CN116393345A - 一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，属于疏蜡涂层材料制备技术领域。技术方案是包括如下步骤：对模具流道板表面进行喷丸强化处理、时效处理；将模具流道板进行超声清洗和烘干，放入盐酸和草酸的混合溶液进行刻蚀，搅拌均匀之后进行去离子水清洗并烘干；将模具流道板放入沸腾的蒸馏水进行处理，完成后放入密闭容器之后进行充入氮气烘干；配制全氟聚醚硅氧烷溶液，将模具流道板放入溶液中浸泡之后取出静置，用去离子水清洗并烘干；在模具流道板表面进行特氟龙喷涂处理，处理之后进行烘烤，形成模具流道板表面疏蜡涂层。本发明制备方法制备的流动性实验模具流道板表面具有硬度高、疏蜡、光滑度好、耐腐蚀性能好的优点。
Description
技术领域
本发明属于疏蜡涂层材料制备技术领域，具体涉及一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法。
背景技术
材料的流动性实验是学校课程的必修实验之一，教学目的是让学生了解铸造合金流动性的测试方法以及影响因素。随着铸造工业技术的发展，对高等学校实验实践教学提出了新的要求，需要面向熔模铸造开展低熔点材料的流动性测量教学实验。流动性实验模具流道板采用6061铝合金制成，而铝合金表面比较粗糙，当蜡料流动时，会产生相应的阻力，对流动性影响因素的测定会产生影响，因此实验时需要涂抹润滑液。然而，涂抹剂量与手法掌握不当对实验结果有影响。并且在清理蜡料时，所用清料铲会在6061铝合金表面产生划痕。
专利CN113215634B公开了一种提高铝合金耐腐蚀及抗疲劳性能的方法，通过建立喷丸强度参数与阳极氧化前处理参数对材料疲劳及腐蚀性能的匹配关系，提高了铝合金疲劳寿命及耐腐蚀性能，能够抵抗一般的盐雾腐蚀，但无法解决本发明所述的蜡料腐蚀铝合金板表面问题。
专利CN215321156U公开了一种耐腐蚀性能高的铝型材，通过全氟聚醚涂层和聚四氟乙烯涂层制成防腐涂层，虽然可以解决表面防腐问题，但在防腐涂层与铝型材本体之间还制备了保温层、耐磨层、耐腐蚀层、防水层、保护层、防火层、第一耐磨涂层、第二耐磨涂层等多个涂层，制备工艺复杂且降低了铝型材表面的硬度，无法满足本发明所述提高铝合金板表面硬度的需求。
发明内容
针对现有的流动性实验模具流道板表面耐磨性、防腐蚀性能不佳，本发明提出了一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法。
为达到以上目的，本发明采取以下技术方案：一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，所述流动性实验模具流道板材质为6061铝合金，包括以下步骤：S1、对模具流道板表面进行喷丸强化处理、时效处理；S2、将S1所得的模具流道板进行超声清洗和烘干，放入盐酸和草酸的混合溶液进行刻蚀，搅拌均匀之后进行去离子水清洗并烘干；S3、将S2所得的模具流道板放入沸腾的蒸馏水进行处理，完成后放入密闭容器之后进行充入氮气烘干；
S4、配制全氟聚醚硅氧烷溶液，将S3所得的模具流道板放入溶液中浸泡之后取出静置，用去离子水清洗并烘干；S5、在S4所得的模具流道板表面进行特氟龙喷涂处理，处理之后进行烘烤，形成模具流道板表面疏蜡涂层。
进一步地，所述S1中喷丸强化处理：钢粒直径为150～250μm，喷射角为65°±5°，喷嘴与模具流道板之间的距离范围为250～350mm，喷丸时间25～35min。
进一步地，所述S2中盐酸的浓度为4～5mol/L，草酸的浓度为1～2mol/L，且盐酸与草酸的体积比1:1。
进一步地，所述S2中搅拌时间为30～50s。
进一步地，所述S4中用全氟环醚稀释的全氟聚醚硅氧烷溶液，其中全氟聚醚硅氧烷的质量分数为15％～25％。
进一步地，所述S4中浸泡的时间为30～50min，静置处理为室温下放置5min。
进一步地，所述特氟龙喷涂处理厚度为0.02～0.03mm，烘烤的温度为110℃～130℃。
进一步地，在S2、S3和S4中，烘干条件为：烘箱温度为110～130℃，时间为10～20min。
一种采用上述的表面疏蜡涂层制备方法得到的流动性实验模具流道板。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明制备方法制备的流动性实验模具流道板表面具有硬度高、疏蜡、光滑度好、耐腐蚀性能好的优点。本发明对流动性实验模具流道板进行喷丸强化，提升硬度的同时，使6061铝合金表面具有凹坑，再进行全氟聚醚硅氧烷溶液浸泡处理和特氟龙涂层处理，使得全氟聚醚硅氧烷溶液和特氟龙涂层与模具流道板铝合金表面的结合由平面间的结合变为空间间的结合，凹坑与凸点的组合可以提高涂层的表面附着力，使得二者结合更加紧密。
