專利名稱：鎂合金熔模精密鑄造模殼的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用熔模精密鑄造工藝方法鑄造鎂合金零件的模殼以及該模殼的制備方法，具體地說，是指一種專門用于熔模精鑄工藝鑄造鎂合金零件用的陶瓷型殼以及該陶瓷型殼的制備工藝。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的熔模精鑄模殼均采用含有SiO2的粘結(jié)劑，鑄造過程中鎂合金液體和模殼將發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，致使鎂合金鑄件表層成分同心部不一致，甚至由于劇烈的氧化無法成形，為避免在鑄造過程中的化學(xué)反應(yīng)，本發(fā)明采用一種無SiO2粘結(jié)劑的凝膠和對鎂合金高溫熔體呈惰性的耐火材料制取模殼并以此來制備鎂合金鑄件。
熔模精密鑄造是指采用與實際零件形狀和尺寸相一致的蠟?zāi)Ｗ鳛殍T造型殼的制作模樣，將其組合在澆鑄系統(tǒng)中之后，利用涂料的辦法制作鑄造型殼，待干燥后進行脫蠟、燒殼處理，并將金屬液體澆鑄到型殼的型腔中，凝固以后，將陶瓷型殼打碎即可得到所需要的金屬鑄件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是公開一種不含有SiO2粘結(jié)劑的陶瓷型模殼。
本發(fā)明的目的之二是公開一種制備陶瓷型模殼的制備工藝。
本發(fā)明的一種制備鎂合金鑄件用的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于該工藝具有如下步驟(A)稀釋二氧化鋯凝膠稱取適量二氧化鋯，根據(jù)原液二氧化鋯濃度利用無水乙醇將其稀釋，稀釋后濃度控制在14％～20％，在室溫18～25℃靜置6小時以上，待用；(B)配制料漿將(A)液攪拌，在攪拌同時緩慢加入三氧化二鋁微粉，粒度為120～280目，粉液比4～7∶1，同時，加入0.05～1％(重量百分比)的表面活性劑以及0.05～1％(重量百分比)的消泡劑，配制好的料漿在室溫18～25℃靜置12小時以上，待用；(C)按常規(guī)精鑄工藝方法制取蠟?zāi)?，并進行模組組合、模組清洗、晾干，待用；
(D)對模組進行涂料，形成陶瓷型殼的面層將(C)放入(B)料漿中均勻浸沾，取出后待表面料漿均勻且無流紋后進行撒砂操作；待干燥后，將其再次放入(B)料漿中進行再一次涂料和撒砂形成陶瓷型殼的面層，其撒砂材料為三氧化二鋁細砂，粒度為80～100目，自然干燥條件下，層間干燥時間15～24小時；(E)對面層進行加固層涂料，形成陶瓷型殼的背層將經(jīng)(D)處理后的模組表面采用常規(guī)涂料方法涂掛硅基涂料，并進行撒砂操作，如此反復(fù)3～6次形成陶瓷型殼的背層，撒砂材料為煤矸石砂，粒度為30～90目；(F)脫蠟將經(jīng)(E)處理后的殼放入烘箱或者微波中進行脫蠟處理；(G)燒殼將經(jīng)(F)處理后的型殼在高溫爐中采用常規(guī)燒殼方法進行燒結(jié)處理，焙燒溫度控制在600℃～700℃，燒殼時間50～90分鐘，即得陶瓷型殼。
本發(fā)明的優(yōu)點是經(jīng)低倍金相檢測鑄件，晶粒尺度比常規(guī)砂型鑄造細小，鑄件表面光潔度、尺寸精度與同種工藝鑄鋁件相當。鑄件表面成分與心部基本一致。陶瓷型模殼在高溫條件下對鎂合金具有化學(xué)穩(wěn)定性，同時滿足薄壁、超薄壁復(fù)雜形狀零件成形工藝要求，并且對環(huán)境無污染、成本相對低廉的制殼技術(shù)勢必對鎂及其鎂合金應(yīng)用范圍的擴大直到推動作用。


圖1是本發(fā)明陶瓷型殼的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.面層2.背層圖2是采用本發(fā)明制備工藝制得的陶瓷型殼的一個實施例的實物照片。
