CN1480272A - 铝合金薄壁件金属型铸造用焓变涂料及其涂敷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金薄壁件金属型铸造用焓变涂料及其涂敷方法。焓变涂料主要由三氧化二铁与镁粉组成，其焓变放热是通过金属浇注过程中加热涂料使三氧化二铁与镁粉发生反应放热而产生。该焓变涂料的涂敷方法为：第一层先涂敷一层氧化锌涂料，其成分比例(wt％)为：氧化锌∶水玻璃∶水＝14∶4∶82；第二层再涂敷一层FeCl₃水溶液，其中含纯FeCl₃15～20％，含粘结剂量为4～8％；最后再涂敷一层氧化锌镁粉涂料，其成分比例(wt％)为：氧化锌∶镁粉∶水玻璃∶水＝10∶6∶4∶80。该方法通过分层涂敷，可使铝合金浇注过程金属液充型能力显著提高；铸件的冷却速度提高；还可以减小铸件的二次枝晶间距；并不影响铸件的化学成分。

Description

铝合金薄壁件金属型铸造用焓变涂料及其涂敷方法

技术领域

本发明涉及一种铸造用焓变涂料及其涂敷方法，特别是铝合金薄壁件金属型铸造用焓变涂料及其涂敷方法。

背景技术

薄壁铸件在金属型铸造中由于冷却速度过快，使铸件中因为出现冷隔、浇不足等缺陷而报废，因此如何提高薄壁件金属型铸造方法的充型能力一直是铸造研究工作者急于解决的问题。涂料作为铸造过程中非常重要的辅助材料，其性能往往决定了铸件完成后的质量和性能。

文献《铸造》，1988，(3)：1-4朱纯熙等的“铸造涂料的表面调节作用”介绍了焓变涂料的提出和其所要达到的目的。焓变涂料一般用来改善铸件中各部位的冷却顺序及冷却速度。为了调节铸件的凝固速度，单纯依靠耐火基料的蓄热和传热作用是不够的，需要向涂料内或涂料表面添加发热剂或冷却剂，发热剂一般为活泼金属粉末与氧化剂的混合物，冷却剂多为能吸热挥发、吸热分解、以及释出较多气体的物质。文中对焓变涂料在金属液凝固过程所起的作用进行了表述，但焓变涂料在铸造过程中对铸件金属液的充型能力没有提及。

机械工业出版社、肖柯则的《铸型涂料》，1985：73-76。介绍了薄壁铸件金属型铸造技术中应用的两类涂料：绝热涂料和石墨涂料。绝热涂料一般采用绝热性较好的耐火填料，如硅藻土、云母和蛭石等，这些涂料涂挂和清理方便，但耐热性差、发气量较大、铸件冷却速度慢，从而造成铸件组织粗大，使铸件力学性能下降。石墨涂料以其能加快金属液充型速度而应用于薄壁铸件金属型铸造过程中，但由于石墨涂料导热能力强，色黑而吸收辐射能力强，使铸型升温快而加重铸件中各类缺陷的形成。

文献《铸造技术》，2000，(5)：28-32宋会宗等的“铸造涂料技术的发展趋势”介绍了金属型涂料主要的涂敷方式：刷涂、喷涂和浸涂。另一方面，一些新的涂敷方法如流涂、静电粉末喷涂、非占位涂料(转移涂料)法及粉末环绕喷涂法等也相继出现。文献未涉及多层焓变涂料的分层涂敷方法以及如何解决焓变涂料中某些有害成分对铸件的影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种铸造用焓变涂料及其涂敷方法，将三氧化二铁与镁粉应用于铝合金薄壁件的铸造过程中，利用两者的放热反应，提高铝合金薄壁铸件浇铸过程中金属液的充型能力。使铸件能圆满完成充型，又不降低金属型的冷却能力。浇铸过程结束后涂料不再放热，不影响铸件的冷却凝固。

一种铝合金薄壁件金属型铸造用焓变涂料，其特征在于：含有三氧化二铁、镁粉，三氧化二铁是利用三氯化铁的水解反应生成的。

一种如权利要求1所述的铝合金薄壁件金属型铸造用焓变涂料的涂敷方法，其特征在于：第一层先涂敷一层氧化锌涂料，其成分比例(wt％)为：

氧化锌∶水玻璃∶水＝14∶4∶82；

第二层再涂敷一层FeCl₃水溶液，其中含纯FeCl₃15～20％，含粘结剂量为4～8％；

最后再涂敷一层氧化锌镁粉涂料，其成分比例(wt％)为：

氧化锌∶镁粉∶水玻璃∶水＝10∶6∶4∶80；

本发明相比现有技术的优点在于，应用三氧化二铁与镁粉的放热反应，使铝合金浇注过程金属液充型能力显著提高，与氧化锌涂料相比，金属液充型能力的提高量达到39.2％；铸件的冷却速度提高；以铸件的二次枝晶间距减小；应用分层涂敷方法，可以消除三氧化二铁和镁粉反应对铸型造成的影响，还可以消除三氧化二铁对金属液的污染。

