CN114907038B - 一种球铁件树脂砂型用保温涂料及制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种球铁件树脂砂型用保温涂料，包括耐火骨料组合物100重量份、粘结剂1～5重量份、悬浮剂2～6重量份、溶剂30～70重量份，助剂2～10重量份。所述耐火骨料组合物包括重量百分数为25～42％的空心漂珠，重量百分数为40～72％的石英粉，重量百分数为0～35％的其他耐火骨料。采用本发明的球铁件树脂砂型用保温涂料，可生产铸态铁素体球墨铸铁，铸态集体中渗碳体减少到3％以下，避免产生白口和反白口等铸造缺陷，降低铸件塑性和韧性，硬度增高而无法进行机械加工。铁素体含量可由50％提高到90％，能够极大提高铸件的塑性和韧性。其抗拉强度(Rm)约350～400MPa。
Description
技术领域
本发明属于球铁件树脂砂型铸造技术领域，具体涉及一种球铁件树脂砂型用保温涂料及其制备方法与应用。
背景技术
铸造涂料一般由耐火材料、载液、粘结剂、悬浮剂和其它助剂组成。广泛应用于铸造生产中各种铸型和型芯。具有防止铸件粘砂、降低铸件表面粗糙度、提高砂型使用寿命、改善铸件表面材质等作用。
球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。
目前铸造球铁件用涂料通常以石墨粉为主要耐火骨料，由于其导热快，所以使用这种涂料生产出的铸件硬度高、韧性差、难于加工，尤其是铸造球墨铸铁薄壁件，所形成的铸件组织一般为珠光体，并由大量渗碳体产生，要想获得高韧性，必须进行热处理退火，无疑提高了铸件成本。
中国专利文献CN 110465622 A(201910904985.3)公开了一种风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，包括位于两个独立单元的砂芯涂料和砂型涂料：所述涂料由载液20-50重量份、粘结剂2-5重量份、悬浮剂4-7重量份和耐火骨料50-70重量份组成；其中砂芯涂料的耐火骨料由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比10-13:9-12:1-4:3-8:0.5-2组成；砂型涂料的耐火骨料由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比3-7:0.5-3:3-7:1-2组成。该专利的涂料具有很好的防硫、吸硫效果，能够有效防止球墨铸铁中球化衰退的问题。但是该涂料仍然存在保温性能较差的问题，尤其是将其应用于树脂砂时，涂层保温性能差，导致金属液流动速度慢无法完全充型，形成欠铸，同时金属液流动速度过慢，导致金属液严重氧化，形成氧化夹渣，导致铸件抗拉、抗压、韧性等力学性能变差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的在铸造条件下，涂层保温效果较差，在浇注球铁薄壁件时容易造成铸件浇不足、硬度高、韧性差等缺陷的问题，本发明提供一种球铁件树脂砂型用保温涂料及其制备方法与应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种球铁件树脂砂型用保温涂料的耐火骨料组合物，包括重量百分数为25～42％的空心漂珠，重量百分数为40～72％的石英粉，重量百分数为0～35％的其他耐火骨料。
优选的，所述空心漂珠与石英粉的重量比为0.4～0.7:1。
优选的，所述空心漂珠的比重为0.5-0.7kg/cm3。
优选的，所述其他耐火骨料包括硅藻土、高铝矾土、鳞片石墨粉中的一种或几种。所述耐火骨料目数为100～400目，在此范围内进行粒度的粗细搭配，能够使涂层的致密性好，涂层表面更光滑。进一步优选的，所述空心漂珠的粒径为100-150μm。
进一步优选的，所述硅藻土于800～1000℃煅烧5～10小时，煅烧后硅藻土的烧减量≤0.8％；经过煅烧去除硅藻土的结构水和有机物质。
