專利名稱：實(shí)型鑄造專用涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于實(shí)型鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體的指一種實(shí)型鑄造專用涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
實(shí)型鑄造技術(shù)是采用聚苯乙烯泡沫塑料制作模樣，涂刷涂料烘干后，用自硬樹(shù)脂 砂工藝造型、澆注鑄件的一種鑄造方法。在自硬樹(shù)脂砂實(shí)型鑄造工藝中，涂料是一項(xiàng)關(guān)鍵技 術(shù)，與普通涂料相比，實(shí)型鑄造用涂料在造型時(shí)要承受樹(shù)脂砂的機(jī)械沖擊、澆注時(shí)要承受金 屬液的沖刷以及模樣氣化燃燒所產(chǎn)生氣體的壓力作用?，F(xiàn)有技術(shù)中，專利號(hào)為03134231.0的中國(guó)專利公開(kāi)了一種負(fù)壓實(shí)型鑄造用涂料， 其骨干材料為320目鋯英粉或320目鋁礬土或320目石墨；粘結(jié)劑為磷酸鈉或水玻璃或聚 乙烯醇縮甲醛及其結(jié)合；溶劑為水或乙醇；濕潤(rùn)劑為丙酮；發(fā)泡劑為烷基磺酸鈉；涂料質(zhì)量 配比為骨干材料70 80%，粘結(jié)劑4 8%，濕潤(rùn)劑0.8 1.2%，發(fā)泡劑1. 4 2.0%， 其余為溶劑。該涂料具有與泡沫塑料濕潤(rùn)性好，附著力強(qiáng)，高溫強(qiáng)度高及透氣性好等特點(diǎn)。 專利號(hào)為02100867. 1的中國(guó)專利公開(kāi)了一種水基消失模鑄造專用涂料，它由700 850份 高鋁礬土，150 300份硅藻土，20 30份硼潤(rùn)土，0. 5 2. 0份工業(yè)碳酸鈉，5 15份纖維 素鈉，30 40份白乳膠，10 20份硫酸鋁，20 30份氧化鐵，20 30份淀粉，0. 1 0. 2 份洗衣粉和700 800份水組成，該涂料具有浸潤(rùn)性好，涂刷性好，能變特性及流淌性好，涂 層均勻，透氣性好，強(qiáng)度高，耐火性好，耐磨性好，脫殼性好的優(yōu)點(diǎn)及效果。但是，這兩項(xiàng)專利 技術(shù)適用工藝范圍是負(fù)壓實(shí)型鑄造，其涂料的耐高溫性能較差，只能適合高溫處理時(shí)間較 短的小零件OOOkg以內(nèi))生產(chǎn)，對(duì)于大型鑄件(20噸以內(nèi))和小批量手工作業(yè)的生產(chǎn)則不 能適應(yīng)。專利號(hào)為2005100718 . X的中國(guó)專利公開(kāi)的一種實(shí)型鑄造涂料，該涂料由水溶劑 和固形物按照水固形物為0.8 1 1的質(zhì)量比混合而成；其中固形物是土狀石墨、鱗片 石墨、粘土、聚乙酸乙烯脂乳液按照25 5 4.5 6的質(zhì)量比組成。該涂料具有耐高溫 的性能能適用于大型鑄件的生產(chǎn)工藝，但其制造成本偏高，而且不能適用于手工涂刷，該涂 料為黑色，易造成工作環(huán)境黑色污染的形象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種在高溫、低溫環(huán)境 下均具有強(qiáng)耐磨性、高附著性、優(yōu)良的透氣性和快干性的實(shí)型鑄造專用涂料，使其能夠滿足 大型鑄件生產(chǎn)要求。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)型鑄造專用涂料中各組分的質(zhì)量百分比為高鋁 礬土熟料30 40 %，鱗片狀石墨粉20 30 %，粘結(jié)劑6. 3 8. 5 %，氧化鐵紅粉1 2 %， 懸浮劑4 6%，減水劑0. 8 1. 5%，水20 30%。優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑由常溫粘結(jié)劑和高溫粘結(jié)劑組成，其中所述常溫粘結(jié)劑與所 述高溫粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1 1 2。進(jìn)一步地，所述常溫粘結(jié)劑為建筑乳液、白乳膠或水溶性樹(shù)脂中的一種；所述高溫粘結(jié)劑為質(zhì)量比為6 7 1的硅溶膠與六偏磷酸鈉的組合物，或者是質(zhì)量比為8 91的水玻璃與硫酸鋁的組合物。