CN1895814A - 高效熔模铸造复合涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种采用水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯之间的相互混合为主要原料和其它助剂制成的复合涂料；属金属铸造领域；一种高效熔模复合涂料，包括按以下重量份的主配方20％～28％、耐火粉料70％～76％；辅助配方1％～5％；其中所述的主配方为水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯的两种或两种以上的组合；本发明所制的高效熔模铸造复合涂料具有性能稳定，采用硬化剂化学硬化强度建立快，润湿性好；型壳高温强度好，高温抗变形能力强，热震稳定性高；表面粗糙度小，表面光滑，尺寸精度高；生产周期短，生产成本较低，所制的复合涂料应用于型壳面层涂料后铸件表面质量高。

Description

高效熔模铸造复合涂料

技术领域

本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种采用水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯之间的相互混合为主要原料和其它助剂制成的复合涂料；属金属铸造领域。

背景技术

熔模铸造又称“失蜡铸造”，是一种古老的铸造方法。在我国发现最早的熔模铸件是2400多年前的战国早期，从50年代开始；将熔模铸造用于工业生产中，经过40多年的发展；熔模铸造已成为我国机械制造业中的基础工艺，并形成一个独特的行业。碳钢类机械零件熔模铸造，是我国熔模铸造生产中的主体，熔模铸件年产量约15万t左右，约占全部熔模铸件总产量的95％，此类熔模铸件生产工艺为：用石蜡和硬脂酸各半的低温模料，以0.3MPa-0.5MPa的低压注制蜡模，用水玻璃涂料及石英、硅铝系耐火材料作制壳材料，用氯化铵或氯化铝作硬化剂，用水浴脱蜡制造型壳，用中颇感应电炉熔炼、浇注碳钢或低合金钢来获得铸件。

在熔模铸造工艺中，一般采用水玻璃涂料、硅溶胶涂料和硅酸乙酯涂料，为了对各种涂料进行深入的了解，现对其作一下比较，具体比较见表1

            表1：各种熔模铸造涂料优缺点比较

涂料名称	优点	缺点
			水玻璃涂料	1、性能稳定，采用硬化剂化学硬度强度建立快；2、润湿性好；3、水玻璃价格低廉，货源充足易得。	1、所获得的铸件表面粗糙度、尺寸精度低；2、型壳高温强度低，型壳制作层数多；3、仅能生产质量要求很低的铸件
硅溶胶涂料	1、制壳工艺简单，不需要化学硬度；	1、性能稳定性差2、干燥缓慢，制壳周期

	2、型壳高温强度好，高温抗变形能力强，热震稳定性高；3、型壳表面粗糙度小，表面光滑，尺寸精度高。	长，价格较为昂贵；3、润湿性差
			硅酸乙酯涂料	1、表面张力低，粘度小，润湿性能好；2、耐火度高，高温时变形及开裂倾向小、热震稳定性好；3、表面粗糙度小，尺寸精度高，铸件表面质量好	1、价格昂贵，污染环境2、工艺难度高，较难掌握，工艺稳定性低

从上面的比较可以看出，每种涂料各有其优缺点，其中单独使用均会给我们的生产周期过长、成本较高，而且铸件表面质量较差，目前，国内、国际熔模铸件市场竞争异常激烈，为了能让我国的熔模铸件在国内、国际市场占有一席之地，研制开发一种低成本、高质量的涂料就迫在眉睫；如中国专利申请(86102002)涉及硅溶胶、水玻璃复合型壳，该专利申请属于金属精铸领域，型壳是由面层、加固层、混合硬化剂组成。面层的特征是由粘结剂、制壳耐火粉料、制壳撒砂强制通风干燥硬化而成。而加固层用混合硬化剂而制成。该专利申请虽然解决了纯石英砂型壳和纯铝矾土型壳的铸件质量差、型壳不易清理和环境污染问题；但是该专利申请在实施例中提到了用硅溶胶和铝矾土粉配制成面层涂料、用水玻璃和其他成分配制成加固层涂料，名义上是用硅溶胶、和水玻璃制成的复合型壳；实际上由于所制的的型壳各个涂料层的成份还是单一的，所以所制得的铸件必然存在表面粗糙度高，尺寸精度低，型壳高温强度低，型壳制作层数多、铸件的性能稳定性差，干燥缓慢，制壳周期长，湿润性差等一系列的问题。

发明内容

本发明主要针对现有技术所制得的铸件必然存在表面粗糙度高，尺寸精度低，型壳高温强度低，型壳制作层数多、铸件的性能稳定性差，干燥缓慢，制壳周期长，湿润性差等一系列的问题，提供一种性能稳定、润湿性好、壳型强度高、制壳周期长、铸件表面粗糙度低、尺寸精度高、具有良好性价比的高效熔模铸造复合涂料。

