鎂合金熔模鑄造用高潰散性陶瓷型殼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種鎂合金熔模鑄造領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種鎂合金熔模鑄造用高潰散性陶瓷型殼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂及鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強度/比剛度高、尺寸穩(wěn)定、易于加工成形、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、阻尼減振、電磁屏蔽和容易再回收等優(yōu)點，因此被譽為“21世紀綠色工程材料”。鎂合金已經(jīng)成為航天航空、汽車、電子通信等工業(yè)領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料。
[0003]目前，實際應(yīng)用的鎂合金零件以壓鑄成形為主，有些復(fù)雜鎂合金鑄件以砂型鑄造為主，但砂型保溫性較差，在生產(chǎn)細小和薄壁鑄件時，易產(chǎn)生澆不足、氣孔、縮孔等缺陷。近年來，石膏型熔模鑄造技術(shù)在鎂合金鑄造中得到了較多的應(yīng)用，用該技術(shù)制造鎂合金鑄件的優(yōu)點是鑄件尺寸精度高、保溫效果好，鑄件表面質(zhì)量優(yōu)良，較適合鑄造形狀復(fù)雜且結(jié)構(gòu)精細的鎂合金鑄件。程魯?shù)?程魯，董選普，馬戎，陳樹群，馮艷麗，熔模鑄造復(fù)雜薄壁鎂合金易潰散性石膏型研究，特種鑄造及有色合金，2011年第31卷第8期，736-739)報道了采用石膏型熔模鑄造方法制備了鎂合金零件。但是，石膏型制作過程中其固化可控性較差，影響其強度的因素也較為復(fù)雜，且鑄造后采用水力清殼，鎂合金易與水發(fā)生反應(yīng)放出氫氣，對鎂合金表面質(zhì)量會產(chǎn)生一定的影響。
[0004]采用陶瓷型來替代石膏型進行鎂合金的熔模鑄造，尤其在實現(xiàn)大型、復(fù)雜、薄壁鎂合金鑄件的整體成形方面，具有更大的競爭力。其制備過程可形成流水線作業(yè)，效率高且型殼質(zhì)量易于控制，獲得的鎂合金鑄件表面粗糙度低、表面和冶金質(zhì)量高、尺寸精確，不僅適用于重力鑄造，也可以適用于反重力鑄造，是成形大型、復(fù)雜、薄壁鎂合金結(jié)構(gòu)件的先進技術(shù)。
[0005]熔模鑄造領(lǐng)域常用的陶瓷型殼主要以硅溶膠為粘結(jié)劑，以各種耐火粉(砂)料(如氧化鋁、鋯英粉、熔融石英、燒結(jié)莫來石、電熔莫來石、煤矸石等)為主要原料，配制陶瓷漿料，然后將蠟?zāi)＿M行沾漿、淋砂，干燥后重復(fù)此過程，獲得多層陶瓷型殼，再經(jīng)脫蠟、焙燒，即可進行鎂合金的鑄造。但是，以硅溶膠為粘結(jié)劑制備的陶瓷型殼的殘余強度通常較高，潰散性較差，而相對于大部分其它常用金屬材料而言，鎂合金本身材質(zhì)較軟，因此在熔模鑄造過程中，因采用機械方法清除型殼，易造成鎂合金鑄件表面損傷；同時，鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，遇水即發(fā)生反應(yīng)，因此鑄件也不宜采用高壓水槍清殼。由此可見，在保證鎂合金熔模鑄造用陶瓷型殼的常溫和高溫強度的前提下，如何降低型殼的殘余強度，即增加型殼的潰散性，是采用多層陶瓷型殼進行鎂合金熔模鑄造所關(guān)注的首要問題。
