專利名稱：：一種粉煤灰消失模鑄鋁涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用粉煤灰代替高溫耐火粉料制備鑄鋁涂料，特別涉及粉煤灰消失模鑄造涂料的制備配方和制備方法。
背景技術(shù)：
：消失模鑄造(EPC法)是將真空密封造型法與實(shí)型鑄造進(jìn)行工藝結(jié)合而形成的一種新的鑄造工藝方法，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)該鑄造工藝被廣泛采用。消失模鑄造是將EPS模涂敷涂料后埋入不含水分、粘結(jié)劑以及其他附加物的干砂中，經(jīng)過(guò)震實(shí)臺(tái)震動(dòng)緊實(shí)，砂箱抽真空，在澆注時(shí)，砂箱保持一定負(fù)壓的條件下澆注金屬液，EPS模在金屬液的作用下受熱分解氣化，金屬液填充EPS模留下的型腔，冷卻后形成鑄件。消失模鑄造的工藝特點(diǎn)(1)簡(jiǎn)化工序，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率消失模鑄造省去了型芯盒和芯骨制備以及芯砂配制的工序；操作上又省去了取模、修型和配箱等許多工序。因此，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。特別對(duì)單件、形狀復(fù)雜的鑄件，效果更顯著。按目前的生產(chǎn)水平統(tǒng)計(jì)，一般可提高制模效率0.5-3倍，提高造型效率2-5倍。(2)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了制模和造型工的操作環(huán)境造型省去了脫模、修型和合箱等工序，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度和改善了操作條件。而且該法在澆注時(shí)產(chǎn)生的廢氣可通過(guò)密閉管道排放到車(chē)間外進(jìn)行凈化處理，改善了生產(chǎn)環(huán)境。(3)提高了鑄件的尺寸精度消失模鑄造是整體造型，沒(méi)有分型面，又省去了配箱、組芯等工序，避免了在普通鑄造中因起模和配箱所導(dǎo)致的尺寸偏差，因而提高了鑄件的尺寸精度，減少了機(jī)加工量。(4)增加了零件的設(shè)計(jì)自由度消失模鑄造沒(méi)有分型和取模的造型工藝，這樣就減少了鑄造工藝性要求，為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的自由度。由于模樣不需芯子，可使設(shè)計(jì)者精確的鑄出復(fù)雜內(nèi)腔，甚至多內(nèi)腔的鑄件，鑄件壁也可以是曲面或變截面。(5)鑄件質(zhì)量好、廢品率低造型后，鑄型是一個(gè)整體的，沒(méi)有分型面、不需取模，也不必考慮脫模斜度，所以杜絕了鑄件的錯(cuò)箱和表面的飛邊、毛刺等疵病。同時(shí)，還避免了像普通砂型鑄造因造型操作不慎遺漏在鑄型內(nèi)的殘砂所導(dǎo)致的砂眼缺陷。在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)可不考慮飛邊、芯破裂、芯座和出砂問(wèn)題。對(duì)鑄件生產(chǎn)者來(lái)說(shuō)沒(méi)必要提供專用制芯、混砂、下芯、清砂工具，不會(huì)產(chǎn)生破芯、壞芯以及使用芯子形成的氣孔或其它問(wèn)題，內(nèi)腔不用粘性砂還可減少鑄件清理量，沒(méi)有芯座、芯撐、芯骨、飛邊等減少了鑄件最后清理量。(6)冒口設(shè)計(jì)方便，金屬液利用率高在砂型鑄造中很難設(shè)置的球形暗冒口，而在消失模鑄造中可以很方便的安置在任何位置；同時(shí)，由于容易在砂箱中將EPS模串聯(lián)起來(lái)實(shí)行群鑄，因而，大大節(jié)約澆注系統(tǒng)中的液態(tài)金屬。(7)工藝技術(shù)容易掌握，生產(chǎn)管理方便消失模鑄造簡(jiǎn)化了模樣制作工藝，簡(jiǎn)化了造型操作和工藝裝備，使工藝技術(shù)容易掌握和普及。同時(shí)，使用單一型料，不用對(duì)造型材料進(jìn)行日常性能檢査；也不存在模樣的保管和大批沙箱的堆放問(wèn)題，因而車(chē)間的生產(chǎn)管理工作大大簡(jiǎn)化。