一种球铁件树脂砂型用保温涂料，其特征在于，包括上述耐火骨料组合物100重量份、粘结剂1～5重量份、悬浮剂2～6重量份、溶剂30～70重量份，助剂2～10重量份。
优选的，所述粘结剂为2～4重量份、悬浮剂为2～5重量份、溶剂为50～65重量份。
本发明提供的球铁件树脂砂型用保温涂料中耐火骨料组合物、粘结剂、悬浮剂和溶剂是构成涂料的主要材料，具有很好的保温效果，可应用于铸造球铁薄壁铸件(尤其是铸件壁厚小于20mm)，更优选的适用于呋喃树脂砂。
优选的，所述粘结剂为热塑性酚醛树脂，用以提高涂料的常温强度。进一步优选的，所述热塑性酚醛树脂为质量百分数为30～50％的树脂液，此范围内的浓度，涂料强度更稳定。
优选的，所述悬浮剂为硅酸镁铝，用以防止涂料沉降。
为了解决铸件粘砂问题，本发明进一步优选的助剂为氧化铁红。氧化铁红与空心漂珠、石英粉等组分协同作用，能够促进涂层在高温下形成一层熔融态的烧结层，从而阻止铸件粘砂现象的发生。
优选的，所述溶剂为甲醇、乙醇的一种或两种。
为了得到上述涂料，本发明还提供上述球铁件树脂砂型用保温涂料的制备方法，先将溶剂、助剂、悬浮剂匀速搅拌30～60分钟混匀，再加入粘结剂匀速搅拌30～60分钟，最后加入耐火骨料组合物匀速搅拌40～60分钟，即可制得所述涂料。
优选的，所述匀速搅拌速度为1500～2500转/分钟，为了保证涂料在能够充分搅拌的前提下避免卷入过多的气泡。
本发明还提供上述涂料在球铁件树脂砂型铸造中的应用。优选的，本发明提供上述涂料在薄壁球铁件树脂砂型铸造中的应用。进一步优选的，本发明提供上述涂料在铸造铸件壁厚小于20mm的球铁件树脂砂型铸造中的应用。
优选的，上述涂料在球铁件铸造中的应用方法为：用甲醇将涂料稀释至波美度25～30°Bé：均匀的涂刷在树脂砂型表面，点燃干燥；重复上述操作2～3遍，可得所需涂层。
本发明还提供上述涂料在呋喃树脂砂涂层中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的球铁件树脂砂型用保温涂料引入了空心漂珠作为耐火骨料，空心漂珠和石英粉共同作为耐火骨料，使涂料的保温性得到改善和提高，涂层导热系数小于0.45W/(m·K)。同时确定了石英粉和空心漂珠的质量比，使涂料能够保持较高的耐火度，能够更好地控制合金液的冷却速度，使得金属液的充型性能提高，补缩好，有助于铸件的浇铸成型，进而形成优异的铸件表面，提高了铸件的表面质量。
(2)本发明进一步采用氧化铁红作为助剂，氧化铁红与空心漂珠、石英粉组分协同作用，使涂料的保温性得到改善和提高，还能够促进涂层在高温下形成一层熔融态的烧结层，从而阻止铸件粘砂现象的发生，铸件表面粗糙度可达R6.3。
(3)采用本发明的球铁件树脂砂型用保温涂料，可生产铸态铁素体球墨铸铁，铸态集体中渗碳体减少到3％以下，避免产生白口和反白口等铸造缺陷，降低铸件塑性和韧性，硬度增高而无法进行机械加工。经孕育处理，其铁素体含量可由50％提高到90％，能够极大提高铸件的塑性和韧性。其抗拉强度(Rm)约300～350MPa，伸长率(δ)10-18％，其金相组织中铁素体的含量为90％，球化级别为1-2级。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明所用原料除非特别说明，均为本领域常用普通市售产品。
实施例1
一种球铁件树脂砂型用保温涂料及其制备方法，取以下重量份的原材料：
耐火骨料为：目数为325目的石英粉：50份；目数为150目的空心漂珠：35份；目数为200目的石墨粉：15份；
悬浮剂为硅酸镁铝：4份；
粘结剂为热塑性酚醛树脂：2份；
助剂为氧化铁红：6份；
溶剂为甲醇：60份。
本实施例使用的粘结剂为质量浓度为30％的热塑性酚醛树脂液，所述2重量份为树脂液中的固体重量。
按上述重量份先将甲醇、助剂、悬浮剂匀速搅拌30分钟，再加入粘结剂匀速搅拌60分钟，最后加入耐火骨料匀速搅拌40分钟，搅拌速度为2000转/分钟，即可制得涂料S1。
