CN87103439A

CN87103439A - 铸造用磷酸盐铝矾土涂料

Info

Publication number: CN87103439A
Application number: CN 87103439
Authority: CN
Inventors: 孟爽芬; 王思刚
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 1987-05-09
Filing date: 1987-05-09
Publication date: 1988-04-13

Abstract

本发明是以磷酸盐为粘结剂的高铝矾土涂料。它有多种用途。可用作铸钢件砂型铸造涂料、生产大中小型铸钢件；可用作熔模铸造涂料制造型壳；可用作耐火胶合剂，粘合，修补砂型和耐火材质等。

该涂料特点是强度高，200℃×2小时烘干抗压强度达100～180kg/cm²，高温抗压强度(800℃)达250～350kg/cm²；热稳定性好、易涂挂；可以喷涂，刷涂，浸涂；抗粘砂效果好，生产铸件表面光洁、尺寸准确；制作工艺简单方便、成本低廉。

Description

近些年来，随着工业的发展，对产品的质量要求越来越高。铸造行业中也是这样，砂型铸造要求铸件表面光洁，熔模铸造要求铸件尺寸精确。作为铸造涂料，其主要成份是耐火粉料和粘结剂，它们的性能，成本直接关系到涂料的性能和成本。作为铸钢件砂型涂料目前各企业广泛采用的耐火粉料是锆英粉材料，锆英粉材料我国资源少，许多是进口材料，价格贵（1700元/吨）而且其中含有放射性物质，不利于工人身心健康，工作环境差，有些厂家已开发利用高铝矾土涂料代替锆英粉涂料。高铝矾土材料，我国资源丰富，许多省市都可提供该熟料，价格低廉（385元/吨），其主要组成为Al₂O₃和SiO₂，主要晶格为刚玉莫来石相，耐火度达1790℃，比重小于刚玉和锆英粉，热稳定性好。从其物化性能来看代替英粉作为铸钢件涂料是完全可行的。在现有技术中，用高铝矾土熟料作为铸钢件涂料目前在国内已有应用（见文献《铝矾土涂料》（铸造技术）1982.No4），该涂料用于呋喃树脂自硬砂铸钢件生产中，代替锆英粉涂料取得一定的效果，但是还存在着一定的问题。

1）该涂料采用的粘结剂是水柏油和饴糖，两者均属于常温粘结剂，加入量高时，浇注时受热分解，产生大量气体，铸造易形成气孔缺陷;加入量少时涂层强度低。而且在热天时饴糖易发酵，效果差，尚需加入甲醛来改善，水柏油有沥青臭味。

2）该涂料的渗透性差，因此涂层与砂型的结合强度差，高温下耐钢水冲击性能差，易于脱落失去作用。

3）该涂料用于铸造行业中最常用的石英砂造型材料，高温急热抗裂性较差。

总之，可以说该涂料的几点缺点问题都是由于粘结剂的性能差而造成的，使铝矾土涂料推广应用受到很大限制。只有彻底改进粘结剂才能改善其性能。

作为铸型涂料采用优质的耐火粉料，但是没有性能优良的粘结剂仍然得不到良好的抗粘砂效果。由于普通粘结剂高温性能差，在高温下不能将耐火粉料粘合在一起形成完整、均匀、致密，不裂的涂层，起抗粘砂作用;在高温作用下，涂层开裂，脱落;使得钢液直接与砂型接触造成粘砂缺陷。磷酸盐粘结剂是高温粘结剂，高温性能好，作为铸型涂料粘结剂形成涂层，高温性能好。

目前在国内铸型涂料中还未见应用的报导。在国外苏联有报导，以磷酸铝或磷酸铝铬为粘结剂配制刚玉，锆英粉、石英粉涂料。但其粘结剂的获得是以磷酸与氢氧化铝反应配制而成的，再加入到粉料中作为粘结剂，这样成本高。