本发明的基础是本发明人长期对各种涂料及其助剂的研究，应用长期积累的工作经验以及扎实的精细化工知识；本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种高效熔模复合涂料，包括按以下重量份的主配方20％～28％、耐火粉料70％～76％；辅助配方1％～5％；其中所述的主配方为水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯的两种或两种以上的组合；硅酸乙酯表面张力低，粘度小，润湿性能好；耐火度高，高温时变形及开裂倾向小、热震稳定性好；表面粗糙度小，尺寸精度高，铸件表面质量好；但是价格昂贵、污染较严重；而且工艺难度高、较难掌握，工艺稳定性较差；而硅溶胶又名硅酸溶胶，具有较大的比表面，较大的吸附性，较好的粘结性，较高的耐火绝缘性等优良性能；制壳工艺简单，不需要化学硬度；型壳高温强度好，高温抗变形能力强，热震稳定性高；型壳表面粗糙度小，表面光滑，尺寸精度高；但是性能稳定性差干燥缓慢，制壳周期长，润湿性差，价格较为昂贵；水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，又称泡花碱。水玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃，其分子式分别为Na2O.nSiO2和K2O.nSiOz.式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的氧化硅和碱金属氧化物的分子比(或摩尔比)。水玻璃模数是水玻璃的重要参数，一般在1.5-3.5之间。水玻璃模数越大，固体水玻璃越难溶于水，n为1时常温水即能溶解，n加大时需热水才能溶解，n大于3时需4个大气压以上的蒸汽才能溶解，水玻璃模数越大，氧化硅含量越多，水玻璃粘度增大，易于分解硬化，粘结力增大；在熔模铸造领域性能稳定，采用硬化剂化学硬度强度建立快；润湿性好；而且价格低廉，货源充足易得，但是所获得的铸件表面粗糙度、尺寸精度低；型壳高温强度低，型壳制作层数多；仅能生产质量要求很低的铸件。从上述的几种涂料的分析可以看出，每种涂料都有优缺点。所以单独使用一种涂料必然会给生产带来不利的因素，不是生产周期过长，成本较高，就是铸件表面质量较差，而本发明人通过长期对各种涂料物性的研究发现：将上述涂料进行复合使用，使其优缺点互为补充，即一种涂料的优点正好弥补了另一种涂料的缺点；作为优选所述的主配方为水玻璃和硅溶胶；其中按以下重量份计为：水玻璃6％～10％，硅溶胶14％～18％；因水玻璃和硅溶胶两种粘结剂互不反应，且能相互溶解，所以就为本发明人的研发出一种新型的熔模铸造涂料提供了思路：水玻璃是一种强碱弱酸盐易发生水解，而硅溶胶的主要组成成份是SiO₂·(n-1)H₂O。

如：钠水玻璃的水解过程如下：

水玻璃水解生成物SiO2·(n-1)H₂O正是硅溶胶粘结剂的主要组成物，也补充了因水玻璃的加入降低了硅溶胶中SiO2·(n-1)H₂O的含量；同时，水玻璃的水解加上硅溶胶对水玻璃的稀释作用，也提高了水玻璃的粉液比(粉液比既是耐火粉料与粘结剂之比)，从而提高了复合粘结剂的整体粉液比。故复合涂料能获得比硅溶胶更高的粉液比；粉液比越高则铸件的表面粗糙度越低，所以复合涂料铸件的表面粗糙度比硅溶胶和硅酸乙酯的表面粗糙度低一个等级；又因水玻璃的加入，减少了硅溶胶胶凝时的收缩，同时也提高了型壳的热震稳定性，减少了高温时型壳的开裂和变形，同时采用硅溶胶的工艺流程，整个工艺流程均在恒温的条件下完成，也减少了因温度波动产生的收缩；故复合涂料的尺寸精度比单独的硅溶胶高。

水玻璃价格低廉易得，复合涂料中加入水玻璃也相应的降低了复合的成本，提高了性价比；

在上述的高效熔模复合涂料中，所述的耐火粉料为石英、熔融石英、电熔刚玉、铝-硅系耐火材料、锆英粉中的一种或多种组合。根据铸件材质的不同选用相应的耐火材料与主配方配制成复合涂料。

作为优选，所述的辅助配方为乙醇、乙醚、消泡剂、润湿剂中的一种或多种组合。

其中乙醇具有挥发性，向复合涂料中加入乙醇或乙醚，可加快复合涂料的干燥速度，从而缩短了制壳周期。在涂料生产使用过程中，表面张力降低后会产生泡沫，这些泡沫在液体表面不破裂时连接在一起，形成气泡，造成铸件表面粗糙度增大，所以必须加入消泡剂，这样不仅可以减小铸件表面粗糙度，而且还可以提高铸件尺寸精度，使得铸件表面质量好；作为优选，所述的消泡剂为醇系如：正辛醇、正戊醇、异丙醇等、有机硅树脂系：如有机硅树脂等、矿物油等中的一种或多种组合；首先将所述的消泡剂侵入泡膜中，并使其局部表面张力下降到很低的程度，从而使此区域的泡膜由于受周围较高表面张力部位的作用，使泡膜迅速变薄而发生破裂；润湿剂具有优异的表面活性，能显著降低水的表面张力，尤其在低浓度下特别有效；卓越的润湿分散性能；良好的通用润湿性能，提高涂料的附着力；作为优选，所述的润湿剂为JFC润湿剂、OP润湿剂、农乳130、农乳100等中的一种或多种组合。本发明中使用润湿剂降低涂料的表面张力，增加涂料对熔模的润湿作用，改善涂挂性，增加涂料的渗透性和分散性。

