一種鋁合金消失模鑄造用涂料的制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種鋁合金消失模鑄造用涂料的制備方法，屬有色金屬鑄造輔助材料的制備及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

消失模鑄造技術(shù)具有尺寸精度高、表面光潔度高、生產(chǎn)效率高、成本低的特點(diǎn)，在黑色金屬制造領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的使用效果。

涂料是消失模鑄造技術(shù)的關(guān)鍵，涂料的性能直接影響鑄件的質(zhì)量，涂料的使用可以降低鑄件的表面粗糙度，減少或防止鑄件粘砂、砂眼、氣孔、金屬滲透、冷隔、積碳等缺陷。

目前，鑄鋁件使用的涂料多與鑄鐵件通用，鑄鋁專用涂料少，在使用中存在涂料的觸變性差，抗流淌性不好，由于吸著性和透氣性差，致使鑄件表面質(zhì)量不好、內(nèi)部致密性差，隨著消失模鑄鋁技術(shù)應(yīng)用的增加，研制鋁合金消失模鑄造專用涂料已成為當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)的狀況，以莫來石、硅藻土、滑石粉為耐火骨料，配以水玻璃、聚乙烯醇、鈉基膨潤土、黃原膠、聚氧乙烯烷基醇醚、正丁醇，經(jīng)粉碎、研磨、過篩、混料、高速砂磨攪拌、超聲分散，制成鋁合金消失模鑄造用涂料，以提高鋁合金鑄件的質(zhì)量。

技術(shù)方案

本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為：莫來石、硅藻土、滑石粉、水玻璃、聚乙烯醇、鈉基膨潤土、黃原膠、聚氧乙烯烷基醇醚、正丁醇、去離子水，其組合準(zhǔn)備用量如下：以克、毫升為計(jì)量單位

莫來石：Al₆Si₂O₁₃ 150g±0.1g

硅藻土：SiO₂ 350g±0.1g

滑石粉：Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂ 10g±0.1g

水玻璃：Na₂SiO₃·9H₂O 22mL±0.1mL

聚乙烯醇：[C₂H₄O]_n n＝200000 7.5g±0.1g

鈉基膨潤土：Na_0.33(Al，Mg，F(xiàn)e)₂[(Si，Al)₄O₁₀](OH)₂·4H₂O 25g±0.1g

黃原膠：C₃₅H₄₉O₂₉ 1.5g±0.1g

聚氧乙烯烷基醇醚：R-O-[-CH₂CH₂O-]_n-H n＝15～16 1mL±0.1mL

正丁醇：C₄H₁₀O 1mL±0.1mL

去離子水：H₂O 2000mL±50mL

制備方法如下：

(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料

對制備使用的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制：

莫來石：固態(tài)粉體97％

硅藻土：固態(tài)粉體92.3％

滑石粉：固態(tài)粉體95％

水玻璃：液態(tài)膠體97％

聚乙烯醇：固態(tài)絮狀97％

鈉基膨潤土：固態(tài)粉體90％

黃原膠：固態(tài)粉體98％

聚氧乙烯烷基醇醚：液態(tài)液體99％

正丁醇：液態(tài)液體99％

去離子水：液態(tài)液體99.9％

(2)配置鈉基膨潤土水溶液

稱取鈉基膨潤土25g±0.1g，量取去離子水500mL±0.1mL，加入燒杯中，混合攪拌20min，成0.071mol/L的鈉基膨潤土水溶液，靜置12h備用；

(3)配置黃原膠水溶液

稱取黃原膠1.5g±0.1g，量取去離子水100mL±0.1mL，加入燒杯中，混合攪拌20min，成0.016mol/L的黃原膠水溶液，靜置12h備用；

(4)配置聚乙烯醇水溶液

稱取聚乙烯醇7.5g±0.1g，量取去離子水150mL±0.1mL，加入燒杯中，將燒杯置于水浴缸中加熱，加熱溫度97℃，攪拌加熱時(shí)間180min，成濃度為5％的聚乙烯醇水溶液；

(5)干燥處理耐火骨料

稱取莫來石150g±0.1g、硅藻土350g±0.1g、滑石粉10g±0.1g，置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥溫度50℃，干燥時(shí)間120min；

(6)粉碎、研磨、過篩處理耐火骨料

將干燥后的莫來石、硅藻土、滑石粉置于研磨機(jī)內(nèi)研磨，研磨轉(zhuǎn)數(shù)150r/min，研磨時(shí)間30min；

研磨后用400目篩網(wǎng)過篩；

研磨、過篩反復(fù)進(jìn)行；

研磨后成混合細(xì)粉，細(xì)粉顆粒直徑≤0.038mm；

(7)配料、制漿、砂磨、攪拌

配料、制漿、砂磨、攪拌是在高速砂磨分散機(jī)上進(jìn)行的，是在攪拌、砂磨、加液過程中完成的；

①將配制的鈉基膨潤土水溶液500mL±0.1mL、黃原膠水溶液100mL±0.1mL加入高速砂磨分散機(jī)內(nèi)，進(jìn)行砂磨攪拌，砂磨攪拌轉(zhuǎn)數(shù)600r/min，砂磨攪拌時(shí)間30min；

