本发明涉及铝合金铸造技术领域，具体涉及一种铝合金铸造用隔热耐火涂料及其制备方法。
背景技术：
作为结构材料，与钢铁相比，铝合金具有密度小，比强度高等优点，在航空、航天、汽车、医疗器械等领域用量日益增加。在铝合金铸件生产过程中，尤其是在带有孔的铝合金铸件制造过程中，在孔结构附近会产生大量的孔洞缺陷，造成铝合金铸件性能尤其力学性能与密封性能的大幅下降，导致成品率低，大量能源浪费，给生产带来损失。对于铝合金中孔洞缺陷的研究早已经成为铸造用铝合金的研究热点，但是一直没有很有效的工艺方法以控制或消除此类孔洞缺陷。
另一方面使用糖浆作粘结剂的优点是金属铸型重复使用时容易清理。缺点是糖浆是用粮食制成的，而且使用时对金属铸型的温度有一定要求，铸型温度太低涂料涂不上，涂料中的水分不易挥发，容易造成气孔缺陷；铸型温度太高，糖浆容易烧掉，使涂料失去粘结性能，浇注时金属熔液容易冲掉涂料层，对金属铸型失去保护作用，使铸件表面易出现许多细小的针孔，有时还会产生金属铸型和铸件金属熔液粘附在一起的现象，严重时造成铸件和铸型的报废。水玻璃涂料的优点是干强度大，金属铸型温度高时不会变质烧掉。缺点是使用后清理困难。涂料厚度不能涂厚，仅能达到0.3-0.5mm，否则易开裂剥落，因此铸型使用寿命较短。聚乙烯醇涂料优点是干强度大，可与多种耐高温填料混合配制，涂料厚度可增厚至2-5mm，在金属熔液高温作用下会产生碳化光亮膜，使铸件表面光洁。缺点是混制时间长，喷涂时要不停地搅拌，以防止涂料分层沉淀，涂层厚度较难控制均匀。
现有技术中，铝合金的低压浇注中，用于金属型腔及浇注工具表面喷涂的涂料，国内传统的产品主要是采用氧化锌、白垩粉、石墨粉等粉剂为原料，按不同比例加水玻璃和水进行现场调制，经搅拌均匀后喷涂使用。实践证明，该技术的明显缺陷有：①调和配制涂料操作麻烦，耗费时间，②原材料造价高，影响产品效益；③由于传统原料保温性能差，故使用时需频繁加热型腔及喷涂，且易造成型腔粘烧；④生产的铸件表面质量欠佳。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种铝合金门窗用隔热防护涂料，该隔热防护涂料的热导率低、隔热效果好、耐腐蚀性能强，其化学性质稳定、表面硬度较好、耐摩擦，涂料施工方便、一次成型；同时本发明的原料组分安全可靠，对人体无害，且原料易得，成本较低，工艺简明，易于操作和实现工业化生产，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种铝合金铸造用隔热耐火涂料，包括以下重量份的原料：
矿物粉混合物35-45份、硅烷化填土粉料10-20份、碳化硅3-5份、氮化硅2-4份、氮化硼1-3份、羧甲基纤维素钠2-6份、化合物晶须6-8份、石墨粉末9-13份、氢化松香酯7-11份、溶剂80-100份。
优选地，所述铝合金铸造用隔热耐火涂料包括以下重量份的原料：
矿物粉混合物40份、硅烷化填土粉料15份、碳化硅4份、氮化硅3份、氮化硼2份、羧甲基纤维素钠4份、化合物晶须7份、石墨粉末11份、氢化松香酯9份、溶剂90份。
优选地，所述矿物粉混合物为莫来石粉、滑石粉、硅粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
优选地，所述硅烷化填土粉料为凹凸棒土、硅藻土、膨润土，硅烷化后按照重量比5:1:1组成的混合物。
优选地，所述化合物晶须为二氧化钛晶须、钛酸钾晶须按照重量比3:1组成的混合物。
优选地，所述溶剂为乙醇、正辛醇、聚乙烯醇按照重量比6:1:2组成的混合物。
本发明还提供一种铝合金铸造用隔热耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将硅烷化填土粉料、羧甲基纤维素钠、化合物晶须混合加入搅拌机中，搅拌25-35分钟，搅拌转速250-350r/min，得到混合物a；
步骤三，将矿物粉混合物、加工助剂、碳化硅、氮化硅、氮化硼、石墨粉末混合溶剂加入湿式球磨机中球磨2-4小时，在温度为55-65℃下恒温搅拌35-45分钟，制得混合物b；
步骤四，将步骤二制得的混合物a、氢化松香酯与步骤三制得的混合物b加入高速搅拌机中，转速为1000-1200r/min，35-45℃搅拌15-25分钟，制得发明的铝合金铸造用隔热耐火涂料。
