專利名稱：高效熔模鑄造復合涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涂料，尤其涉及一種采用水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯之間的相互混合為主要原料和其它助劑制成的復合涂料；屬金屬鑄造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”，是一種古老的鑄造方法。在我國發(fā)現(xiàn)最早的熔模鑄件是2400多年前的戰(zhàn)國早期，從50年代開始；將熔模鑄造用于工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)過40多年的發(fā)展；熔模鑄造已成為我國機械制造業(yè)中的基礎(chǔ)工藝，并形成一個獨特的行業(yè)。碳鋼類機械零件熔模鑄造，是我國熔模鑄造生產(chǎn)中的主體，熔模鑄件年產(chǎn)量約15萬t左右，約占全部熔模鑄件總產(chǎn)量的95％，此類熔模鑄件生產(chǎn)工藝為用石蠟和硬脂酸各半的低溫模料，以0.3MPa-0.5MPa的低壓注制蠟?zāi)?，用水玻璃涂料及石英、硅鋁系耐火材料作制殼材料，用氯化銨或氯化鋁作硬化劑，用水浴脫蠟制造型殼，用中頗感應(yīng)電爐熔煉、澆注碳鋼或低合金鋼來獲得鑄件。
在熔模鑄造工藝中，一般采用水玻璃涂料、硅溶膠涂料和硅酸乙酯涂料，為了對各種涂料進行深入的了解，現(xiàn)對其作一下比較，具體比較見表1表1各種熔模鑄造涂料優(yōu)缺點比較


從上面的比較可以看出，每種涂料各有其優(yōu)缺點，其中單獨使用均會給我們的生產(chǎn)周期過長、成本較高，而且鑄件表面質(zhì)量較差，目前，國內(nèi)、國際熔模鑄件市場競爭異常激烈，為了能讓我國的熔模鑄件在國內(nèi)、國際市場占有一席之地，研制開發(fā)一種低成本、高質(zhì)量的涂料就迫在眉睫；如中國專利申請(86102002)涉及硅溶膠、水玻璃復合型殼，該專利申請屬于金屬精鑄領(lǐng)域，型殼是由面層、加固層、混合硬化劑組成。面層的特征是由粘結(jié)劑、制殼耐火粉料、制殼撒砂強制通風干燥硬化而成。而加固層用混合硬化劑而制成。該專利申請雖然解決了純石英砂型殼和純鋁礬土型殼的鑄件質(zhì)量差、型殼不易清理和環(huán)境污染問題；但是該專利申請在實施例中提到了用硅溶膠和鋁礬土粉配制成面層涂料、用水玻璃和其他成分配制成加固層涂料，名義上是用硅溶膠、和水玻璃制成的復合型殼；實際上由于所制的的型殼各個涂料層的成份還是單一的，所以所制得的鑄件必然存在表面粗糙度高，尺寸精度低，型殼高溫強度低，型殼制作層數(shù)多、鑄件的性能穩(wěn)定性差，干燥緩慢，制殼周期長，濕潤性差等一系列的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對現(xiàn)有技術(shù)所制得的鑄件必然存在表面粗糙度高，尺寸精度低，型殼高溫強度低，型殼制作層數(shù)多、鑄件的性能穩(wěn)定性差，干燥緩慢，制殼周期長，濕潤性差等一系列的問題，提供一種性能穩(wěn)定、潤濕性好、殼型強度高、制殼周期長、鑄件表面粗糙度低、尺寸精度高、具有良好性價比的高效熔模鑄造復合涂料。