②將配制的聚乙烯醇水溶液150mL±0.1mL、水玻璃22mL±0.1mL、去離子水100mL±0.1mL，加入高速砂磨分散機(jī)內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行砂磨攪拌，砂磨攪拌轉(zhuǎn)數(shù)800r/min，砂磨攪拌時(shí)間40min；

③加入耐火骨料

將研磨過篩處理的耐火骨料莫來石、硅藻土、滑石粉的混合細(xì)粉緩慢加入高速砂磨分散機(jī)內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行砂磨攪拌，在砂磨攪拌過程中加入去離子水200mL，砂磨攪拌轉(zhuǎn)數(shù)1500r/min，砂磨攪拌時(shí)間100min；

④加入表面活性劑、消泡劑

將表面活性劑聚氧乙烯烷基醇醚1mL±0.1mL、消泡劑正丁醇 1mL±0.1mL加入高速砂磨分散機(jī)內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行砂磨攪拌，砂磨攪拌轉(zhuǎn)數(shù)1000r/min，砂磨攪拌時(shí)間30mi；

砂磨攪拌后，高速砂磨分散機(jī)內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)成粘稠狀漿液；

(8)超聲分散

將粘稠狀漿液置于聚四氟乙烯容器內(nèi)；

將盛有粘稠狀漿液的聚四氟乙烯容器置于超聲波分散儀內(nèi)的水浴槽中，進(jìn)行超聲分散，超聲波頻率60kHz，超聲分散時(shí)間240min；

(9)靜置陳化

將超聲分散后的粘稠狀漿液置于不銹鋼容器內(nèi)，在25℃下靜置陳化24h；

陳化后即為鋁合金消失模鑄造用涂料；

(10)檢測、分析、表征

對制備的鋁合金消失模鑄造用涂料的形貌、色澤、成分、化學(xué)物理性能進(jìn)行檢測、分析、表征；

用透氣性測定儀進(jìn)行涂料的透氣性分析；

用杠桿強(qiáng)度測試儀進(jìn)行涂料的抗壓強(qiáng)度分析；

用快速高溫?zé)Y(jié)爐進(jìn)行涂料的高溫抗裂性分析；

用塑料泡沫板在涂料中浸漬進(jìn)行涂料的涂掛性分析；

用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行涂料的流變性分析；

用具塞量筒進(jìn)行涂料的懸浮性分析；

結(jié)論：鋁合金消失模鑄造用涂料為灰白色粘稠狀漿液，透氣性為5.73cm²/Pa·min，抗壓強(qiáng)度為0.32MPa，高溫抗裂等級為Ⅰ級，涂掛 性良好，屈服值為6.98Pa，觸變指數(shù)為1.866，懸浮性為99％；

(11)漿液儲存

制備的粘稠狀漿液儲存于金屬筒形容器中，密閉儲存，要防火、防曬、防潮、防酸堿鹽侵蝕，儲存于陰涼潔凈環(huán)境，儲存溫度25℃，相對濕度≤10％。

有益效果

本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，是以莫來石、硅藻土和滑石粉為耐火骨料，水玻璃和聚乙烯醇為粘結(jié)劑，鈉基膨潤土和黃原膠為懸浮劑，聚氧乙烯烷基醇醚為表面活性劑，正丁醇為消泡劑，去離子水為載液溶劑；經(jīng)配置溶液、耐火骨料預(yù)處理、高速砂磨分散機(jī)攪拌、超聲分散、陳化，制成鋁合金消失模鑄造用涂料，涂料為灰白色粘稠狀液體，均勻度好、涂掛性好、懸浮性99％、透氣性5.73cm²/Pa·min、抗壓強(qiáng)度0.32MPa、高溫抗裂等級為Ⅰ級、屈服值為6.98Pa、觸變指數(shù)1.866，使用中鋁合金液充型穩(wěn)定，鑄出的鑄件表面光潔、無針孔和粘砂缺陷，是先進(jìn)的鋁合金消失模鑄造用涂料的制備方法。