优选地，所述铝合金铸造用隔热耐火涂料的制备步骤为：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将硅烷化填土粉料、羧甲基纤维素钠、化合物晶须混合加入搅拌机中，搅拌30分钟，搅拌转速300r/min，得到混合物a；
步骤三，将矿物粉混合物、加工助剂、碳化硅、氮化硅、氮化硼、石墨粉末混合溶剂加入湿式球磨机中球磨3小时，在温度为60℃下恒温搅拌40分钟，制得混合物b；
步骤四，将步骤二制得的混合物a、氢化松香酯与步骤三制得的混合物b加入高速搅拌机中，转速为1100r/min，40℃搅拌20分钟，制得发明的铝合金铸造用隔热耐火涂料。
优选地，所述凹凸棒土、硅藻土、膨润土具体硅烷化处理步骤为：1）将凹凸棒土、硅藻土、膨润土与硅油按质量比为1:3分散于乙醇溶剂中；2）在水浴温度45-55℃下搅拌2-4小时，然后在水浴温度90-95℃下蒸干；3）转移至马弗炉中进行焙烧，研磨过200目筛即得。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料采用的矿物粉混合物主要为莫来石粉、滑石粉、硅粉、海泡石粉，这些矿物粉混合物为主要耐火骨料，使低压铸铝件表面光洁，无结疤，无粘附等缺陷，此外添加硅粉后，进一步提高了涂料的综合性能。
（2）本发明的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料添加的石墨粉末，能够提高涂料的抗热震性，添加的碳化硅、氮化硅、氮化硼材料能提高涂料的耐高温性和良好的流图性能。
（3）本发明的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料添加的硅烷化填土粉料主要为凹凸棒土、硅藻土、膨润土，这些填土经过硅烷化后，使得涂料具有良好的高温抗裂性和高温强度，同时降低了涂料的热导率，在高温下可提高涂层与型砂的结合牢度和紧密度，减少涂层内的孔隙率。
（4）本发明的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料具备较好的粘度、良好的高温抗裂性和高温强度，能减少铝合金铸件气孔和微裂纹的倾向，涂料的涂层易于从铸件表面剥离，后续处理简单，节省大量的人工；同时本发明的原料组分安全可靠且原料易得，成本较低，工艺简明，易于操作和实现工业化生产，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料，包括以下重量份的原料：
矿物粉混合物35份、硅烷化填土粉料10份、碳化硅3份、氮化硅2份、氮化硼1份、羧甲基纤维素钠2份、化合物晶须6份、石墨粉末9份、氢化松香酯7份、溶剂80份。
本实施例中的矿物粉混合物为莫来石粉、滑石粉、硅粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
本实施例中的硅烷化填土粉料为凹凸棒土、硅藻土、膨润土，硅烷化后按照重量比5:1:1组成的混合物。
本实施例中的化合物晶须为二氧化钛晶须、钛酸钾晶须按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例中的溶剂为乙醇、正辛醇、聚乙烯醇按照重量比6:1:2组成的混合物。
本实施例的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将硅烷化填土粉料、羧甲基纤维素钠、化合物晶须混合加入搅拌机中，搅拌25分钟，搅拌转速250r/min，得到混合物a；
步骤三，将矿物粉混合物、加工助剂、碳化硅、氮化硅、氮化硼、石墨粉末混合溶剂加入湿式球磨机中球磨2小时，在温度为55℃下恒温搅拌35分钟，制得混合物b；
步骤四，将步骤二制得的混合物a、氢化松香酯与步骤三制得的混合物b加入高速搅拌机中，转速为1000r/min，35℃搅拌15分钟，制得发明的铝合金铸造用隔热耐火涂料。
本实施例中的凹凸棒土、硅藻土、膨润土具体硅烷化处理步骤为：1）将凹凸棒土、硅藻土、膨润土与硅油按质量比为1:3分散于乙醇溶剂中；2）在水浴温度55℃下搅拌4小时，然后在水浴温度95℃下蒸干；3）转移至马弗炉中进行焙烧，研磨过200目筛即得。
实施例2.