在现有技术中，高铝矾土涂料也应用到熔模铸造中作为耐火材料代替以往的石英粉和刚玉粉取得良好效果，但是在制造铝矾土型壳时所用的粘结剂主要是硅酸乙酯，硅溶胶（见文献《铝矾土型壳工艺总结》（铸工）1976，No2），硅酸乙酯粘结剂价格昂贵，配制水解液时需要大量的乙醇，硬化时需要氨气。采用硅溶胶粘结剂价格也昂贵（5000～6000元/吨），其涂料的涂挂性差，需要加入较多的表面活性剂。以水玻璃为粘结剂价格虽低廉，但其中含有大量的低熔点钠化合物，型壳强度差，793℃强度开始下降，而且烧结时型壳产生急剧收缩。目前国内熔模铸造行业用粘结剂主要为硅酸乙酯，硅溶酸，它们成本都很高，以廉价的高温粘结剂代替它们是一项经济效益显著，很有实际意义的工作。国外有用磷酸铝铬和钙铝铬磷酸盐作为熔铸型型壳材料。目前国内在此方面未见研究报导和应用实例。

在现有技术中配制铸造用涂料是将外加粘结剂和耐火材料，溶剂和其他一些组成混合在一起，在碾压机上碾压几小时或十几小时，使其混合均匀;所用的磷酸盐粘结剂（苏联）是用磷酸与氢氧化铝予先进行反应制成再加入到耐火粉料中。

本发明的目的在于探索一种新的获得磷酸盐粘接剂的方法，使其制作方便，成本低廉，从而把磷酸盐粘接剂应用到铸型涂料和熔模铸造涂料中，代替硅酸乙酯、硅溶胶等昂贵材料并选择高温性能良好的抗粘沙涂料配方及制做方法，以提高铸件表面质量。

工业磷酸本身并无粘结作用。高铝矾土熟料中主要组成是Al₂O₃和SiO₂，还有TiO₂，Fe₂O，MgO，CaO，K₂O，Na₂O等物质，对于细粉状的高铝矾土熟料其中的Al₂O和一些碱性氧化物在一定的温度下能与工业磷酸反应，形成高温粘结剂-磷酸盐溶液。本发明配制涂料，利用这一原理，使得磷酸盐粘结剂可在涂料配制过程中自行获得，成本低，节省了氢氧化铝原材料，也节省了一道工序。以往用碾压法配制涂料，其碾压的目的1）是使液体，胶粘物在耐火粉料中均匀分散。2）进一步细化耐火粉料，形成新的晶面，有利于粘结剂等液体与粉料润湿。

将工业磷酸与耐火粉料反应，反应的界面就是耐火粉料界面;在耐火粉料界面形成粘结剂，这样粘结剂与耐火粉料很好地湿润着，使粘结剂复膜很好地包复着耐火粉料，两者结合强度好，有利于强度提高。形成的磷酸盐粘结剂是粘稠状液体，该液体包复在耐火粉料周围，使耐火粉料不易沉降，所以该工艺制作的涂料不加入悬浮剂，也可获得满意的悬浮性，此外按磷酸与三氧化二铝反应形成的磷酸盐的化学反应方程式计算，每个单位重量的磷酸可以形成1.08倍的磷酸盐，这样加入少量的磷酸就能形成较多的粘结剂。按此工艺配制涂料避免了碾压配制周期长，耗能多的缺陷。该工艺配制涂料加热后，按需要加入一些物质，搅拌均匀即可使用。也可以制成涂料膏便于运输贮存。

制作工艺：

高铝矾土熟料100%，与25～33%的水混匀，加入4～9%的浓度为85%的工业磷酸，混匀。在加热炉或烘箱上加热，加热温度95℃～130℃，加热时间30～180分钟，冷却后按需要加入0-2%的膨润土即可使用。高铝矾土熟料为320目粉状（也可根据需要选择更细的）。

高铝矾土熟料中虽然含有较多Al₂O₃，但其中还含有一些杂质，这些杂质，熔点不利于涂料高温性能。为此选择加入Cr₂O₃或含有其氧化物的材料添加到涂料中提高其高温性能。抗粘砂性，它能与一些碱性氧化物形成高熔点物质如：形成MgO，Cr₂O₃熔点为2673K。含Cr₂O₃物质的加入量按Cr₂O₃含量0～3%加入，大型铸钢件加入的多，小件加入少些或者不加。此外Cr₂O₃是磷酸盐的缓凝剂，延长其硬化时间，在存放过程中仍具有粘结特性。

为使涂料在低温干燥条件下自硬，选择一些物质加入到涂料中作为促硬剂。促硬剂的种类和加入量按生产工艺所需硬化时间选择加入。

本发明开创了一种新的制作涂料的工艺方法;方法独特，工艺简单方便，周期短;通过酸与耐火粉料的反应形成了高温粘结剂，节省原材料，粘结剂与耐火粉料润湿性好，有利于强度提高。按此工艺制作的涂料具有以下优点。