(8)投資少，見(jiàn)效快由于生產(chǎn)工序少，各道工序操作簡(jiǎn)便，使工藝裝備的品種和數(shù)量大為減少。消失模鑄造不用龐大的砂處理設(shè)備，用振動(dòng)工作臺(tái)代替了各種類型的造型設(shè)備，造型材料可以完全回收使用，因此，投資少。因本法工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)易掌握，即使是十分復(fù)雜的鑄件，一般制模工和造型工均可方便的制得。在消失模鑄造中，涂料起著很重要的作用，是決定鑄件質(zhì)量好壞的主要因素，沒(méi)有涂敷涂料的EPS模是很難澆注成合格鑄件的，因此消失模涂料是其工藝技術(shù)成功的關(guān)鍵之一。由于EPS模埋型后，被干砂型料密實(shí)的包覆，其與干砂接觸界面上有許多的細(xì)小空隙，澆注金屬液在真空抽力下滲入砂?？障叮斐设T件表面針狀凸起或者嚴(yán)重的黏砂，所以為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須在模型上涂敷一層專有的涂料，即消失模涂料。消失模鑄造涂料的主要作用(1)提高EPS模樣的強(qiáng)度和剛度涂料可以防止模樣在運(yùn)輸、填砂振動(dòng)時(shí)破壞或變形，起到加固模樣的作用。(2)隔離作用涂料層是液態(tài)金屬與干砂之間重要的隔離介質(zhì)。涂層防止了金屬液滲入干砂中，以保證得到表面光潔、無(wú)粘砂的鑄件。同時(shí)，防止干砂流入金屬液與EPS模的間隙中，避免造成鑄型坍塌。(3)透氣作用涂料層能使EPS模熱分解的產(chǎn)物順利地排逸到鑄型中去，防止鑄件產(chǎn)生氣孔、炭黑缺陷等。消失模鑄造涂料基本要求消失模涂料與一般的鑄造涂料有很大的不同，其主要區(qū)別在于(1)由于消失模鑄造是在真空下澆注涂料產(chǎn)生的氣體較容易被吸走，要求涂料本身發(fā)氣量不是很?chē)?yán)格，而砂型鑄造要求涂料發(fā)氣量?。?2)消失模涂料涂層要求具有很好的強(qiáng)度和剛度；(3)消失模涂料涂層要求具有很好高溫透氣性；(4)由于EPS模樣不容易被浸潤(rùn)，要求涂料具有很高的浸潤(rùn)性，目前，消失模鑄鋁涂料主要用石英粉、滑石粉、云母粉、剛玉、鋯英粉、高鋁礬土等耐火材料作為骨料，配制涂料。人們也在不斷尋求各種新型耐火材料，如粉煤灰、硅線石涂料、葉臘石涂料、長(zhǎng)石粉。在選擇涂料骨料的種類時(shí)，主要依據(jù)耐火的性質(zhì)及特點(diǎn)，如粉粒的尺寸和形狀；密度；耐火度；熱膨脹系數(shù)；與鑄造金屬及型砂的化學(xué)反應(yīng)性；熱傳導(dǎo)率；氣體含量；原材料的易得程度及價(jià)格；對(duì)人體健康有無(wú)危害、對(duì)環(huán)境污染程度等。粉煤灰是火力發(fā)電廠煤粉燃燒后排放的固體廢料，由于粉煤灰的化學(xué)組成、理化性質(zhì)和礦物組成基本符合消失模鑄造涂料對(duì)粉料的要求，可以配制涂料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠適應(yīng)消失模鑄造工藝鑄鋁件生產(chǎn)的粉煤灰消失模鑄鋁涂料及其制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種粉煤灰消失模鑄鋁涂料，其特征在于制得的該涂料由耐火粉料、添加劑和載液組成，其中耐火粉料由粉煤灰、高鋁礬土和滑石粉組成，其質(zhì)量百分比為粉煤灰:60%，高鋁磯土25%,滑石粉15%;添加劑由鋰基膨潤(rùn)土、酚醛樹(shù)脂、CMC、硅溶膠、PVA和消泡劑組成，它們分別占耐火粉料的質(zhì)量百分比為鋰基膨潤(rùn)土2%，酚醛樹(shù)脂1.6%，CMC:0.6%，硅溶膠3.5%,PVA:0.5%，消泡劑0.2%;載液為水，占耐火粉料的30%40%。上述粉煤灰消失模鑄鋁涂料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟1)原材料預(yù)處理鋰基膨潤(rùn)土用冷水溶脹，并調(diào)成膏狀，水用量為鋰基膨潤(rùn)土的815倍；CMC:用冷水浸泡化開(kāi)，制成膠體狀且濃度為1%2%的水溶液，浸泡時(shí)間在24h以上；PVA:用熱水浸泡化開(kāi)，制成膠體狀且濃度為1%2%的水溶液，浸泡時(shí)間在24h以上；2)混合攪拌、分散將稱量好并預(yù)處理過(guò)的鋰基膨潤(rùn)土、粉煤灰和高鋁礬土粉料、滑石粉、酚醛樹(shù)脂、硅溶膠、消泡劑、預(yù)處理過(guò)的CMC和PVA依次加入到攪拌機(jī)中，并加適量水進(jìn)行混合、攪拌及分散，控制攪拌機(jī)的速度在600r/min1000r/min之間，攪拌時(shí)間為2.0h2.5h,使涂料混合均勻。