附图说明

图1是测试不同涂料对金属液充型能力差别的实验装置示意图

图2是铝合金A357薄壁铸件冷却速度曲线比较图

图中，1-定位孔，2-锁紧装置，3-型腔，4-直浇道，5-氧化锌涂料冷却速度曲线，6-三氧化二铁镁粉涂料冷却速度曲线

具体实施方式

针对铝合金A357薄壁件金属型铸造过程中出现的冷隔、浇不足等缺陷，通过金属液浇注过程中对涂料的加热使涂层中发生放热反应，来提高金属液的充型能力。设计出利用三氧化二铁与镁粉反应放热的焓变涂料。三氧化二铁是利用三氯化铁的水解反应后生成的。

设计了适用于三氧化二铁与镁粉放热反应的焓变涂料分层涂敷方法。

1)第一层先涂敷较稀的氧化锌涂料，以隔开Fe₂O₃层与铸型，防止由于Fe₂O₃引入而给铸型带来的损伤，同时也隔开了由于Fe₂O₃层与Mg粉反应对铸型所带来的破坏。第一层氧化锌涂料的成分比例(wt％)如下：

氧化锌∶水玻璃∶水＝14∶4∶82

2)第二层涂敷wt-18％的FeCl₃水溶液，含粘结剂量为4％；

3)第三层为含镁粉的氧化锌涂料，用以隔开Fe₂O₃层与金属液的接触，同时能使三氧化二铁与镁粉发生放热反应，放出热量，提高金属液的充型能力。第三层含镁粉的氧化锌涂料成分比例(wt％)如下：

氧化锌∶镁粉∶水玻璃∶水＝10∶6∶4∶80

由化学方程式

通过计算最终可以得出，在涂料涂敷时第二层涂料和第三层涂料的质量比例为FeCl₃水溶液∶镁粉涂料＝1∶1时能达到最佳的放热效果。

以下是三氧化二铁与镁粉涂料，提高铝合金浇注过程金属液充型能力、提高铝合金铸件的冷却速度、减小铝合金铸件的二次枝晶间距以及应用分层涂敷方法，消除三氧化二铁和镁粉反应对铸型造成的影响，消除三氧化二铁对金属液的污染的实验数据。

表1三氧化二铁镁粉涂料对铸件充型能力的影响

实验号	氧化锌涂料充型高度/cm	三氧化二铁镁粉涂料充型高度/cm	N	N*
					1	18.5	25.5	37.8％	39.2％
2	17.0	24.0	41.2％
				3	15.5	21.5	38.7％

N-焓变涂料提高充型高度的百分数

N^*-N的平均值

表1给出了在常用浇注温度720℃时，三氧化二铁镁粉涂料与氧化锌涂料金属液充型高度的对比。涂敷三氧化二铁镁粉涂料金属液的充型能力有较显著提高，提高量的平均值达到39.2％。

氧化锌涂料成分比例(wt％)为：

氧化锌∶水玻璃∶水＝28∶4∶68

从图2中可以看出，三氧化二铁镁粉涂料冷却速度曲线的斜率的绝对值明显要大于氧化锌涂料。可见，三氧化二铁镁粉涂料能加快铸件的冷却速度。

表2三氧化二铁镁粉涂料对铸件化学成分的ICP分析结果

所含成分		Mg	Si	Fe	Al
						含量(％)	氧化锌涂料	0.45	6.48	0.099	余量
三氧化二铁镁粉涂料	0.48	6.57	0.11	余量

对比ICP分析结果可以看出，三氧化二铁镁粉涂料对铸件化学成分影响较小，特别是对铝合金铸件中铁元素的含量影响更小，其含量低于铝合金铸件对铁元素含量的最高限度。因此，该涂料能应用于铝合金铸件的铸造过程。

表3三氧化二铁镁粉涂料对铸件二次枝晶间距的影响

试样号	浇注温度/℃	氧化锌涂料一侧铸件的二次枝晶间距/μm	三氧化二铁镁粉涂料一侧铸件的二次枝晶间距/μm
				1	680	15.8	12.6
2	720	16.5	14.4
				3	760	17.1	15.9

注：二次枝晶间距的测量值为8处以上测量值的平均值

从表3可以看出，三氧化二铁镁粉涂料能减小铝合金铸件的二次枝晶间距。

图1还给出了在相同条件下，例如，相同的金属模具，相同的传热条件，涂敷三氧化二铁镁粉涂料和氧化锌涂料后，金属液的充型高度的差别就可以得出不同涂料对金属液充型能力的差别。

Claims (2)

1、一种铝合金薄壁件金属型铸造用焓变涂料，其特征在于：含有三氧化二铁、镁粉，三氧化二铁是利用三氯化铁的水解反应生成的。

2、一种如权利要求1所述的铝合金薄壁件金属型铸造用焓变涂料的涂敷方法，其特征在于：第一层先涂敷一层氧化锌涂料，其成分比例(wt％)为：

氧化锌∶水玻璃∶水＝14∶4∶82；

第二层再涂敷一层FeCl₃水溶液，其中含纯FeCl₃15～20％，含粘结剂量为4～8％；

最后再涂敷一层氧化锌镁粉涂料，其成分比例(wt％)为：

氧化锌∶镁粉∶水玻璃∶水＝10∶6∶4∶80；

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