶石粉10%~12%，异丙醇6%~8%，余量为乙醇；

和/或，所述醇基石墨烯涂料包括如下质量分数的各组分：

聚丙烯酸钠2%~3%，偏硅酸钠2%~4%，热塑性丙烯酸树脂3%~4%，环氧树脂2%~4%，硅酸乙酯4%~6%，糊精2%~3%，淀粉磷酸钠2%~4%，羧甲基纤维素钠1%~2%，碳化硅3%~5%，云母粉14%~16%，氧化铍4%~6%，石墨烯1.5%~3.0%，硝酸钠4%~6%，1-丁酸8%~10%，余量为甲醇；

和/或，所述醇基氯化物涂料包括如下质量分数的各组分：

羧甲基纤维素1.5%~2.5%，偏硅酸钠2.5%~3.5%，聚酰胺1.5%~2.0%，乙酰丙酮2%~4%，氰基丙烯酸酯-聚乙二醇1.5%~2.5%，环氧树脂2%~3%，丙二醇藻蛋白酸酯3%~4%，海藻胶2%~3%，聚乙烯吡咯烷酮2.5%~4.0%，氧化锆8%~10%，氧化铝12%~14%，高岭石粉10%~12%，氯化锰4%~6%，2-丙烯醛3%~5%，余量为乙醇。

4.根据权利要求1-3任一项所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基表层涂料是通过如下方法制备得到的：

（1）将羧甲基纤维素、海藻硅钠添加至异丙醇中，在混合搅拌容器内剪切搅拌20min~40min，静置沉淀6h~8h；之后在混合溶液中添加聚酰胺，采用乳化机乳化35min~50min待用；

（2）在步骤（1）制备的混合溶液中添加氰基丙烯酸酯升温搅拌，升温温度为60℃~65℃，搅拌转速为250r/min~400r/min，搅拌时间为20min~35min；随后继续升温至80℃~100℃添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇，以150r/min~200r/min转速搅拌15min~25min，静置10min~15min；降温至35℃~45℃加入乙酰丙酮，采用分散机以200r/min~350r/min分散15min~30min待用；

（3）在步骤（2）制备的混合溶液中添加海藻胶在分散机上以350r/min~450r/min分散15min~20min，静置10min~15min后升温至50℃~60℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以400r/min~600r/min分散10min~15min后静置10min~20min，随后继续添加聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以500r/min~700r/min分散15min~25min后静置20min~40min待用；

（4）将步骤（3）制备的混合溶液放置于分散机上以800r/min~1000r/min分散30min~45min，随后升温至60℃~80℃依次添加氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉，添加后以900r/min~1200r/min转速搅拌40min~60min，随后静置15min~20min待用；

（5）将步骤（4）中制备的混合溶液放置于乳化机上以800r/min~1000r/min乳化25min~40min，升温至40℃~50℃加入乙醇以200r/min~400r/min分搅拌15min~25min，静置后即制得醇基表层涂料。

5.根据权利要求1-3任一项所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基石墨烯涂料是通过如下方法制备得到的：

（1’）在甲醇溶液中加入聚丙烯酸钠与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌15min~25min，搅拌速度为350r/min~500r/min，搅拌后静置沉淀2h~4h待用；

（2’）在步骤（1’）制备的混合溶液中添加热塑性丙烯酸树脂，升温至40℃~50℃以200r/min~400r/min搅拌速度搅拌20min~30min；随后添加环氧树脂采用乳化机以500r/min~650r/min乳化30min~45min，继续升温至50℃~65℃添加硅酸乙酯，以400r/min~600r/min转速搅拌30min~50min，静置20min~30min待用；

（3’）在步骤（2’）制备的混合溶液中添加糊精在分散机上250r/min~400r/min分散20min~40min，静置15min~25min后升温至65℃~80℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以500r/min~650r/min分散20min~35min后静置15min~30min，随后添加羧甲基纤维素，在分散机上以400r/min~600r/min分散20min~30min后静置30min~50min冷却至室温待用；

（4’）将步骤（3’）制备的混合溶液放置于分散机上以600r/min~800r/min分散25min~45min，随后升温至50℃~70℃依次添加碳化硅、云母粉、氧化铍与硝酸钠，添加后以800r/min~1000r/min转速搅拌30min~45min，随后静置20min~30min；然后将混合溶液置于超声搅拌器内，升温溶液至75℃~90℃后添加石墨烯，在20kHz~30kHz超声频率下以1000r/min~1200r/min搅拌速度持续搅拌30min~45min，随后静置35min~50min冷却至室温待用；