(2)通过化学刻蚀、沸水和全氟聚醚硅氧烷溶液浸泡处理，使铝合金表面获得超疏水，但是无法抵抗实验过程中铲除蜡料的刮擦，容易留下划痕，进而破坏超疏水表面，进一步加剧实验模具流道板表面腐蚀。本发明通过在超疏水处理之前进行喷丸强化处理，超疏水处理之后进行特氟龙涂层处理，使铝合金表面具有硬度高、疏蜡、光滑性好的优点，也进一步提高了铝合金表面的耐磨性，能够抵抗实验材料蜡料的长期腐蚀。
附图说明
图1为本发明制备方法流程图；
图2为流动性模具图；
图3为6061铝合金模具流道板铝合金表面腐蚀图；
图4为喷丸强化后的实验模具流道板铝合金表面结构示意图；
图5为基于喷丸强化后铝合金表面制备涂层微结构示意图；
图6为流道板铝合金表层与涂层结合剖面示意图；
图7为流道板铝合金表层与涂层爆炸示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图进一步说明。
本发明提出一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，制备方法流程图如图1所示，如图2所示是本发明流动性实验模具，其流道板材质为6061铝合金，制备方法包括如下步骤：S1、对模具流道板表面进行喷丸强化处理、时效处理；S2、将S1所得的模具流道板进行超声清洗和烘干，放入盐酸和草酸的混合溶液进行刻蚀，搅拌均匀之后进行去离子水清洗并烘干；S3、将S2所得的模具流道板放入沸腾的蒸馏水进行处理，完成后放入密闭容器之后进行充入氮气烘干；S4、配制全氟聚醚硅氧烷溶液，将S3所得的模具流道板放入溶液中浸泡之后取出静置，用去离子水清洗并烘干；S5、在S4所得的模具流道板表面进行特氟龙喷涂处理，处理之后进行烘烤，形成模具表面疏蜡涂层。
S1中喷丸强化处理是将高速的硬质的颗粒打击金属工件表面，可以强化6061铝合金流动性实验模具流道板表面，提高硬度；时效处理是经时效至基本稳定的状态，去除强化模具流道板表面的应力。
S3中沸水处理完后，采用一种干燥的氮气发生器正压源驱动真空发生器同时提供正、负压气源，只用提供一个220V/10A的电源插口。
S4中全氟聚醚硅氧烷的制备方法：称取20g的全氟聚醚酰氟于100ml的三口烧瓶中；量取30ml的无水甲醇于恒压滴液漏斗中；在反应开始前装上球形冷凝管、磁力搅拌器和滴液漏斗；在常温下边搅拌边缓慢滴加无水甲醇，2h内滴加完毕；升温至40℃反应4h，待反应结束后加入大量的蒸馏水洗涤，直至上层为中性；加入二氯甲烷和全氟环醚分液、过滤以及减压蒸馏，得到无色透明的全氟聚醚甲酯；将15g的全氟聚醚甲酯加入装有球形冷凝管和磁力搅拌器的三口烧瓶中；加入10g的KH550，充氮气保护，在常温下反应3h后，升温至50℃反应12h；待反应结束后向体系中加入无水乙醇和氟溶剂，分液、过滤以及减压蒸馏即可得到淡黄色透明的全氟聚醚氨基硅氧烷。
实施例1
一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，流动性实验模具流道板材质为6061铝合金，包括以下步骤：
S1、对模具流道板表面进行喷丸强化处理、时效处理，喷丸强化处理：钢粒直径为150μm，喷射角为65°，喷嘴与模具流道板之间的距离范围为300mm，喷丸时间30min；
S2、将S1所得的模具流道板进行超声清洗和烘干，放入盐酸和草酸的混合溶液进行刻蚀，搅拌均匀之后进行去离子水清洗并烘干，盐酸的浓度为4mol/L，草酸的浓度为1mol/L，且盐酸与草酸的体积比1:1，搅拌时间为30s；
S3、将S2所得的模具流道板放入沸腾的蒸馏水进行处理，完成后放入密闭容器之后进行充入氮气烘干；
S4、配制全氟聚醚硅氧烷溶液，将S3所得的模具流道板放入溶液中浸泡之后取出静置，用去离子水清洗并烘干，用全氟环醚稀释的全氟聚醚硅氧烷溶液，其中全氟聚醚硅氧烷的质量分数为20％，浸泡的时间为30min，静置处理为室温下放置5min；
S5、在S4所得的模具流道板表面进行特氟龙喷涂处理，处理之后进行烘烤，形成模具流道板表面疏蜡涂层，特氟龙喷涂处理厚度为0.02～0.03mm，烘烤的温度为120℃。
在S2、S3、S4中的烘干条件为：烘箱温度为120℃，时间为15min。
经上述表面疏蜡涂层制备方法得到的流动性实验模具流道板。
实施例2
一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，流动性实验模具流道板材质为6061铝合金，包括以下步骤：