3)研磨均化將攪拌機(jī)中攪拌均勻的涂料送入膠體磨中研磨30min，并按涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)加入載液，調(diào)節(jié)涂料的密度和粘度，達(dá)到涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求；4)包裝將調(diào)整好密度和粘度的涂料裝入到涂料專用桶中，密封，制得成品。本發(fā)明制備的粉煤灰消失模鑄鋁涂料，經(jīng)噴涂(或浸涂、刷涂)涂敷EPS模表面后，4060'C加熱烘干形成涂層。鑄件澆注后涂層易于剝離，清砂容易。使用該涂料可獲得鑄件表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的效果。圖1是粉煤灰消失模鑄造涂料制備流程圖；以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。具體實(shí)施例方式1、粉煤灰消失模鑄鋁涂料骨料的可行性分析(1)粉煤灰的化學(xué)組成對(duì)粉煤灰的很多研究結(jié)果表明粉煤灰的主要化學(xué)成分為Si02、A120:CaO和Fe203等。我國(guó)電廠粉煤灰化學(xué)成分的變化范圍如表l所示。表l:粉煤灰的化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(2)粉煤灰的理化性質(zhì)粉煤灰是粉煤燃燒后由煙氣自鍋爐帶出的粉狀殘留物，是煤炭中的灰分(主要為硅、鋁、鈣、鐵等元素的無(wú)機(jī)礦物質(zhì))，在鍋爐經(jīng)歷了分解、燒結(jié)、熔融及冷卻等過(guò)程后形成的固體顆粒。粒徑在O.001mrn0.lmm之間。粉煤灰是灰白色的粉狀物，含水量大的粉煤灰呈黑色。粉煤灰的組成和性質(zhì)是由原煤的成分、燃燒的條件和處理方法等因素決定的。經(jīng)研究證明，我國(guó)粉煤灰的平均比重2.14g/cm3。(3)粉煤灰的礦物組成粉煤灰含有以硅鋁為主的化學(xué)成分，礦物相包括大量的玻璃相和礦物晶相及各種結(jié)構(gòu)類型。這主要是因?yàn)槊旱姆N類和多種礦物雜質(zhì)的存在。煤中的主要礦物包括硅酸鹽、氧化物、碳酸鹽、亞硫酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等。由于這些礦物的存在，在煤燃燒后而成為灰分。在灰分(粉煤灰)中，結(jié)晶相主要有石英、莫來(lái)石、云母、長(zhǎng)石、赤鐵礦和少量方解石、鈣長(zhǎng)石等組成。灰分就是這些無(wú)機(jī)化合物的混合物，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，通常以其軟化溫度作為它的熔點(diǎn)。根據(jù)灰分的軟化溫度，灰分可分為以下三類①易熔灰分〈120(TC;②可熔灰分120(TC135(TC;③難熔灰分〉1350。C。(4)用作涂料骨料的可行性通過(guò)對(duì)粉煤灰的理化性質(zhì)、化學(xué)組成以及礦物組成的分析，結(jié)合對(duì)消失模鑄鋁涂料粉料的要求可以看出①在成分方面，鑄鋁涂料所用的粉料一般有石英粉、滑石粉、云母粉、剛玉、鋯英粉等耐火材料。而這些耐火粉料的主要成分是Si02、A1203、CaO、MgO、Zr02、Fe203等。從上面對(duì)粉煤灰的成分分析可以看出，其主要成分包括Si02、A1203、CaO、Fe203等，粉煤灰的成分與鑄造涂料粉料的成分基本相符。因而在化學(xué)成分上符合要求。②在物化性質(zhì)方面，因?yàn)楝F(xiàn)在鑄鋁涂料所用到的粉料石英粉、鋁礬土、石墨粉、比重都在2.0g/cmS以上。而我國(guó)粉煤灰的平均比重為2.14g/cm3，因而滿足粉料對(duì)密度的要求。③涂料的耐火粉料具有較高的耐火度積熱穩(wěn)定性。