再進(jìn)一步地，所述懸浮劑為膨潤(rùn)土粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %的羥甲基纖維素鈉水溶液 的組合物，其中，膨潤(rùn)土粉與羥甲基纖維素鈉水溶液之間的質(zhì)量比為1 2 3。還進(jìn)一步地，所述減水劑為亞甲基雙荼磺酸鈉或聚羧酸系繼木鈣。更進(jìn)一步地，所述高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為200目篩上余量5 10%、250目 篩上余量15 25% ；所述鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目篩上余量70 80%。本發(fā)明另一目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的實(shí)型鑄造專用涂料制備方法， 該制備方法包括以下步驟首先按實(shí)型鑄造專用涂料組分的質(zhì)量比將配料裝入球磨機(jī)；然后在球磨機(jī)內(nèi)加入直徑30 50mm的陶瓷球50 80個(gè)，混合攪拌均勻即得實(shí) 型鑄造專用涂料。本發(fā)明各組分的選擇及質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制原理如下本發(fā)明選擇高鋁礬土熟料和鱗片狀石墨粉為主料，高鋁礬土熟料是較好的高溫耐 火材料，但因?yàn)楦咪X礬土熟料的熔點(diǎn)在1700°C，相對(duì)于鋼鐵等金屬材料的熔點(diǎn)其耐火度偏 低，如高鋁礬土熟料含量過(guò)高會(huì)使得所配制的涂料耐高溫性能較差。涂料中加入一定比例 的熔點(diǎn)為3000°C的鱗片狀石墨后，能有效地提高了涂料的耐高溫性能。本發(fā)明的基料中選 擇高鋁礬土熟料質(zhì)量百分比為30 40%與鱗片狀石墨粉的質(zhì)量百分比為20 30%相組 合，使得到的涂料產(chǎn)品具有優(yōu)良的熱學(xué)性能和力學(xué)性能。配料時(shí)，涂料用高鋁礬土熟料可選 用Al2O3含量80 85%的鋁礬土，鱗片狀石墨可選用C含量85%以上石墨，相比采用莫來(lái) 石、棕剛玉等做為基料成本價(jià)格能降低30 50%。本發(fā)明中的粘結(jié)劑由常溫粘結(jié)劑和高溫粘結(jié)劑組成，這些粘結(jié)劑能使涂料的顆粒 粘接成在常溫和高溫環(huán)境均具有較高強(qiáng)度的涂料層。其中，選擇的常溫粘結(jié)劑有利于增強(qiáng) 耐受涂刷涂料的鑄型在常溫的耐受力，防止在搬運(yùn)時(shí)由于意外輕微磕碰導(dǎo)致涂層損壞，保 證了涂料層常溫下的強(qiáng)度滿足造型填砂的高強(qiáng)度要求；選擇部分高溫粘結(jié)劑可以保障涂料 高溫條件下的粘結(jié)性能，使其在高溫澆注過(guò)程中能經(jīng)受高溫鐵水澆注時(shí)的沖刷，實(shí)現(xiàn)涂層 保持完整性、無(wú)裂紋，從而達(dá)到鑄件表面的光潔。即本發(fā)明的涂料中通過(guò)配置的高、低溫粘 結(jié)劑和雙組分的耐火材料，有利于涂料高溫強(qiáng)度，滿足了大型鑄件需經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間高溫鐵水 (> 1400°C )的侵蝕及常溫強(qiáng)度下造型填砂的高強(qiáng)度(防止模型變形)要求。本發(fā)明中所 述常溫粘結(jié)劑選用建筑乳液、白乳膠或水溶性樹(shù)脂中的一種，所述高溫粘結(jié)劑選用硅溶膠 與六偏磷酸鈉組合物，或者是水玻璃與硫酸鋁的組合物，而且在配料時(shí)控制所述常溫粘結(jié) 劑與所述高溫粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1 1 2，能更好的保證耐受涂層經(jīng)受起實(shí)型鑄造工藝操 作過(guò)程中常溫到高溫的劇熱變化。氧化鐵紅能在高溫下轉(zhuǎn)化為FeO析出氧，氧又促使更多的鐵被氧化 (Fe2O3 — — 2Fe0+
、Fe+