实施例2
一种球铁件树脂砂型用保温涂料及其制备方法，取以下重量份的原材料：
耐火骨料为：目数为200目的石英粉：50份；目数为150目的空心漂珠：25份；目数为200目的石墨粉：15份；目数为200目高铝矾土：10份；
悬浮剂为硅酸镁铝：5份；
粘结剂为热塑性酚醛树脂：2.5份；
助剂为氧化铁红：8份；
溶剂为甲醇：50份。
本实施例使用的粘结剂为质量浓度为40％的热塑性酚醛树脂液，所述2.5重量份为树脂液中的固体重量。
按上述重量份先加入甲醇、助剂、悬浮剂匀速搅拌60分钟，再加入粘结剂匀速搅拌30分钟，后加入耐火骨料匀速搅拌60分钟，匀速搅拌速度为2000转/分钟，即可制得涂料S2。
实施例3
一种球铁件树脂砂型用保温涂料及其制备方法，取以下重量份的原材料：
耐火骨料为：目数为325目的石英粉：45份；目数为150目的空心漂珠：30份；目数为120目的石墨粉：15份；目数为200目的硅藻土；10份；
悬浮剂为硅酸镁铝：3份；
粘结剂为热塑性酚醛树脂：2份；
助剂为氧化铁红：5份；
溶剂为乙醇：60。
本实施例使用的粘结剂为质量浓度为50％的热塑性酚醛树脂液，所述2重量份为树脂液中的固体重量。
按上述重量份先加入乙醇、助剂、悬浮剂匀速搅拌45分钟，再加入粘结剂匀速搅拌45分钟，后加入耐火骨料匀速搅拌50分钟，搅拌速度为2000转/分钟，即可制得涂料S3。
实施例4
一种球铁件树脂砂型用保温涂料及其制备方法，取以下重量份的原材料：
耐火骨料为：目数为325目的石英粉：60份；目数为100目的空心漂珠：25份；目数为120目的石墨粉：15份；
悬浮剂为硅酸镁铝：4份；
粘结剂为热塑性酚醛树脂：3份；
助剂为氧化铁红：6份；
溶剂为甲醇：60份。
本实施例使用的粘结剂为质量浓度为40％的热塑性酚醛树脂液，所述3重量份为树脂液中的固体重量。
按上述重量份先加入甲醇、助剂、悬浮剂匀速搅拌40分钟，再加入粘结剂匀速搅拌50分钟，后加入耐火骨料匀速搅拌50分钟，匀速搅拌速度为2000转/分钟，即可制得涂料S4。
实施例5
一种球铁件树脂砂型用保温涂料及其制备方法，取以下重量份的原材料：
耐火骨料为：目数为325目的石英粉：40份；目数为150目的空心漂珠：25份；目数为200目的石墨粉：15份；目数为200目的硅藻土：10份；目数为200目的高铝矾土：10份；
悬浮剂为硅酸镁铝：5份；
粘结剂为热塑性酚醛树脂：4份
助剂为氧化铁红：2份
溶剂为乙醇：60份。
本实施例使用的粘结剂为质量浓度为30％的热塑性酚醛树脂液，所述4重量份为树脂液中的固体重量。
按上述重量份先加入乙醇、助剂、悬浮剂匀速搅拌50分钟，再加入粘结剂匀速搅拌40分钟，后加入耐火骨料匀速搅拌50分钟，速度为2000转/分钟，即可制得涂料S5。
实施例6
一种球铁件树脂砂型用保温涂料及其制备方法，取以下重量份的原材料：耐火骨料为：目数为325目的石英粉：60份；目数为150目的空心漂珠：40份；
悬浮剂为硅酸镁铝：2份；
粘结剂为热塑性酚醛树脂：3份；
助剂为氧化铁红：10份；
溶剂为甲醇：65份。
本实施例使用的粘结剂为质量浓度为40％的热塑性酚醛树脂液，所述3重量份为树脂液中的固体重量。
按上述重量份先加入甲醇、助剂、悬浮剂匀速搅拌45分钟，再加入粘结剂匀速搅拌50分钟，后加入耐火骨料匀速搅拌30分钟，搅拌速度为2000转/分钟，即可制得涂料S6。
对比例1
一种球铁件树脂砂型用涂料及其制备方法，
除了石英粉：空心漂珠：石墨粉的重量比为70：10：20外(耐火骨料总重量份为100份)，其余条件均与实施例1相同。
对比例2
一种球铁件树脂砂型用涂料及其制备方法，
除了石英粉：空心漂珠：石墨粉的比例为70：15：15外(耐火骨料总重量份为100份)，其余条件均与实施例1相同。
对比例3
一种球铁件树脂砂型用涂料及其制备方法，
除了石英粉：空心漂珠：石墨粉的比例为0：85：15外(耐火骨料总重量份为100份)，其余条件均与实施例1相同。
对比例4
一种球铁件树脂砂型用涂料及其制备方法，