從粉煤灰的礦物組成看主要是由莫來(lái)石相組成，莫來(lái)石的熔點(diǎn)在1卯(TC以上，因而使得粉煤灰具有一定的耐火度。綜上所述，粉煤灰用于制備消失模鑄鋁涂料是可行的。2、粉煤灰消失模鑄鋁涂料的基本配方如表2所示表2:粉煤灰消失模鑄鋁涂料的基本配方<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>3、用粉煤灰生產(chǎn)鑄鐵涂料的經(jīng)濟(jì)效益(1)粉煤灰制備鑄造涂料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義粉煤灰是我國(guó)主要的固體廢棄物，利用粉煤灰生產(chǎn)鑄造涂料，是實(shí)現(xiàn)資源綜合利用的措施之一，也是我國(guó)倡導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，不僅粉煤灰資源獲得了利用，而且也防止了環(huán)境污染。(2)投資小，見(jiàn)效快粉煤灰的價(jià)格便宜(40元/噸)，投資50萬(wàn)元建廠，年產(chǎn)量可達(dá)到IOOO噸，若每噸涂料按4000元計(jì)算，銷售收入400萬(wàn)元，當(dāng)年即盈利。(3)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。4、粉煤灰消失模鑄造涂料制備參見(jiàn)圖l，制備工序包括(1)原材料預(yù)處理鋰基膨潤(rùn)土用冷水溶脹，并調(diào)成膏狀，水的用量為鋰基膨潤(rùn)土的815倍；CMC(羧甲基纖維素鈉)用冷水浸泡化開(kāi)，制成膠體狀且濃度為1~2%的水溶液，浸泡時(shí)間在24h以上；PVA(市售的聚乙烯醇)用熱水浸泡化開(kāi)，制成膠體狀且濃度為1~2%的水溶液，浸泡時(shí)間在24h以上；(2)混合攪拌、分散將稱量好預(yù)處理過(guò)的鋰基膨潤(rùn)土、粉煤灰、高鋁礬土、滑石粉、酚醛樹(shù)脂、硅溶膠、消泡劑、預(yù)處理過(guò)的CMC、PVA依次加入到攪拌機(jī)中，并加適量水進(jìn)行混合、攪拌及分散?？刂茢嚢铏C(jī)的速度在6001000r/min，攪拌時(shí)間為2.02.5h，使涂料混合均勻。(3)研磨均化將攪拌機(jī)中攪拌均勻的涂料送入膠體磨中研磨30min，使涂料成為穩(wěn)定的體系，具有良好的懸浮能力，并按涂料標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)規(guī)定加入載液，調(diào)節(jié)涂料的密度、粘度等，以達(dá)到涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。(4)裝桶(罐)將調(diào)整好密度和粘度的涂料裝入到涂料專用桶中，密封，制得成品。(5)、涂料制備設(shè)備A、攪拌機(jī)容積O.3cm3，轉(zhuǎn)速可調(diào)n=100~1000r/minB、膠體磨JTM85DG型立式膠體磨，是一種超細(xì)粉碎機(jī)械，它兼有粉碎、乳化、分散、均質(zhì)、攪拌等功能。5、涂料的各項(xiàng)性能及特點(diǎn)1)適用范圍粉煤灰消失模鑄鋁涂料適應(yīng)消失模鑄造工藝的鑄鋁件生產(chǎn)。涂料經(jīng)噴涂(或浸涂、刷涂)涂敷EPS模表面后，406(TC加熱烘干形成涂層。鑄件澆注后涂層易于剝離，清砂容易。使用該涂料可獲得鑄件表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的效果。2)涂料性能如表3所示<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>3)涂料的性能特點(diǎn):(1)涂料外觀均勻，涂料沒(méi)有腐蝕性物質(zhì)和放射性;(2)涂料含固量高，懸浮穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期存貯不結(jié)塊，易攪拌；(3)涂料具有優(yōu)異的觸變性，適應(yīng)性強(qiáng)，使用方便，可適應(yīng)于噴涂、浸涂、刷涂等工藝，涂刷時(shí)手感輕松滑爽，涂層光潔致密；(4)涂料附著強(qiáng)度高，干燥(烘干或自干)時(shí)，不開(kāi)裂，不起皮，涂層光潔致密；(5)涂料抗粘砂性強(qiáng)，澆注后涂層易剝離，清砂工效高，鑄件表面光潔；(6)涂料價(jià)格便宜。