本实施例的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料，包括以下重量份的原料：
矿物粉混合物45份、硅烷化填土粉料20份、碳化硅5份、氮化硅4份、氮化硼3份、羧甲基纤维素钠6份、化合物晶须8份、石墨粉末13份、氢化松香酯11份、溶剂100份。
本实施例中的矿物粉混合物为莫来石粉、滑石粉、硅粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
本实施例中的硅烷化填土粉料为凹凸棒土、硅藻土、膨润土，硅烷化后按照重量比5:1:1组成的混合物。
本实施例中的化合物晶须为二氧化钛晶须、钛酸钾晶须按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例中的溶剂为乙醇、正辛醇、聚乙烯醇按照重量比6:1:2组成的混合物。
本实施例的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将硅烷化填土粉料、羧甲基纤维素钠、化合物晶须混合加入搅拌机中，搅拌35分钟，搅拌转速350r/min，得到混合物a；
步骤三，将矿物粉混合物、加工助剂、碳化硅、氮化硅、氮化硼、石墨粉末混合溶剂加入湿式球磨机中球磨4小时，在温度为65℃下恒温搅拌45分钟，制得混合物b；
步骤四，将步骤二制得的混合物a、氢化松香酯与步骤三制得的混合物b加入高速搅拌机中，转速为1200r/min，45℃搅拌25分钟，制得发明的铝合金铸造用隔热耐火涂料。
本实施例中的凹凸棒土、硅藻土、膨润土具体硅烷化处理步骤为：1）将凹凸棒土、硅藻土、膨润土与硅油按质量比为1:3分散于乙醇溶剂中；2）在水浴温度45℃下搅拌2小时，然后在水浴温度90℃下蒸干；3）转移至马弗炉中进行焙烧，研磨过200目筛即得。
实施例3.
本实施例的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料，包括以下重量份的原料：
矿物粉混合物40份、硅烷化填土粉料15份、碳化硅4份、氮化硅3份、氮化硼2份、羧甲基纤维素钠4份、化合物晶须7份、石墨粉末11份、氢化松香酯9份、溶剂90份。
本实施例中的矿物粉混合物为莫来石粉、滑石粉、硅粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
本实施例中的硅烷化填土粉料为凹凸棒土、硅藻土、膨润土，硅烷化后按照重量比5:1:1组成的混合物。
本实施例中的化合物晶须为二氧化钛晶须、钛酸钾晶须按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例中的溶剂为乙醇、正辛醇、聚乙烯醇按照重量比6:1:2组成的混合物。
本实施例的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将硅烷化填土粉料、羧甲基纤维素钠、化合物晶须混合加入搅拌机中，搅拌30分钟，搅拌转速300r/min，得到混合物a；
步骤三，将矿物粉混合物、加工助剂、碳化硅、氮化硅、氮化硼、石墨粉末混合溶剂加入湿式球磨机中球磨3小时，在温度为60℃下恒温搅拌40分钟，制得混合物b；
步骤四，将步骤二制得的混合物a、氢化松香酯与步骤三制得的混合物b加入高速搅拌机中，转速为1100r/min，40℃搅拌20分钟，制得发明的铝合金铸造用隔热耐火涂料。
本实施例中的凹凸棒土、硅藻土、膨润土具体硅烷化处理步骤为：1）将凹凸棒土、硅藻土、膨润土与硅油按质量比为1:3分散于乙醇溶剂中；2）在水浴温度50℃下搅拌3小时，然后在水浴温度93℃下蒸干；3）转移至马弗炉中进行焙烧，研磨过200目筛即得。
本发明的一种铝合金铸造用隔热耐火涂料具备较好的粘度、良好的高温抗裂性和高温强度，能减少铝合金铸件气孔和微裂纹的倾向，涂料的涂层易于从铸件表面剥离，后续处理简单，节省大量的人工；同时本发明的原料组分安全可靠且原料易得，成本较低，工艺简明，易于操作和实现工业化生产，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。