[0006]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN102744367A，公開(公告)日2012.10.24，公開了一種基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動凝固方法，包括以下步驟:
I)首先制作表面具有陶瓷型殼的泡沫塑料模;2)泡沫塑料模經(jīng)失去泡沫塑料模及焙燒后，放入底抽式砂箱中；然后往底抽式砂箱中填充造型散干砂，將散干砂通過振動臺進行振動緊實后，關(guān)閉振動臺，并在底抽式砂箱上部覆蓋一層塑料薄膜，之后在底抽式砂箱上部放置澆口杯待澆;3)開啟真空裝置和振動臺，將金屬液經(jīng)澆口杯注入陶瓷型殼，振動凝固，待金屬液全部凝固成鑄件后關(guān)閉振動臺和真空裝置，開箱清理后即可。但該技術(shù)采用模殼型與散干砂通過振動臺振動緊實，在振動條件下模殼型易出現(xiàn)破裂，合金熔體就會滲入到散干砂中，造成鑄件的損壞，另外該技術(shù)也未對模殼型的潰散性進行具體描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種用于鎂合金熔模鑄造的高潰散性陶瓷型殼及其制備方法，面層漿料以硅溶膠為粘結(jié)劑，以瓜爾膠為懸浮劑，以聚丙烯酸銨為分散劑，以聚醋酸乙烯乳液為濕強度增強劑，輔以消泡劑、防腐劑、潤濕劑等助劑，以電熔剛玉粉為耐火骨料，通過高速攪拌方法配制出型殼面層涂料;背層漿料以硅溶膠為粘結(jié)劑，以瓜爾膠為懸浮劑，以聚丙烯酸銨為分散劑，以聚醋酸乙烯乳液為濕強度增強劑，輔以消泡劑、防腐劑、潤濕劑等助劑，以熔融石英粉為耐火骨料，添加針狀海綿焦，通過高速攪拌方法配制出型殼背層涂料。以電熔剛玉砂和燒結(jié)莫來石砂分別作為面層和背層的型砂。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明涉及一種用于鎂合金熔模鑄造的高潰散性陶瓷型殼的制備方法，通過將蠟?zāi)＝朊鎸訚{料并干燥后，再浸入背層漿料后在其表面淋燒結(jié)莫來石砂并干燥，最后經(jīng)封漿脫蠟后焙燒，得到高潰散性陶瓷型殼。
[0010]所述的浸入背層漿料后在其表面淋燒結(jié)莫來石砂并干燥，優(yōu)選重復(fù)操作6次。
[0011]所述的面層漿料的組分包括:作為粘結(jié)劑的硅溶膠，作為懸浮劑的瓜爾膠，作為分散劑的聚丙烯酸銨，作為濕強度增強劑的聚醋酸乙烯乳液，作為消泡劑正丁醇、作為防腐劑的苯甲酸鈉、作為潤濕劑的異丙基萘磺酸鈉，作為耐火骨料的電熔剛玉粉。
[0012]所述的面層漿料通過以下方式得到:將硅溶膠倒入配漿機中，然后在攪拌的條件下按比例加入懸浮劑、分散劑、濕強度增強劑、消泡劑、防腐劑和潤濕劑，待懸浮劑完全溶解在硅溶膠之中后，在攪拌的條件下加入電熔剛玉粉，在面層漿料的配制過程中保持漩渦，使電熔剛玉粉完全分散在硅溶膠中，全過程通過冰水機控制漿料溫度不超過27°C，攪拌2h，SP獲得陶瓷型殼面層漿料；
[0013]所述的背層漿料的組分包括:作為粘結(jié)劑的硅溶膠，作為懸浮劑的瓜爾膠，作為分散劑的聚丙烯酸銨，作為濕強度增強劑的聚醋酸乙烯乳液，作為消泡劑正丁醇、作為防腐劑的苯甲酸鈉、作為潤濕劑的異丙基萘磺酸鈉，作為耐火骨料的熔融石英粉，作為添加劑的針狀海綿焦。
[0014]所述的背層漿料通過以下方式得到:將硅溶膠倒入配漿機中，然后在攪拌的條件下按比例加入懸浮劑、分散劑、濕強度增強劑、消泡劑、防腐劑，待懸浮劑完全溶解在硅溶膠之中后，在攪拌的條件下加入熔融石英粉，在背層漿料的配制過程中保持漩渦，使熔融石英粉完全分散在硅溶膠中，然后加入針狀海綿焦，繼續(xù)保持攪拌漩渦，全過程通過冰水機控制漿料溫度不超過27°C，攪拌2h，即獲得陶瓷型殼背層漿料；
[0015]所述的面層漿料的具體組分及含量為:100.00重量份的硅溶膠、0.50-1.00重量份的瓜爾膠、0.10-0.50重量份的聚丙烯酸銨、1.00-5.00重量份的聚醋酸乙烯乳液、0.05-