6、粉煤灰消失模鑄鋁涂料使用實(shí)施例為了驗(yàn)證本發(fā)明制備的粉煤灰消失模鑄鋁涂料的實(shí)際使用效果，在某企業(yè)進(jìn)行了澆注實(shí)驗(yàn)。澆注ZL102鑄鋁合金件，鑄件質(zhì)量350kg，壁厚10mm，澆注溫度為72(TC。EPS的模樣采用噴涂涂敷涂料，涂層厚度為lmm左右。經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，涂料各項(xiàng)性能均良好。鑄件澆注后涂層易于剝離，清砂容易，鑄件表面光滑，輪廓清晰，沒(méi)有氣孔和巻砂現(xiàn)象發(fā)生。權(quán)利要求1、一種粉煤灰消失模鑄鋁涂料，其特征在于制得的該涂料由耐火粉料、添加劑和載液組成，其中耐火粉料由粉煤灰、高鋁礬土和滑石粉組成，其質(zhì)量百分比為粉煤灰60％，高鋁礬土25％，滑石粉15％；添加劑由鋰基膨潤(rùn)土、酚醛樹(shù)脂、CMC、硅溶膠、PVA和消泡劑組成，它們分別占耐火粉料的質(zhì)量百分比為鋰基膨潤(rùn)土2％，酚醛樹(shù)脂1.6％，CMC0.6％，硅溶膠3.5％，PVA0.5％，消泡劑0.2％；載液為水，占耐火粉料的30％～40％。2、如權(quán)利要求1所述的煤灰消失模鑄鋁涂料，其特征在于，所述的粉煤灰的粒度為150目和270目，各占粉煤灰總質(zhì)量的一半。3、權(quán)利要求1所述的粉煤灰消失模鑄鋁涂料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟:1)原材料預(yù)處理鋰基膨潤(rùn)土用冷水溶脹，并調(diào)成膏狀，水用量為鋰基膨潤(rùn)土的815倍；CMC:用冷水浸泡化開(kāi)，制成膠體狀且濃度為1%2%的水溶液，浸泡時(shí)間在24h以上；PVA:用熱水浸泡化開(kāi)，制成膠體狀且濃度為1%2%的水溶液，浸泡時(shí)間在24h以上；2)混合攪拌、分散將稱量好預(yù)處理過(guò)的鋰基膨潤(rùn)土、粉煤灰、高鋁礬土粉料、滑石粉、酚醛樹(shù)脂、硅溶膠、消泡劑、預(yù)處理過(guò)的CMC和PVA依次加入到攪拌機(jī)中，并加適量水進(jìn)行混合、攪拌及分散，控制攪拌機(jī)的速度在600r/min1000r/min之間，攪拌時(shí)間為2.0h2.5h，使涂料混合均勻；3)研磨均化-將攪拌機(jī)中攪拌均勻的涂料送入膠體磨中研磨30min，并按涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)加入載液，調(diào)節(jié)涂料的密度和粘度，達(dá)到涂料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求；4)包裝將調(diào)整好密度和粘度的涂料裝入到涂料專用桶中，密封，制得成品。4、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的粉煤灰的粒度為150目和270目，各占粉煤灰總質(zhì)量的一半。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種粉煤灰消失模鑄鋁涂料及其制備方法，制得的該涂料由耐火粉料、添加劑和載液組成，其中耐火粉料由粉煤灰、高鋁礬土和滑石粉組成，添加劑由鋰基膨潤(rùn)土、酚醛樹(shù)脂、CMC、硅溶膠、PVA和消泡劑組成，載液為水。本發(fā)明制備的粉煤灰消失模鑄鋁涂料，經(jīng)噴涂(或浸涂、刷涂)涂敷EPS模表面后，40～60℃加熱烘干形成涂層。鑄件澆注后涂層易于剝離，清砂容易。使用該涂料可獲得鑄件表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的效果。文檔編號(hào)B22C3/00GK101602087SQ20091002330公開(kāi)日2009年12月16日申請(qǐng)日期2009年7月13日優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日發(fā)明者華建社,夏耀和,樊建利,王秀娟申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)