圖3是本發(fā)明陶瓷型殼的制備工藝流程圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明公開了一種制備鎂合金鑄件用的陶瓷型殼的制備工藝，陶瓷型殼的面層1由濃度14％～20％的二氧化鋯凝膠、粒度小于120目的三氧化二鋁微粉、0.05～1％(重量百分比)的表面活性劑和消泡劑混合攪拌配制面成，其撒砂材料為蘭氧化二鋁細砂；背層2料漿由濃度16％～20％的硅凝膠、粒度小于120目的煤矸石微粉、0.05～1％(重量百分比)的表面活性劑和消泡劑混合攪拌配制而成，其撒砂材料為煤矸石砂。經(jīng)本發(fā)明的制備工藝得到的陶瓷型殼面層不含有SiO2粘結(jié)劑，經(jīng)該工藝制備的鎂合金鑄件經(jīng)低倍金相檢測，晶粒尺度比常規(guī)砂型鑄造細小，鑄件表面光潔度、尺寸精度與同種工藝鑄鋁件相當。鑄件表面成分與心部基本一致。陶瓷型模殼在高溫條件下對鎂合金具有化學(xué)穩(wěn)定性，并且對環(huán)境無污染。
本發(fā)明的制備鎂合金鑄件用陶瓷型模殼的制備工藝，包括如下步驟(A)稀釋二氧化鋯凝膠稱取適量二氧化鋯，根據(jù)原液二氧化鋯濃度利用無水乙醇將其稀釋，稀釋后濃度控制在14％～20％，在室溫18～25℃靜置6小時以上，待用；(B)配制料漿將(A)液攪拌，在攪拌同時緩慢加入三氧化二鋁微粉，粒度為120～280目，粉液(三氧化二鋁微粉與稀釋后的二氧化鋯液體)比4～7∶1，同時加入0.05～1％(重量百分比)的表面活性劑增強粉液潤濕性、加入0.05～1％(重量百分比)的消泡劑去除漿料中氣泡，充分保證型殼面層的表面光潔度，配制好的料漿在室溫18～25℃靜置12小時以上，待用；(C)按常規(guī)精鑄工藝方法制取蠟?zāi)?，并進行模組組合、進行模組清洗、晾干，待用；(D)對模組進行涂料，形成陶瓷型殼的面層將(C)放入(B)料漿中均勻浸沾，取出后待表面料漿均勻且無流紋后進行撒砂操作，待干燥后，將其再次放入(B)料漿中進行再一次涂料和撒砂形成陶瓷型殼的面層，其撒砂材料為三氧化二鋁細砂，粒度為80～100目；自然干燥條件下，層間干燥時間約為15～24小時。面層涂料厚度和層數(shù)應(yīng)視零件形狀和大小的不同適當調(diào)整，一般控制在1～3層。
(E)對面層進行加固層涂料，形成陶瓷型殼的背層將經(jīng)(D)處理后的模組表面采用常規(guī)涂料方法涂掛硅基涂料，并進行撒砂操作，如此反復(fù)進行數(shù)次，一般加固層涂料次數(shù)控制在3～6層，撒砂材料為煤矸石砂，粒度為30～90目；應(yīng)注意，層與層之間必須保證前一層涂料的充分干燥，不能有回溶、鼓脹等現(xiàn)象發(fā)生以防止面層涂料發(fā)生龜裂。硅基涂料的配制與(B)同，只是膠體為精密鑄造常規(guī)采用的含硅凝膠，如硅溶膠、硅酸乙酯水解液等，粉料為耐火材料煤矸石粉，粒度為120～280目。
(F)脫蠟將經(jīng)(E)處理后的殼放入烘箱或者微波中進行脫蠟處理；(G)燒殼將經(jīng)(F)處理后的型殼放入高溫爐中采用常規(guī)燒殼方法進行燒結(jié)處理，即得陶瓷型殼。焙燒溫度控制在600℃～700℃。燒殼過程為保證型殼不乏省脹裂，應(yīng)適當控制加熱速度，一般隨爐升溫至300℃保溫20～30分鐘，再連續(xù)升溫至600℃～700℃保溫30～50分鐘，即可直接澆鑄鑄件或冷卻后待用。
在本發(fā)明中，粘結(jié)劑采用對鎂合金熔體具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性的不含二氧化硅的有機溶膠——二氧化鋯凝膠，膠體顆粒尺寸為保證與粉料匹配一般控制在20～100nm范圍。面層耐火材料選用三氧化二鋁微粉，撒砂材料同樣是采用三氧化二鋁細砂。粘結(jié)劑采用不含二氧化硅的有機溶膠。
面層料漿配制前，首先應(yīng)調(diào)整有機溶膠粘度，粘度過高影響粉液比，過低型殼面層易剝落，實際操作過程中粉液比控制在4.5～6.5∶1，加入微量的活性劑一方面可以提高粉料與粘結(jié)劑的潤濕性，另一方面可以提高料漿的涂掛性。活性劑最好選擇有機物，以利于在高溫?zé)Y(jié)過程中完全去除。料漿應(yīng)在室溫18～25℃攪拌4小時以上，并停放12小時以后再使用。第二層面層漿料應(yīng)調(diào)整粘度，使其能充分浸潤第一層又不會使第一層回溶。兩面層撒砂材料均為對鎂液呈化學(xué)穩(wěn)定的氧化物。