本發(fā)明的基礎(chǔ)是本發(fā)明人長期對各種涂料及其助劑的研究，應(yīng)用長期積累的工作經(jīng)驗以及扎實的精細化工知識；本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種高效熔模復合涂料，包括按以下重量份的主配方20％～28％、耐火粉料70％～76％；輔助配方1％～5％；其中所述的主配方為水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯的兩種或兩種以上的組合；硅酸乙酯表面張力低，粘度小，潤濕性能好；耐火度高，高溫時變形及開裂傾向小、熱震穩(wěn)定性好；表面粗糙度小，尺寸精度高，鑄件表面質(zhì)量好；但是價格昂貴、污染較嚴重；而且工藝難度高、較難掌握，工藝穩(wěn)定性較差；而硅溶膠又名硅酸溶膠，具有較大的比表面，較大的吸附性，較好的粘結(jié)性，較高的耐火絕緣性等優(yōu)良性能；制殼工藝簡單，不需要化學硬度；型殼高溫強度好，高溫抗變形能力強，熱震穩(wěn)定性高；型殼表面粗糙度小，表面光滑，尺寸精度高；但是性能穩(wěn)定性差干燥緩慢，制殼周期長，潤濕性差，價格較為昂貴；水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料，又稱泡花堿。水玻璃可根據(jù)堿金屬的種類分為鈉水玻璃和鉀水玻璃，其分子式分別為Na2O.nSiO2和K2O.nSiOz.式中的系數(shù)n稱為水玻璃模數(shù)，是水玻璃中的氧化硅和堿金屬氧化物的分子比(或摩爾比)。水玻璃模數(shù)是水玻璃的重要參數(shù)，一般在1.5-3.5之間。水玻璃模數(shù)越大，固體水玻璃越難溶于水，n為1時常溫水即能溶解，n加大時需熱水才能溶解，n大于3時需4個大氣壓以上的蒸汽才能溶解，水玻璃模數(shù)越大，氧化硅含量越多，水玻璃粘度增大，易于分解硬化，粘結(jié)力增大；在熔模鑄造領(lǐng)域性能穩(wěn)定，采用硬化劑化學硬度強度建立快；潤濕性好；而且價格低廉，貨源充足易得，但是所獲得的鑄件表面粗糙度、尺寸精度低；型殼高溫強度低，型殼制作層數(shù)多；僅能生產(chǎn)質(zhì)量要求很低的鑄件。從上述的幾種涂料的分析可以看出，每種涂料都有優(yōu)缺點。所以單獨使用一種涂料必然會給生產(chǎn)帶來不利的因素，不是生產(chǎn)周期過長，成本較高，就是鑄件表面質(zhì)量較差，而本發(fā)明人通過長期對各種涂料物性的研究發(fā)現(xiàn)將上述涂料進行復合使用，使其優(yōu)缺點互為補充，即一種涂料的優(yōu)點正好彌補了另一種涂料的缺點；作為優(yōu)選所述的主配方為水玻璃和硅溶膠；其中按以下重量份計為水玻璃6％～10％，硅溶膠14％～18％；因水玻璃和硅溶膠兩種粘結(jié)劑互不反應(yīng)，且能相互溶解，所以就為本發(fā)明人的研發(fā)出一種新型的熔模鑄造涂料提供了思路水玻璃是一種強堿弱酸鹽易發(fā)生水解，而硅溶膠的主要組成成份是SiO2·(n-1)H2O。
如鈉水玻璃的水解過程如下
水玻璃水解生成物SiO2·(n-1)H2O正是硅溶膠粘結(jié)劑的主要組成物，也補充了因水玻璃的加入降低了硅溶膠中SiO2·(n-1)H2O的含量；同時，水玻璃的水解加上硅溶膠對水玻璃的稀釋作用，也提高了水玻璃的粉液比(粉液比既是耐火粉料與粘結(jié)劑之比)，從而提高了復合粘結(jié)劑的整體粉液比。故復合涂料能獲得比硅溶膠更高的粉液比；粉液比越高則鑄件的表面粗糙度越低，所以復合涂料鑄件的表面粗糙度比硅溶膠和硅酸乙酯的表面粗糙度低一個等級；又因水玻璃的加入，減少了硅溶膠膠凝時的收縮，同時也提高了型殼的熱震穩(wěn)定性，減少了高溫時型殼的開裂和變形，同時采用硅溶膠的工藝流程，整個工藝流程均在恒溫的條件下完成，也減少了因溫度波動產(chǎn)生的收縮；故復合涂料的尺寸精度比單獨的硅溶膠高。
水玻璃價格低廉易得，復合涂料中加入水玻璃也相應(yīng)的降低了復合的成本，提高了性價比；在上述的高效熔模復合涂料中，所述的耐火粉料為石英、熔融石英、電熔剛玉、鋁-硅系耐火材料、鋯英粉中的一種或多種組合。根據(jù)鑄件材質(zhì)的不同選用相應(yīng)的耐火材料與主配方配制成復合涂料。
作為優(yōu)選，所述的輔助配方為乙醇、乙醚、消泡劑、潤濕劑中的一種或多種組合。