— — FeO)，F(xiàn)eO 能使砂粒間較早出現(xiàn) Fe2SiO4 液相，并使 Fe2SiO4接近共晶成分易過(guò)冷形成玻璃體獲得易剝離涂層，提高涂料的抗粘砂性能。同時(shí)， 氧化鐵紅還對(duì)涂料起到調(diào)色的作用，本發(fā)明的涂料顏色為淺灰紅色，與傳統(tǒng)黑色和灰色涂 料相比，工作環(huán)境大為改觀，改變了鑄造環(huán)境黑色污染形象。懸浮劑具有防止高比重的耐火材料在涂料中分層沉淀的功能，使涂料具有好的涂敷性、流平性、觸變性等性能，從而實(shí)現(xiàn)了涂料較好的觸變懸浮效果。本發(fā)明選用膨潤(rùn)土粉 與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的羥甲基纖維素鈉(CMC)水溶液的組合物，并且其中膨潤(rùn)土粉與CMC水溶 液質(zhì)量比為1 2 3，能使涂料具有很好的懸浮性能。減水劑(也稱分散劑)具有使涂料顆粒分散，改善涂料與泡沫塑料模型的親和性， 降低用水量，從而提高涂料密度和使涂層快速干燥。本發(fā)明選用的減水劑為亞甲基雙荼磺 酸鈉(NNO)或聚羧酸系繼木鈣中的一種即能與涂料中其他組分綜合作用，提高涂料的涂刷 性。所選的高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為200目篩上余量5 10%、250目篩上余量 15 25 %，鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目篩上余量70 80 %的適當(dāng)粒度級(jí)配，有利于 涂料顆粒排列適當(dāng)，既滿足涂料抗裂性又能有效的改善涂料透氣性，使氣相產(chǎn)物能順利滲 透通過(guò)，減小金屬充填阻力。同時(shí)，通過(guò)對(duì)涂料雙組分骨料材料細(xì)度的嚴(yán)格調(diào)控，形成高抗 裂性和透氣性涂層，滿足了實(shí)型鑄造對(duì)涂料高透氣性的特殊要求。涂料中總水分控制在30%以內(nèi)，與其他涂料相比降低10%以上，不僅保障了涂料 優(yōu)良的潤(rùn)濕性，還使涂層在< 60°C低溫烘干或空氣中自然干燥條件下(泡沫塑料模型變形 溫度)達(dá)到快速烘干的目的，涂料具有優(yōu)良的快干性。本發(fā)明涂料的制備方法采用陶瓷行業(yè)通用球磨機(jī)用于鑄造涂料的生產(chǎn)，在球磨機(jī) 內(nèi)加入直徑30 50mm的陶瓷球50 80個(gè)，從而通過(guò)不同直徑的瓷球匹配在混合過(guò)程中 的相互碰撞和摩擦，促使涂料組分的均勻分布和熟化。本發(fā)明的實(shí)型鑄造專用涂料通過(guò)選用高鋁礬土熟料和鱗片狀石墨粉為骨料，充分 利用石墨粉耐火度高(> 3000°C )和鋁礬土耐火度適度(> 1700°C )的特性合理配置，既 達(dá)到高的抗粘砂能力、提高模樣的剛度和耐高溫性能，又盡量降低成本。經(jīng)過(guò)骨料及各種添 加劑的優(yōu)化調(diào)配，形成強(qiáng)流變性流體，與泡沫塑料模型潤(rùn)濕性及涂刷性均達(dá)到較好狀態(tài)。實(shí) 踐證明，該涂料經(jīng)過(guò)2遍涂刷就可達(dá)到1. 5mm以上涂料厚度，能滿足大型鑄件的抗粘砂要求 及搬運(yùn)需要。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)型涂料及其制備方法進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1實(shí)型鑄造專用涂料各組分的質(zhì)量百分含量為高鋁礬土熟料35%，鱗片狀石墨粉 25 %，建筑乳液2.8%，硅溶膠3 %，六偏磷酸鈉0.5%，氧化鐵紅粉2 %，膨潤(rùn)土粉與質(zhì)量分 數(shù)為2 %的CMC水溶液的組合物6 %，亞甲基雙萘磺酸鈉0. 8 %，水24. 9 %。其中，膨潤(rùn)土粉與CM C的水溶液質(zhì)量比為1 3;高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為 200目篩上余量5 10%、250目篩上余量15 20%;鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目 篩上余量80%。實(shí)施例2實(shí)型鑄造專用涂料各組分的質(zhì)量百分含量為高鋁礬土熟料30%，鱗片狀石墨粉 30 %，白乳膠2.7%，水玻璃4. 5 %，硫酸鋁0. 5 %，氧化鐵紅粉1 %，膨潤(rùn)土粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2 %的CM C水溶液的組合物5 %，聚羧酸系繼木鈣1. 3 %，水25 %。其中，膨潤(rùn)土與CMC的水溶液質(zhì)量比為1 2 ；高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為200目篩上余量5 10%、250目篩上余量20-25%;鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目篩上余量 70%。