實施例(A)稀釋1000ml二氧化鋯凝膠在1000ml二氧化鋯凝膠中加入無水乙醇將其稀釋為濃度在20％的二氧化鋯凝膠液，在室溫20℃靜置6小時，待用；(B)配制料漿將(A)液攪拌，在攪拌同時緩慢加入4000g粒度為120目的三氧化二鋁微粉，同時加入0.5g的表面活性劑洗滌液用作增強粉液潤濕性，同時加入0.6g的消泡劑正辛醇去除漿料中氣泡，將配制好的料漿在室溫20℃靜置12小時，待用；(C)按常規(guī)精鑄工藝方法制取蠟?zāi)?，并進行模組組合、進行模組清洗、晾干，待用；在該實施例中制取蠟?zāi)２捎弥袦啬Ａ希瑝合灉囟瓤刂圃?7～53℃，制模壓強控制在0.1～0.4MP，保壓時間5～20秒，模具溫度視具體零件形狀、尺寸自定，一般為25～35℃。
(D)對模組進行涂料，形成陶瓷型殼的面層將(C)放入(B)料漿中均勻浸沾上(B)料漿，取出后待表面料漿均勻且無流紋后進行撒砂操作，其撒砂材料為三氧化二鋁細砂，粒度為80目；待干燥后，將其再次放入(B)料漿中進行再一次均勻浸沾上(B)料漿，取出后待表面料漿均勻且無流紋后進行撒砂操作；此步驟中涂料和撒砂操作可以根據(jù)需經(jīng)溶模精鑄零件形狀和大小的不同適當調(diào)整，此步驟中重復(fù)3次涂料和撒砂即得到具有三層結(jié)構(gòu)的面層。在自然干燥條件下，層間干燥時間約為24小時。
(E)對面層進行加固層涂料，形成陶瓷型殼的背層將經(jīng)(D)處理后的模組表面采用常規(guī)涂料方法涂掛硅基涂料，并進行撒砂操作，撒砂材料為煤矸石砂，粒度為30目；此步驟中進行涂料的撒砂操作次數(shù)可以控制在6層，應(yīng)注意，層與層之間必須保證前一層涂料的充分干燥，不能有回溶、鼓脹等現(xiàn)象發(fā)生以防止面層涂料發(fā)生龜裂。此步驟中所需的硅基涂料的配制工藝與配制料漿(B)相同，只是膠體為精密鑄造常規(guī)采用的含硅凝膠，如硅溶膠、硅酸乙酯水解液等，稀釋硅凝膠時采用去離子水進行稀釋，稀釋濃度為16～20％，粉料為耐火材料煤矸石粉，粒度為120目。
(F)脫蠟將經(jīng)(E)處理后的殼放入烘箱或者微波中進行脫蠟處理；(G)燒殼將經(jīng)(F)處理后的型殼放入高溫爐中采用常規(guī)燒殼方法進行燒結(jié)處理，即得陶瓷型殼。焙燒溫度控制在600℃。燒殼過程為保證型殼不發(fā)生脹裂，應(yīng)適當控制加熱速度，一般隨爐升溫至300℃保溫30分鐘，再連續(xù)升溫至600℃，在此溫度保溫30分鐘，即燒殼工藝結(jié)束。
經(jīng)此工藝制備得到的陶瓷型殼可以直接澆鑄鑄件或者冷卻后待用。
經(jīng)低倍金相檢測鑄件，晶粒尺度比常規(guī)砂型鑄造細小，鑄件表面光潔度、尺寸精度與同種工藝鑄鋁件相當。鑄件表面成分與心部基本一致。陶瓷型模殼在高溫條件下對鎂合金具有化學(xué)穩(wěn)定性，同時滿足薄壁、超薄壁復(fù)雜形狀零件成形工藝要求，并且對環(huán)境無污染、成本相對低廉的制殼技術(shù)勢必對鎂及其鎂合金應(yīng)用范圍的擴大直到推動作用。
權(quán)利要求
1.一種制備鎂合金鑄件用的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于該工藝具有如下步驟(A)稀釋二氧化鋯凝膠稱取適量二氧化鋯，根據(jù)原液二氧化鋯濃度利用無水乙醇將其稀釋，稀釋后濃度控制在14％～20％，在室溫18～25℃靜置6小時以上，待用；(B)配制料漿將(A)液攪拌，在攪拌同時緩慢加入三氧化二鋁微粉，粒度為120～280目，粉液比4～7∶1，同時，加入0.05～1％(重量百分比)的表面活性劑以及0.05～1％(重量百分比)的消泡劑，配制好的料漿在室溫18～25℃靜置12小時以上，待用；(C)按常規(guī)精鑄工藝方法制取蠟?zāi)?