除了石英粉：空心漂珠：石墨粉的比例为0：90：10外(耐火骨料总重量份为100份)，其余条件均与实施例1相同。
对比例5
一种球铁件树脂砂型用涂料及其制备方法，
石英粉：空心漂珠：石墨粉的比例为85：0：15(耐火骨料总重量份为100份)，其余条件均与实施例1相同。
对比例6
一种球铁件树脂砂型用涂料及其制备方法，
不添加助剂氧化铁红，其余条件均与实施例1相同。
对比例7
一种球铁件树脂砂型用涂料及其制备方法，
氧化铁红的重量份为15份，其他条件均同实施例1。
对比例8
一种球铁件树脂砂型用涂料及其制备方法，
氧化铁红的重量为1份，其他条件均同实施例1。
对实施例1～6以及对比例1～8所得涂料的涂层导热系数和用其所生产的呋喃树脂砂型铸造球墨铸铁薄壁件的抗拉强度、延伸率进行测试。
涂层导热系数的测试方法为：瞬态平面热源法,参照标准ISO 22007-2-2008-瞬态平面热源法测定材料的导热系数-国际标准。
铸件抗拉强度的测试方法为：拉力试验机检测法，参照标准GB/T1348-2009。
铸件表面粗糙度的测试方法为：铸造表面粗糙度样块比对法，参照标准GB/T15056-2017。
结果如表1所示：
表1
由对比例1、2、5可以看出，不含空心漂珠或空心漂珠含量过低，涂料都无法起到很好的保温作用，且还会影响铸件表面质量。由对比例3～4可以看出，当耐火骨料中不含石英粉时，所得涂料也不能起到很好的保温效果，且铸件抗拉强度，铸件表面质量相对于实施例1～5也有明显的降低。对比例6～8所得涂料烧结性能差，无法起到防粘砂效果，影响铸件表面质量。说明本发明添加的氧化铁红能够起到防止粘砂作用，尤其含量在本发明所述配方范围内时，防止粘砂作用显著，另外氧化铁红的存在也会对保温性能起到一定程度的提高。
本发明的球铁件树脂砂型用保温涂料引入空心漂珠作为核心保温绝热骨料，在石英粉、空心漂珠、氧化铁红三者的协同促进作用下，既能保证涂层具有较好的保温性(即涂层导热系数小)，使金属液能够更好的充型，防止欠铸、白口等缺陷产生；同时能够促进涂层在高温下形成一层熔融态的烧结层，从而阻止铸件粘砂现象的发生，提高铸件表面质量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (4)
1.球铁件树脂砂型用保温涂料在铸造铸件壁厚小于20mm的球铁件树脂砂型铸造中的应用，其特征在于，用甲醇将涂料稀释至波美度25~30°Bé，均匀的涂刷在树脂砂型表面，点燃干燥；重复上述操作2~3遍，可得所需涂层；涂层导热系数小于0.45W/(m·K)；
所述保温涂料为：耐火骨料组合物100重量份、粘结剂1~5重量份、悬浮剂2~6重量份、溶剂30~70重量份，助剂2~10重量份，所述助剂为氧化铁红；所述粘结剂为热塑性酚醛树脂；
所述悬浮剂为硅酸镁铝；所述溶剂为甲醇和/或乙醇；
所述耐火骨料组合物为：重量百分数为25~42%的空心漂珠，重量百分数为40~72%的石英粉，重量百分数为0~35%的其他耐火骨料；所述其他耐火骨料为硅藻土、高铝矾土、鳞片石墨粉中的一种或几种；
所述空心漂珠与石英粉的重量比为0.4~0.7:1；所述耐火骨料目数为100~400目；
铸件表面粗糙度达Ra6.3。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述空心漂珠的比重为0.5-0.7 kg/cm3。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述粘结剂为2~4重量份、悬浮剂为2~5重量份、溶剂为50~65重量份。
4.根据权利要求1~3任一项所述的应用，其特征在于，保温涂料的制备方法为：
先将溶剂、助剂、悬浮剂匀速搅拌30~60分钟混匀，再加入粘结剂匀速搅拌30~60分钟，最后加入耐火骨料组合物匀速搅拌40~60分钟，即可制得所述涂料。
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