實(shí)施例3實(shí)型鑄造專用涂料各組分的質(zhì)量百分含量為高鋁礬土熟料40%，鱗片狀石墨粉 20 %，水溶性樹(shù)脂3.2%，硅溶膠3.0%，六偏磷酸鈉0.5%，氧化鐵紅粉2 %，膨潤(rùn)土粉與質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為2 %的CMC水溶液的組合物6 %，亞甲基雙萘磺酸鈉1. 3 %，水M %。其中，膨潤(rùn)土粉與CMC的水溶液質(zhì)量比為1 2. 5 ；高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為 200目篩上余量5 10%、250目篩上余量15 20%;鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目 篩上余量75%。實(shí)施例4實(shí)型鑄造專用涂料各組分的質(zhì)量百分含量為高鋁礬土熟料35%，鱗片狀石墨粉 20 %，建筑乳液3 %，水玻璃4 %，硫酸鋁0.5%，氧化鐵紅粉2 %，膨潤(rùn)土粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 % 的CMC水溶液的組合物4%，亞甲基雙萘磺酸鈉1. 5 %，水30 %。其中，膨潤(rùn)土粉與CM C的水溶液質(zhì)量比為1 3 ；高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為 200目篩上余量5 10%、250目篩上余量15 20%;鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目 篩上余量70%。實(shí)施例5實(shí)型鑄造專用涂料各組分的質(zhì)量百分含量為高鋁礬土熟料35%，鱗片狀石墨粉 25 %，建筑乳液3 %，硅溶膠3 %，六偏磷酸鈉0.5%，氧化鐵紅粉2 %，膨潤(rùn)土粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為2 %的CMC水溶液的組合物6 %，聚羧酸系繼木鈣1 %，水24. 5 %。其中，膨潤(rùn)土粉與CMC的水溶液質(zhì)量比為1 2 ；高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為200 目篩上余量5 10%、250目篩上余量20 25%;鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目篩上 余量80%。實(shí)施例6實(shí)型鑄造專用涂料各組分的質(zhì)量百分含量為高鋁礬土熟料38%，鱗片狀石墨粉 22 %，建筑乳液3.5%，硅溶膠3.5%，六偏磷酸鈉0.5%，氧化鐵紅粉1.5%，膨潤(rùn)土粉與質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為2 %的CMC水溶液的組合物6 %，亞甲基雙萘磺酸鈉1 %，水M%。其中，膨潤(rùn)土粉與CMC的水溶液質(zhì)量比為1 2 ；高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為200 目篩上余量5 10%、250目篩上余量15 20%;鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目篩上 余量76%。實(shí)施例7實(shí)型鑄造專用涂料各組分的質(zhì)量百分含量為高鋁礬土熟料35%，鱗片狀石墨粉 25 %，建筑乳液3 %，水玻璃4. 5 %，硫酸鋁0.5%，氧化鐵紅粉2 %，膨潤(rùn)土粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2 %的CMC水溶液的組合物4%，聚羧酸系繼木鈣1 %，水25 %。其中，膨潤(rùn)土粉與CMC的水溶液質(zhì)量比為1 2 ；高鋁礬土熟料的粒度級(jí)配為200 目篩上余量5 10%、250目篩上余量20 25%;鱗片狀石墨粉的粒度級(jí)配為200目篩上 余量80%。上述各實(shí)施例該涂料的制備方法，步驟如下首先按上述組分的質(zhì)量比例配料，將成分、含量、粒度等符合技術(shù)要求的各種粉料裝入球磨機(jī)內(nèi)，再注入水；然后在球磨機(jī)內(nèi)加入直徑30 50mm的陶瓷球50 80個(gè)，混合攪拌均勻即得本 涂料。將上述七個(gè)實(shí)施例制備的實(shí)型鑄造專用涂料分別進(jìn)行涂層耐磨強(qiáng)度、涂層透氣 性、懸浮性、烘干抗裂性、涂刷性、密度和固體物含量等性能進(jìn)行測(cè)試，并選擇現(xiàn)有市售的一 種實(shí)型鑄造用涂料作為對(duì)比涂料，按行業(yè)常規(guī)檢測(cè)方式進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試方式如表1所示表1