，并進行模組組合、模組清洗、晾干，待用；(D)對模組進行涂料，形成陶瓷型殼的面層將(C)放入(B)料漿中均勻浸沾，取出后待表面料漿均勻且無流紋后進行撒砂操作；待干燥后，將其再次放入(B)料漿中進行再一次涂料和撒砂形成陶瓷型殼的面層，其撒砂材料為三氧化二鋁細砂，粒度為80～100目，自然干燥條件下，層間干燥時間15～24小時；(E)對面層進行加固層涂料，形成陶瓷型殼的背層將經(jīng)(D)處理后的模組表面采用常規(guī)涂料方法涂掛硅基涂料，并進行撒砂操作，如此反復(fù)3～6次形成陶瓷型殼的背層，撒砂材料為煤矸石砂，粒度為30～90目；(F)脫蠟將經(jīng)(E)處理后的殼放入烘箱或者微波中進行脫蠟處理；(G)燒殼將經(jīng)(F)處理后的型殼在高溫爐中采用常規(guī)燒殼方法進行燒結(jié)處理，焙燒溫度控制在600℃～700℃，燒殼時間50～90分鐘，即得陶瓷型殼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于在工藝步驟(D)中，面層涂料厚度和層數(shù)應(yīng)視鎂合金零件形狀和大小的不同適當調(diào)整，一般控制在1～3層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于在工藝步驟(E)中所需的硅基涂料配制為將硅凝膠濃度利用去離子水將其稀釋，稀釋后濃度控制在16％～20％，在室溫18～25℃靜置6小時以上，待用；將稀釋后的硅凝膠液攪拌，在攪拌同時緩慢加入煤矸石粉微粉，粒度為120～280目，粉液比達到4～7∶1，同時，加入0.05～1％(重量百分比)的表面活性劑以及0.05～1％(重量百分比)的消泡劑，配制好后在室溫18～25℃靜置12小時以上，待用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于硅基涂料可以是硅溶膠或者硅酸乙酯水解液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于在工藝步驟(B)中粉液比控制在4.5～6.5∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于在工藝步驟(G)中焙燒溫度應(yīng)適當控制加熱速度，一般隨爐升溫至300℃保溫20～30分鐘，再連續(xù)升溫至600℃～700℃保溫30～50分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于在面層涂料(D)步驟和背層涂料(E)步驟中須保證型殼在每進行一次涂層后要使層面充分干燥后再進行下一次的涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于制備得到的陶瓷型殼為面層和背層結(jié)構(gòu)，其面層材質(zhì)為由濃度14％～20％的二氧化鋯凝膠、粒度小于120目的三氧化二鋁微粉、0.05～1％(重量百分比)的表面活性劑和0.05～1％(重量百分比)的消泡劑混合攪拌配制而成，其撒砂材料為三氧化二鋁細砂，粒度為80～100目；其背層材質(zhì)為由濃度16％～20％的硅凝膠、粒度小于120目的煤矸石微粉、0.05～1％(重量百分比)的表面活性劑和0.05～1％(重量百分比)的消泡劑混合攪拌配制而成，撒砂材料為煤矸石砂，粒度為30～90目。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、8所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于所述的活性劑可以是洗滌液或者烷基苯磺酸鹽；所述的消泡劑可以是正辛醇或者異戊醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型殼的制備工藝，其特征在于制備得到的陶瓷型殼可直接澆鑄鑄件或者冷卻后待用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備鎂合金鑄件用的陶瓷型殼的制備工藝，陶瓷型殼的面層由濃度14％～20％的二氧化鋯凝膠、粒度小于120目的三氧化二鋁微粉、0.05～1％的表面活性劑和消泡劑混合攪拌配制而成，撒砂材料為三氧化二鋁細砂；背層料漿由濃度16％～20％的硅凝膠、粒度小于120目的煤矸石微粉、0.05～1％的表面活性劑和消泡劑混合攪拌配制而成，撒砂材料為煤矸石砂。經(jīng)本發(fā)明的制備工藝得到的陶瓷型殼面層不含有SiO
文檔編號B22C9/04GK1562522SQ20041000896
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月22日
發(fā)明者周鐵濤, 劉培英, 胡成宇 申請人:北京航空航天大學(xué)