其中乙醇具有揮發(fā)性，向復合涂料中加入乙醇或乙醚，可加快復合涂料的干燥速度，從而縮短了制殼周期。在涂料生產(chǎn)使用過程中，表面張力降低后會產(chǎn)生泡沫，這些泡沫在液體表面不破裂時連接在一起，形成氣泡，造成鑄件表面粗糙度增大，所以必須加入消泡劑，這樣不僅可以減小鑄件表面粗糙度，而且還可以提高鑄件尺寸精度，使得鑄件表面質(zhì)量好；作為優(yōu)選，所述的消泡劑為醇系如正辛醇、正戊醇、異丙醇等、有機硅樹脂系如有機硅樹脂等、礦物油等中的一種或多種組合；首先將所述的消泡劑侵入泡膜中，并使其局部表面張力下降到很低的程度，從而使此區(qū)域的泡膜由于受周圍較高表面張力部位的作用，使泡膜迅速變薄而發(fā)生破裂；潤濕劑具有優(yōu)異的表面活性，能顯著降低水的表面張力，尤其在低濃度下特別有效；卓越的潤濕分散性能；良好的通用潤濕性能，提高涂料的附著力；作為優(yōu)選，所述的潤濕劑為JFC潤濕劑、OP潤濕劑、農(nóng)乳130、農(nóng)乳100等中的一種或多種組合。本發(fā)明中使用潤濕劑降低涂料的表面張力，增加涂料對熔模的潤濕作用，改善涂掛性，增加涂料的滲透性和分散性。
因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明所制的高效熔模鑄造復合涂料具有性能穩(wěn)定，采用硬化劑化學硬化強度建立快，潤濕性好；
2、型殼高溫強度好，高溫抗變形能力強，熱震穩(wěn)定性高；表面粗糙度小，表面光滑，尺寸精度高；3、生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本較低，所制的復合涂料應(yīng)用于型殼面層涂料后鑄件表面質(zhì)量高。
具體實施例方式
以下是本發(fā)明的具體實施例；這些實施例可以對本發(fā)明作進一步的補充和說明；但本發(fā)明并不限于這些實施例。
按下述列表的重量百分比配比稱取配方表2實施例1～實施例5各組分的重量或容積 其中實施例1中所述的耐火材料為鋯英粉、剛玉粉其含量分別為175Kg；其中消泡劑為正辛醇50ml、正戊醇50ml、異丙醇60ml、有機硅樹脂40ml，；潤濕劑為JFC潤濕劑20ml、OP潤濕劑80ml、農(nóng)乳130為20ml、農(nóng)乳100為100ml；其中實施例2中所述的耐火材料為鋯英粉，其含量為400Kg；其中消泡劑為礦物油50ml、有機硅樹脂150ml，潤濕劑為JFC潤濕劑70ml、OP潤濕劑30ml、農(nóng)乳130為40ml；其中實施例3中所述的耐火材料為石英200Kg、熔融石英180Kg；其中消泡劑為正辛醇60ml、正戊醇60ml、異丙醇60ml；潤濕劑為JFC潤濕劑45ml、OP潤濕劑65ml，農(nóng)乳100為25ml；其中實施例4中所述的耐火材料為熔融石英120Kg、電熔剛玉120Kg、鋁-硅系耐火材料140Kg；其中消泡劑為正戊醇100毫升，有機硅樹脂90毫升；潤濕劑為JFC潤濕劑75毫升、OP潤濕劑60毫升；其中實施例5中所述的耐火材料為熔融石英180Kg、鋁-硅系耐火材料170Kg；其中消泡劑為正辛醇60毫升，異丙醇60毫升、有機硅樹脂70毫升，潤濕劑為OP潤濕劑50毫升、農(nóng)乳130為50毫升、農(nóng)乳100為40毫升。
應(yīng)用實施例1將實施例1中的配方應(yīng)用于生產(chǎn)合金鋼熔模鑄件型殼，應(yīng)用實施例2將實施例2中的配方應(yīng)用于生產(chǎn)質(zhì)量要求很高的不銹鋼熔模鑄件應(yīng)用實施例3將實施例3中的配方應(yīng)用于生產(chǎn)表面質(zhì)量要求較高的碳鋼熔模鑄件對比應(yīng)用實施例1將單獨的水玻璃作為涂料應(yīng)用于生產(chǎn)合金鋼熔模鑄件型殼對比應(yīng)用實施例2將單獨的硅溶膠作為涂料應(yīng)用于生產(chǎn)質(zhì)量要求很高的不銹鋼熔模鑄件對比應(yīng)用實施例3將單獨的硅酸乙酯作為涂料應(yīng)用于生產(chǎn)表面質(zhì)量要求較高的碳鋼熔模鑄件表3應(yīng)用實施例1～3與對比應(yīng)用實施例1～3使用效果的比較 從表3可以看出復合涂料的配方與現(xiàn)行涂料配方在應(yīng)用上相比使用效果有明顯的優(yōu)越性。