S1、对模具流道板表面进行喷丸强化处理、时效处理，喷丸强化处理：钢粒直径为200μm，喷射角为70°，喷嘴与模具流道板之间的距离范围为350mm，喷丸时间25min；
S2、将S1所得的模具流道板进行超声清洗和烘干，放入盐酸和草酸的混合溶液进行刻蚀，搅拌均匀之后进行去离子水清洗并烘干，盐酸的浓度为4mol/L，草酸的浓度为2mol/L，且盐酸与草酸的体积比1:1，搅拌时间为40s；
S3、将S2所得的模具流道板放入沸腾的蒸馏水进行处理，完成后放入密闭容器之后进行充入氮气烘干；
S4、配制全氟聚醚硅氧烷溶液，将S3所得的模具流道板放入溶液中浸泡之后取出静置，用去离子水清洗并烘干，用全氟环醚稀释的全氟聚醚硅氧烷溶液，其中全氟聚醚硅氧烷的质量分数为15％，浸泡的时间为40min，静置处理为室温下放置5min；
S5、在S4所得的模具流道板表面进行特氟龙喷涂处理，处理之后进行烘烤，形成模具流道板表面疏蜡涂层，特氟龙喷涂处理厚度为0.02～0.03mm，烘烤的温度为110℃。
S2、S3、S4中的烘干处理：烘箱温度为110℃，时间为20min。
经上述表面疏蜡涂层制备方法得到的流动性实验模具流道板。
实施例3
一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，流动性实验模具流道板材质为6061铝合金，包括以下步骤：
S1、对模具流道板表面进行喷丸强化处理、时效处理，喷丸强化处理：钢粒直径为250μm，喷射角为60°，喷嘴与模具流道板之间的距离范围为250mm，喷丸时间35min；
S2、将S1所得的模具流道板进行超声清洗和烘干，放入盐酸和草酸的混合溶液进行刻蚀，搅拌均匀之后进行去离子水清洗并烘干，盐酸的浓度为5mol/L，草酸的浓度为1mol/L，且盐酸与草酸的体积比1:1，搅拌时间为50s；
S3、将S2所得的模具流道板放入沸腾的蒸馏水进行处理，完成后放入密闭容器之后进行充入氮气烘干；
S4、配制全氟聚醚硅氧烷溶液，将S3所得的模具流道板放入溶液中浸泡之后取出静置，用去离子水清洗并烘干，用全氟环醚稀释的全氟聚醚硅氧烷溶液，其中全氟聚醚硅氧烷的质量分数为25％，浸泡的时间为50min，静置处理为室温下放置5min；
S5、在S4所得的模具流道板表面进行特氟龙喷涂处理，处理之后进行烘烤，形成模具流道板表面疏蜡涂层，特氟龙喷涂处理厚度为0.02～0.03mm，烘烤的温度为130℃。
在S2、S3、S4中的烘干处理：烘箱温度为130℃，时间为10min。
经上述表面疏蜡涂层制备方法得到的流动性实验模具流道板。
对比例1
区别于实施例1，未做任何处理。
对比例2
区别于实施例1，仅对流动性实验模具流道板表面处理方法采用S1。
对比例3
区别于实施例1，仅对流动性实验模具流道板表面处理方法采用S2～S4。
对比例4
区别于实施例1，仅对流动性实验模具流道板表面处理方法采用S5。
对比例5
区别于实施例1，仅对流动性实验模具流道板表面处理方法采用S2～S5。
对实施例1～3及对比例1～5所得流动性实验模具流道板进行油接触角和硬度测试，具体测试方法为：油接触角测试方法是使用DSA100接触角测量仪测试涂层的疏油性，以食用油为疏油的探针液体，滴液经微注射器排出，滴量为4μL/滴，每个试样取5次平均值；硬度测试方法是以1.961～49.03N的负荷，将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面，保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。结果如表1所示。
实施例1～3说明本发明制备方法可以提升流动性实验模具流道板表面油接触角和表面硬度。从图3可以看出对比例1未做任何表面处理，模具流道板表面腐蚀严重。
对比例2得到6061铝合金流动性实验模具流道板表面具有凹坑，经过喷丸强化处理虽然提高了铝合金实验模具流道板表面的硬度，从95.0HV提高到118.8HV，但模具流道板表面的残留的凹坑导致光滑度差，油接触角明显变小，从32.6°降低为19.9°，无法实现疏油作用，进而无法实现疏蜡作用，达不到实验要求；对比例3得到的实验模具流道板，具有超疏水表面，但无法抵抗实验材料蜡料的长期腐蚀，同时基底硬度97.6HV大小一般，无法抵抗实验过程中铲除蜡料的刮擦，容易留下划痕，进而破坏超疏水涂层，进一步加剧实验模具流道板表面腐蚀；对比例4得到的实验模具流道板，具有疏油功能，疏蜡效果也相对较好，但是基底硬度97.3HV不够硬，无法克服实验过程中铲除蜡料的刮擦和留下划痕的问题，一旦产生划痕，破坏疏油涂层后会导致实验模具流道板表面腐蚀；对比例5得到的实验模具流道板，疏蜡涂层光滑度良好，但是基底硬度101.5HV仍然不够硬，无法克服实验过程中铲除蜡料的刮擦和留下划痕的问题，一旦产生划痕，破坏疏油涂层后会导致实验模具流道板表面腐蚀。