附圖說明

圖1鋁合金消失模鑄造用涂料的高速砂磨分散狀態(tài)圖

圖2鋁合金消失模鑄造用涂料的超聲分散狀態(tài)圖

圖3鋁合金消失模鑄造用涂料的微觀形貌圖

圖4鋁合金消失模鑄造用涂料的衍射強(qiáng)度圖譜

圖5鋁合金消失模鑄造用涂料的高溫抗裂表面狀況圖

圖6鋁合金消失模鑄造用涂料的塑料模樣涂掛狀況圖

圖7鋁合金消失模鑄造用涂料的流變曲線圖

圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下：

1、高速砂磨分散機(jī)，2、底座，3、機(jī)蓋，4、砂磨攪拌器，5、砂磨盤，6、加液漏斗，7、控制閥，8、第一顯示屏，9、第一指示燈，10、第一電源開關(guān)，11、砂磨攪拌控制器，12、砂磨攪拌時(shí)間控制器，13、粘稠狀漿液，14、超聲波分散儀，15、超聲波水槽，16、水槽蓋，17、超聲水，18、聚四氟乙烯容器，19、容器蓋，20、鋁合金消失模鑄造用涂料，21、第二顯示屏，22、第二指示燈，23、第二電源開關(guān)，24、超聲波控制器，25、超聲分散時(shí)間控制器。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

圖1所示，為鋁合金消失模鑄造用涂料的高速砂磨分散狀態(tài)圖，各部位置、連接關(guān)系要正確，按量配比，按序操作。

制備使用的化學(xué)物質(zhì)的量值是按預(yù)先設(shè)置的范圍確定的，以克、毫升為計(jì)量單位。

粘稠狀漿液的配料、制漿、砂磨、攪拌是在高速砂磨分散機(jī)上進(jìn)行的，是在攪拌、砂磨、加液過程中完成的；

高速砂磨分散機(jī)為立式，在高速砂磨分散機(jī)1的下部為底座2、上部為機(jī)蓋3；在機(jī)蓋3上設(shè)有砂磨攪拌器4、加液漏斗6及控制閥7，并深入高速砂磨分散機(jī)1內(nèi)；砂磨攪拌器4下部設(shè)有砂磨盤5；高速砂磨分散機(jī)1內(nèi)盛放粘稠狀漿液13；在底座2上設(shè)有第一顯示 屏8、第一指示燈9、第一電源開關(guān)10、砂磨攪拌控制器11、砂磨攪拌時(shí)間控制器12。

圖2所示，為鋁合金消失模鑄造用涂料的超聲分散狀態(tài)圖，各部位置、連接關(guān)系要正確，按量配比，按序操作。

超聲波分散儀為立式，在超聲波分散儀14的上部為超聲波水槽15，超聲波水槽15上部為水槽蓋16；在超聲波水槽15內(nèi)中間部位置放聚四氟乙烯容器18，聚四氟乙烯容器18內(nèi)盛放鋁合金消失模鑄造用涂料20，并由容器蓋19密閉；在超聲波水槽15內(nèi)為超聲水17，超聲水17要淹沒聚四氟乙烯容器體積的9/10；在超聲波分散儀14上設(shè)有第二顯示屏21、第二指示燈22、第二電源開關(guān)23、超聲波控制器24、超聲分散時(shí)間控制器25。

圖3所示，為鋁合金消失模鑄造用涂料的微觀形貌圖，涂料中耐火骨料顆粒清晰、結(jié)合緊密，各組分分布其間，形成分布均勻的一體，無聚集現(xiàn)象，涂層表面均勻分布著溝槽，溝槽互相連通，為氣體排放提供通道。

圖4所示，為鋁合金消失模鑄造用涂料的衍射強(qiáng)度圖譜，圖譜中共包含三相：SiO₂相、Al₆Si₂O₁₃相和Mg₂SiO₄相，其中SiO₂相對應(yīng)的特征譜峰完整，強(qiáng)度高，較明顯，表明涂料中SiO₂相含量多；其他兩相譜峰不明顯，表明涂料中另外兩相含量少。

圖5所示，為鋁合金消失模鑄造用涂料的高溫抗裂表面狀況圖，涂層表面無裂紋，質(zhì)地均勻，平整光滑。

圖6所示，為鋁合金消失模鑄造用涂料的塑料模樣涂掛狀況圖， 塑料模樣表面涂層均勻，無露白現(xiàn)象，平整光滑，經(jīng)測試涂層平均厚度為0.8mm，可判斷涂料對塑料模樣整體涂掛良好。

圖7所示，為鋁合金消失模鑄造用涂料的流變曲線圖，從圖中可以看出，曲線的直線部分延長線交于縱軸τ₀屈服值，隨著剪切速率D的增加，剪切應(yīng)力τ增長緩慢，剪切應(yīng)力τ的增長小于剪切速率D的增長，制備出的涂料是帶有一定屈服值的假塑性流體，這是鑄造涂料理想的流體類型。