本發(fā)明中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
盡管對本發(fā)明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實例，但是對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種高效熔模復合涂料，包括按以下重量份的主配方20％～28％、耐火粉料70％～76％；輔助配方1％～5％；其中所述的主配方為水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯的兩種或兩種以上的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效熔模復合涂料，其特征在于，所述的主配方為水玻璃和硅溶膠；其中按以下重量份計為水玻璃6％～10％，硅溶膠14％～18％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效熔模復合涂料，其特征在于，所述的耐火粉料為石英、熔融石英、電熔剛玉、鋯英粉中的一種或多種組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3所述的高效熔模復合涂料，其特征在于，所述的輔助配方為乙醇、乙醚、消泡劑、潤濕劑中的一種或多種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效熔模復合涂料，其特征在于，所述的潤濕劑為JFC潤濕劑、OP潤濕劑、農(nóng)乳130、農(nóng)乳100等中的一種或多種組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效熔模復合涂料，其特征在于，所述的消泡劑為醇系、有機硅樹脂、礦物油中的一種或多種組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高效熔模復合涂料，其特征在于，所述的醇系為正辛醇、正戊醇、異丙醇中的一種或多種組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種涂料，尤其涉及一種采用水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯之間的相互混合為主要原料和其它助劑制成的復合涂料；屬金屬鑄造領(lǐng)域；一種高效熔模復合涂料，包括按以下重量份的主配方20％～28％、耐火粉料70％～76％；輔助配方1％～5％；其中所述的主配方為水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯的兩種或兩種以上的組合；本發(fā)明所制的高效熔模鑄造復合涂料具有性能穩(wěn)定，采用硬化劑化學硬化強度建立快，潤濕性好；型殼高溫強度好，高溫抗變形能力強，熱震穩(wěn)定性高；表面粗糙度小，表面光滑，尺寸精度高；生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本較低，所制的復合涂料應(yīng)用于型殼面層涂料后鑄件表面質(zhì)量高。
文檔編號B22C7/02GK1895814SQ20051005070
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者李士良, 陳吉華 申請人:李士良