因此，本发明具有以下优点：

1、本发明所制的高效熔模铸造复合涂料具有性能稳定，采用硬化剂化学硬化强度建立快，润湿性好；

2、型壳高温强度好，高温抗变形能力强，热震稳定性高；表面粗糙度小，表面光滑，尺寸精度高；

3、生产周期短，生产成本较低，所制的复合涂料应用于型壳面层涂料后铸件表面质量高。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例；这些实施例可以对本发明作进一步的补充和说明；但本发明并不限于这些实施例。

按下述列表的重量百分比配比称取配方

           表2：实施例1～实施例5各组分的重量或容积

其中实施例1中所述的耐火材料为锆英粉、刚玉粉其含量分别为175Kg；其中消泡剂为正辛醇50ml、正戊醇50ml、异丙醇60ml、有机硅树脂40ml，；润湿剂为JFC润湿剂20ml、OP润湿剂80ml、农乳130为20ml、农乳100为100ml；

其中实施例2中所述的耐火材料为锆英粉，其含量为400Kg；其中消泡剂为矿物油50ml、有机硅树脂150ml，润湿剂为JFC润湿剂70ml、OP润湿剂30ml、农乳130为40ml；

其中实施例3中所述的耐火材料为石英200Kg、熔融石英180Kg；其中消泡剂为正辛醇60ml、正戊醇60ml、异丙醇60ml；润湿剂为JFC润湿剂45ml、OP润湿剂65ml，农乳100为25ml；

其中实施例4中所述的耐火材料为熔融石英120Kg、电熔刚玉120Kg、铝-硅系耐火材料140Kg；其中消泡剂为正戊醇100毫升，有机硅树脂90毫升；润湿剂为JFC润湿剂75毫升、OP润湿剂60毫升；

其中实施例5中所述的耐火材料为熔融石英180Kg、铝-硅系耐火材料170Kg；其中消泡剂为正辛醇60毫升，异丙醇60毫升、有机硅树脂70毫升，润湿剂为OP润湿剂50毫升、农乳130为50毫升、农乳100为40毫升。

应用实施例1

将实施例1中的配方应用于生产合金钢熔模铸件型壳，

应用实施例2

将实施例2中的配方应用于生产质量要求很高的不锈钢熔模铸件

应用实施例3

将实施例3中的配方应用于生产表面质量要求较高的碳钢熔模铸件

对比应用实施例1

将单独的水玻璃作为涂料应用于生产合金钢熔模铸件型壳

对比应用实施例2

将单独的硅溶胶作为涂料应用于生产质量要求很高的不锈钢熔模铸件

对比应用实施例3

将单独的硅酸乙酯作为涂料应用于生产表面质量要求较高的碳钢熔模铸件

       表3：应用实施例1～3与对比应用实施例1～3使用效果的比较

从表3可以看出：复合涂料的配方与现行涂料配方在应用上相比使用效果有明显的优越性。

本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (7)

1.一种高效熔模复合涂料，包括按以下重量份的主配方20％～28％、耐火粉料70％～76％；辅助配方1％～5％；其中所述的主配方为水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯的两种或两种以上的组合。

2.根据权利要求1所述的高效熔模复合涂料，其特征在于，所述的主配方为水玻璃和硅溶胶；其中按以下重量份计为：水玻璃6％～10％，硅溶胶14％～18％。

3.根据权利要求1所述的高效熔模复合涂料，其特征在于，所述的耐火粉料为石英、熔融石英、电熔刚玉、锆英粉中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1～3所述的高效熔模复合涂料，其特征在于，所述的辅助配方为乙醇、乙醚、消泡剂、润湿剂中的一种或多种组合。

5.根据权利要求4所述的高效熔模复合涂料，其特征在于，所述的润湿剂为JFC润湿剂、OP润湿剂、农乳130、农乳100等中的一种或多种组合。

6.根据权利要求4所述的高效熔模复合涂料，其特征在于，所述的消泡剂为醇系、有机硅树脂、矿物油中的一种或多种组合。

7.根据权利要求6所述的高效熔模复合涂料，其特征在于，所述的醇系为正辛醇、正戊醇、异丙醇中的一种或多种组合。