本发明将两者相结合，不仅拥有了疏蜡，硬度高，光滑的涂层，还使得涂层与铝合金表面结合得更加紧密，拥有疏蜡和耐磨的双重功效。经过喷丸强化后，6061铝合金流动性实验模具流道板表面具有凹坑，图4是喷丸强化后的实验模具流道板铝合金表面结构示意图，图5是基于喷丸强化后铝合金表面制备涂层微结构示意图，经过本发明S1处理后，再进行S2～S5，使得全氟聚醚硅氧烷溶液和特氟龙涂层与模具流道板铝合金表面的结合由平面间的结合变为空间间的结合，如图6和图7所示，凹坑与凸点的组合可以提高涂层的表面附着力，使得二者结合更加紧密，在疏蜡功能的基础上，进一步提高了涂层的耐磨性。
表1实施例1～3及对比例1～5实验模具流道板表面的油接触角和表面硬度结果
| 项目 | 油接触角(°) | 表面硬度(HV) |
| 实施例1 | 158.9 | 122.5 |
| 实施例2 | 151.6 | 120.3 |
| 实施例3 | 155.3 | 121.9 |
| 对比例1 | 32.6 | 95.0 |
| 对比例2 | 19.9 | 118.8 |
| 对比例3 | 144.4 | 97.6 |
| 对比例4 | 104.1 | 97.3 |
| 对比例5 | 149.1 | 101.5 |
Claims (10)
1.一种流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对模具流道板表面进行喷丸强化处理、时效处理；
S2、将S1所得的模具流道板进行超声清洗和烘干，放入盐酸和草酸的混合溶液进行刻蚀，搅拌均匀之后进行去离子水清洗并烘干；
S3、将S2所得的模具流道板放入沸腾的蒸馏水进行处理，完成后放入密闭容器之后进行充入氮气烘干；
S4、配制全氟聚醚硅氧烷溶液，将S3所得的模具流道板放入溶液中浸泡之后取出静置，用去离子水清洗并烘干；
S5、在S4所得的模具流道板表面进行特氟龙喷涂处理，处理之后进行烘烤，形成模具流道板表面疏蜡涂层。
2.根据权利要求1所述的流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，所述流动性实验模具流道板材质为6061铝合金。
3.根据权利要求1所述的流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，所述S1中喷丸强化处理：钢粒直径为150～250μm，喷射角为65°±5°，喷嘴与模具流道板之间的距离范围为250～350mm，喷丸时间25～35min。
4.根据权利要求1所述的流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，所述S2中盐酸的浓度为4～5mol/L，草酸的浓度为1～2mol/L，且盐酸与草酸的体积比1:1。
5.根据权利要求1所述的流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，所述S2中搅拌时间为30～50s。
6.根据权利要求1所述的流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，所述S4中用全氟环醚稀释的全氟聚醚硅氧烷溶液，其中全氟聚醚硅氧烷的质量分数为15％～25％。
7.根据权利要求1所述的流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，所述S4中浸泡的时间为30～50min，静置处理为室温下放置5min。
8.根据权利要求1所述的流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，所述特氟龙喷涂处理厚度为0.02～0.03mm，烘烤温度为110℃～130℃。
9.根据权利要求1所述的流动性实验模具流道板表面疏蜡涂层制备方法，其特征在于，在S2、S3和S4中，烘干的条件为：烘箱温度为110～130℃，时间为10～20min。
10.一种采用权利要求1～9任一项所述的表面疏蜡涂层制备方法得到的流动性实验模具流道板。
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