1）涂料悬浮性，涂挂性好，渗透性好，

2）低温、高温强度高;涂层，型壳强度高。

3、刷涂、喷涂，浸涂均可。可以自硬也可烘干硬化。

4）高温热稳定性好，膨胀小，铸件尺寸准确，

5）抗粘砂效果好，铸件表面光洁。

6）涂料可直接制成膏状，便于贮存，运输存放期长，耐寒性好。

技术指标：

粘度（φ4流杯）25-35秒悬浮性：90～95%（8小时）

比重：2.00～2.20g/cm³

抗压强度：100～180Kg/cm²（200℃×2小时）

150～250Kg/cm²（400℃×2小时）

高温抗压强度：250～350Kg/cm²（800℃）

烘干时涂层无长纹，高温急热抗裂性能好，不裂（1200℃×2分）发气量：＜15-20ml/g（1000℃）

本发明选用的原材料为我国资源丰富的高铝矾土熟料，其来源广泛，价格低廉，（385元/吨）;工业磷酸也是化工行业常规产品价格也不贵（2190元/吨，计包装费），按本发明工艺制作涂料的成本为0.400～450元/吨（按含水30%计算）。通过工业磷酸与高铝钒土熟料反应获得磷酸盐粘结剂，省去了氢氧化铝这一原材料，也节省了一道工序;用本发明涂料配方在工厂作浇注实验代替英粉获得良好的效果。

在熔模铸造中，涂料用粘结剂主要为硅酸乙酯，硅溶胶;硅酸乙酯价格昂贵，7000～8000元/吨，而且配制水解液是还需要大量乙醇。硅溶胶也昂贵，5000～6000元/吨，如用我们的磷酸盐粘结剂涂料代替以上两者，经济效溢也相当显著。

锆英粉多为进口材料，而且其中有放射性物质，危害工人身心健康，工作环境差，用我国丰富资源高铝钒土代替锆英粉会产生积极的社会意义。硅酸乙酯和硅溶胶是化工行业的紧俏产品，硅酸乙酯有毒。而且工业磷酸来源广泛、无毒、不易燃，用它代替前两者社会意义，经济意义都是很显著的。

本发明的涂料可以用作铸钢件型砂型铸造芯涂料，适应于粘土砂，各种树脂砂，水玻璃砂等非强碱性造型材料。用于大、中、小件铸钢件生产;本涂料可用作熔模铸造涂料制作型壳生产铸钢件。它可以作为耐火胶合剂，粘结，修补砂型;粘结耐火材料等。

实施例：

实例：高铝钒土熟料100%;浓度为85%的工业磷酸;8.8%膨润土;0%，Cr₂O₃：0%;制作工艺;加水33%，在100℃条件下，加热90分，制成涂料;

粘度：（φ4流杯）25-35秒;比重：2.00-2.10g/cm³;

悬浮性：92%（8小时）;烘干不裂，高温急热无裂纹;

发气量：12ml/g，（1000℃）

200℃烘干2小时，抗压强度：120Kg/cm²;

800℃下高温坑压强度：350Kg/cm²;

本实施例选用工业磷酸（化学试剂），为优化纯，如GB1282-77铝矾土化学成份如下。

成份：	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂O
									含量（％）	85.11	7.42	2.36	3.00	0.40	0.82	0.26	0.63

促硬剂可选用Na₂O、MgO、镁铬尖晶石、CuO等。

Claims

1、铸造用磷酸盐铝矾土涂料的制作方法，其特征在于将高铝矾土熟料与占高铝矾土重量25-30%的水混合均匀后，加入浓度为85%的工业磷酸，加入比例为高铝矾土熟料重量的4-9%，混匀、加热，加热温度95-130℃，加热时间30-180分钟。

2、权利要求1所述制作方法，其特征在于所述涂料还可加入下列物质：

a、0-2%的膨润土

b、0-3%的Cr₂O₃

c、促硬剂

3、权利要求1，2所述涂料，其特征在于它可用于下列用途：

a、在铸钢件砂型铸造中作为型芯涂料

b、在熔模铸造中作为制造型壳的涂料

c、作为耐火胶合剂，耐火材料。