0.10重量份的正丁醇、0.05-0.10重量份的苯甲酸鈉、0.05-0.10重量份的異丙基萘磺酸鈉，
400.00-600.00重量份的電熔剛玉粉，該面層漿料的粘度為24-30s(4號蔡恩杯)。
[0016]所述的背層漿料的具體組分及含量為:100.00重量份的硅溶膠、0.50-1.00重量份的瓜爾膠、0.10-0.50重量份的聚丙烯酸銨、1.00-5.00重量份的聚醋酸乙烯乳液、0.05-
0.10重量份的正丁醇、0.05-0.10重量份的苯甲酸鈉、400.00-600.00重量份的熔融石英粉、
10.00-30.00重量份的針狀海綿焦，該背層漿料的粘度為30-36S(4號蔡恩杯)。
[0017]在本發(fā)明的具體實施方案中，所述的面層型砂采用電熔剛玉砂，背層型砂采用燒結(jié)莫來石砂;硅溶膠采用但不限于:堿性硅溶膠;懸浮劑采用但不限于:瓜爾膠;分散劑采用但不限于:聚丙烯酸銨;濕強度增強劑采用但不限于:聚醋酸乙烯乳液;消泡劑采用但不限于:正丁醇，優(yōu)選為化學(xué)純；防腐劑采用但不限于:苯甲酸鈉；潤濕劑采用但不限于:異丙基萘磺酸鈉；電熔剛玉粉粒度為200-325目，純度大于99.0 熔融石英粉粒度為80-325目，純度大于99.0%；電熔剛玉砂粒度為80-120目，純度大于99.0%；燒結(jié)莫來石砂粒度為35-70目，氧化鋁相含量大于68.0% ;針狀海綿焦粒度為80-200目。
[0018]本發(fā)明涉及上述方法制備得到的高潰散性陶瓷型殼，其常溫抗彎強度、730°C抗彎強度和殘余強度(730°C保溫2h，冷卻到室溫)分別為4.13?4.97、5.31?5.98以及0.44?
0.89Mpa。
[0019]本發(fā)明涉及上述高潰散性陶瓷型殼的應(yīng)用，將其用于澆注AZ91D鎂合金。
技術(shù)效果
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用沾漿、淋砂工藝制備的多層陶瓷型殼具備流水線制造的特點，型殼質(zhì)量穩(wěn)定。由于在面層漿料中加入了聚醋酸乙烯乳液作為輔助的粘結(jié)劑，使型殼具有較高的濕強度。在背層漿料中添加針狀海綿焦，不僅可以進一步增強型殼的濕強度，還可在空氣氣氛下，于500°C以上即可完全燒除無殘留，產(chǎn)生的氣孔不僅增加了陶瓷型殼的透氣性，更重要的是大幅度提高了陶瓷型殼的潰散性，澆注之后的型殼在冷卻過程中自行產(chǎn)生裂紋，不需水力清殼，采用機械結(jié)合噴丸處理，即可實現(xiàn)陶瓷型殼的清除，大大提高了鎂合金鑄造過程的效率，保證了鑄件的表面質(zhì)量和成品率。
【具體實施方式】
[0021]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0022]本實施例通過以下步驟實現(xiàn)鎂合金熔模鑄造用高潰散性陶瓷型殼的制備:
[0023]I)配制面層漿料:將10kg硅溶膠倒入配漿機中，然后在攪拌的條件下加入按比例加入1.0Okg瓜爾膠、0.50kg聚丙稀酸錢、1.0Okg聚醋酸乙稀乳液、0.1Okg正丁醇、0.05kg苯甲酸鈉、0.05kg異丙基萘磺酸鈉，待瓜爾膠完全溶解在硅溶膠中后，在攪拌條件下加入600kg電熔白剛玉粉，全過程通過冰水機控制漿料溫度不超過27°C，攪拌2h，獲得陶瓷型殼面層漿料；
[0024]2)配制背層漿料:將10kg硅溶膠倒入配漿機中，然后在攪拌的條件下加入按比例加入1.0Okg瓜爾膠、0.50kg聚丙稀酸錢、1.0Okg聚醋酸乙稀乳液、0.1Okg正丁醇、0.05kg苯甲酸鈉，待瓜爾膠完全溶解在硅溶膠中后，在攪拌條件下加入600kg熔融石英粉和30kg針狀海綿焦，全過程通過冰水機控制漿料溫度不超過27°C，攪拌2h，獲得陶瓷型殼背層漿料；