（5’）将步骤（4’）制备的混合溶液放置于乳化机上以600r/min~800r/min乳化30min~45min，升温至40℃~50℃加入1-丁酸以300r/min~500r/min分散搅拌30min~45min，静置后即可制得醇基石墨烯涂料。

6.根据权利要求1-3任一项所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基氯化物涂料是通过如下方法制备得到的：

（1’’）在乙醇溶液中加入羧甲基纤维素与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌20min~30min，搅拌速度为400r/min~600r/min，搅拌后静置沉淀3h~5h；随后将溶液升温至35℃~45℃加入聚酰胺，以300r/min~500r/min速度搅拌15min~25min静置待用；

（2’’）在步骤（1’’）制备的混合溶液中添加乙酰丙酮，升温至45℃~60℃以200r/min~400r/min搅拌25min~35min，随后添加氰基丙烯酸酯-聚乙二醇采用乳化机以400r/min~600r/min乳化25min~40min，继续升温至65℃~75℃添加环氧树脂，以350r/min~500r/min转速搅拌20min~40min，静置30min~45min待用；

（3’’）在步骤（2’’）制备的混合溶液中添加丙二醇藻蛋白酸酯升温至70℃~80℃以300r/min~450r/min搅拌15min~30min，然后添加海藻胶与聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以450r/min~650r/min分散25min~40min后静置20min~35min冷却至室温待用；

（4’’）将步骤（3’’）制备的混合溶液放置于乳化机上以500r/min~700r/min乳化30min~50min，升温溶液温度至40℃~60℃依次添加氧化锆、氧化铝、高岭石粉与氯化锰，添加后以1000r/min~1200r/min转速搅拌25min~40min，随后静置30min~50min冷却至室温待用；

（5’’）将步骤（4’’）制备的混合溶液放置于乳化机上以400r/min~550r/min乳化35min~50min，升温至35℃~50℃加入2-丙烯醛以400r/min~600r/min分散搅拌25min~40min，静置后即可制得醇基氯化物涂料。

7.一种精密砂型铸造型芯，其特征在于，所述精密砂型铸造型芯包括砂型铸造型芯基体和涂覆在砂型铸造型芯基体表面的复合涂层；

所述复合涂层包括醇基表面涂层、醇基石墨烯涂层和醇基氯化物涂层；所述醇基表面涂层是通过醇基表层涂料制备得到的；所述醇基石墨烯涂层是通过醇基石墨烯涂料制备得到的；所述醇基氯化物涂层是通过醇基氯化物涂料制备的得到的。

8.权利要求7所述的精密砂型铸造型芯的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

在砂型铸造型芯基体表面依次涂覆形成醇基表面涂层的醇基表层涂料、形成醇基石墨烯涂层的醇基石墨烯涂料和形成醇基氯化物涂层的醇基氯化物涂料，制备得到所述精密砂型铸型。

9.根据权利要求8所述的精密砂型铸造型芯的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（a）采用刷涂的方法在砂型铸造型芯基体表面涂覆形成醇基表面涂层的醇基表层涂料，制备得到醇基表面涂层；

（b）采用喷涂的方法在醇基表面涂层表面涂覆形成醇基石墨烯涂层的醇基石墨烯涂料，制备得到醇基石墨烯涂层；

（c）采用喷涂的方法在醇基石墨烯涂层表面涂覆形成醇基氯化物涂层的醇基氯化物涂料，制备得到醇基氯化物涂层。

10.根据权利要求9所述的精密砂型铸造型芯的制备方法，其特征在于，步骤（a）中，刷涂前应搅拌涂料4min~6min静置1min~2min再在砂型铸造型芯基体表面进行刷涂，每次刷涂厚度应≤0.1mm，多次刷涂后对醇基表层涂料进行点火灼烧，灼烧后醇基表面涂层的厚度为0.2mm~0.4mm；

和/或，步骤（b）中，在醇基表层涂料干燥后在其上喷涂醇基石墨烯涂料，醇基石墨烯涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料3min~4min静置1min~1.5min再进行喷涂，喷涂时间为45s~60s，喷涂压力为2.2MPa~3.0MPa，喷枪距离为30mm~50mm，喷枪移动速度为15mm/s~30mm/s，干燥时间为6min~10min；

和/或，步骤（c）中，在醇基石墨烯涂料干燥后再在其上喷涂醇基氯化物涂料，醇基氯化物涂料的涂挂方式为喷涂，喷涂前应搅拌涂料2min~3min静置1min~2min再进行喷涂，喷涂时间为30s~45s，喷涂压力为2.5MPa~3.5Mpa，喷枪距离为25mm~40mm，喷枪移动速度为20mm/s~40mm/s，干燥时间为4min~6min。

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