權(quán)利要求
1.一種實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于該涂料中各組分的質(zhì)量百分比為高鋁礬土 孰料30 40 %，鱗片狀石墨粉20 30 %，粘結(jié)劑6. 3 8. 5 %，氧化鐵紅粉1 2 %，懸浮 劑4 6%，減水劑0.8 1. 5%，水20 30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于所述粘結(jié)劑由常溫粘結(jié)劑 和高溫粘結(jié)劑組成，其中所述常溫粘結(jié)劑與所述高溫粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1 1 2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于所述常溫粘結(jié)劑為建筑乳 液、白乳膠或水溶性樹(shù)脂中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于所述高溫粘結(jié)劑為質(zhì)量比 為6 7 1的硅溶膠與六偏磷酸鈉的組合物，或者是質(zhì)量比為8 9 1的水玻璃與硫 酸鋁的組合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于所述懸浮劑為膨潤(rùn)土粉與 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的羥甲基纖維素鈉水溶液的組合物，其中，膨潤(rùn)土粉與羥甲基纖維素鈉水溶 液之間的質(zhì)量比為1 2 3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于所述減水劑為亞甲基雙荼 磺酸鈉或聚羧酸系繼木鈣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述任一種實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于所述高鋁礬土孰 料的粒度級(jí)配為200目篩上余量5 10%、250目篩上余量15 25%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述任一種實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于所述鱗片狀石墨 粉的粒度級(jí)配為200目篩上余量70 80%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的實(shí)型鑄造專用涂料，其特征在于所述鱗片狀石墨粉的粒度 級(jí)配為200目篩上余量70 80%。
10.一種權(quán)利要求1所述實(shí)型鑄造專用涂料的制備方法，包括以下步驟首先按實(shí)型鑄造專用涂料組分的質(zhì)量比例配料并裝入球磨機(jī)內(nèi)；然后在球磨機(jī)內(nèi)加入直徑30 50mm的陶瓷球50 80個(gè)，混合攪拌均勻即得本涂料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)型鑄造專用涂料及其制備方法。該涂料中各組分的質(zhì)量百分比為高鋁礬土孰料30～40％，鱗片狀石墨粉20～30％，粘結(jié)劑6.3～8.5％，氧化鐵紅粉1～2％，懸浮劑4～6％，減水劑0.8～1.5％，水20～30％。其制備方法為首先按實(shí)型鑄造專用涂料組分的質(zhì)量比例配料并裝入球磨機(jī)內(nèi)；然后在球磨機(jī)內(nèi)加入直徑30～50mm的陶瓷球50～80個(gè)，混合攪拌均勻即得本涂料。實(shí)踐證明，該涂料在高溫、低溫環(huán)境下均具有強(qiáng)耐磨性、高附著性、優(yōu)良的透氣性和快干性，而且該涂料能夠滿足大型鑄件生產(chǎn)要求，本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。
文檔編號(hào)B22C3/00GK102049464SQ20111002754
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者潘明波, 王相榮, 馬朝陽(yáng) 申請(qǐng)人:東風(fēng)汽車有限公司