专利名称：镁合金熔模精密铸造模壳的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用熔模精密铸造工艺方法铸造镁合金零件的模壳以及该模壳的制备方法，具体地说，是指一种专门用于熔模精铸工艺铸造镁合金零件用的陶瓷型壳以及该陶瓷型壳的制备工艺。
背景技术：
传统的熔模精铸模壳均采用含有SiO2的粘结剂，铸造过程中镁合金液体和模壳将发生剧烈的化学反应，致使镁合金铸件表层成分同心部不一致，甚至由于剧烈的氧化无法成形，为避免在铸造过程中的化学反应，本发明采用一种无SiO2粘结剂的凝胶和对镁合金高温熔体呈惰性的耐火材料制取模壳并以此来制备镁合金铸件。
熔模精密铸造是指采用与实际零件形状和尺寸相一致的蜡模作为铸造型壳的制作模样，将其组合在浇铸系统中之后，利用涂料的办法制作铸造型壳，待干燥后进行脱蜡、烧壳处理，并将金属液体浇铸到型壳的型腔中，凝固以后，将陶瓷型壳打碎即可得到所需要的金属铸件。
发明内容
本发明的目的之一是公开一种不含有SiO2粘结剂的陶瓷型模壳。
本发明的目的之二是公开一种制备陶瓷型模壳的制备工艺。
本发明的一种制备镁合金铸件用的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于该工艺具有如下步骤(A)稀释二氧化锆凝胶称取适量二氧化锆，根据原液二氧化锆浓度利用无水乙醇将其稀释，稀释后浓度控制在14％～20％，在室温18～25℃静置6小时以上，待用；(B)配制料浆将(A)液搅拌，在搅拌同时缓慢加入三氧化二铝微粉，粒度为120～280目，粉液比4～7∶1，同时，加入0.05～1％(重量百分比)的表面活性剂以及0.05～1％(重量百分比)的消泡剂，配制好的料浆在室温18～25℃静置12小时以上，待用；(C)按常规精铸工艺方法制取蜡模，并进行模组组合、模组清洗、晾干，待用；
(D)对模组进行涂料，形成陶瓷型壳的面层将(C)放入(B)料浆中均匀浸沾，取出后待表面料浆均匀且无流纹后进行撒砂操作；待干燥后，将其再次放入(B)料浆中进行再一次涂料和撒砂形成陶瓷型壳的面层，其撒砂材料为三氧化二铝细砂，粒度为80～100目，自然干燥条件下，层间干燥时间15～24小时；(E)对面层进行加固层涂料，形成陶瓷型壳的背层将经(D)处理后的模组表面采用常规涂料方法涂挂硅基涂料，并进行撒砂操作，如此反复3～6次形成陶瓷型壳的背层，撒砂材料为煤矸石砂，粒度为30～90目；(F)脱蜡将经(E)处理后的壳放入烘箱或者微波中进行脱蜡处理；(G)烧壳将经(F)处理后的型壳在高温炉中采用常规烧壳方法进行烧结处理，焙烧温度控制在600℃～700℃，烧壳时间50～90分钟，即得陶瓷型壳。
本发明的优点是经低倍金相检测铸件，晶粒尺度比常规砂型铸造细小，铸件表面光洁度、尺寸精度与同种工艺铸铝件相当。铸件表面成分与心部基本一致。陶瓷型模壳在高温条件下对镁合金具有化学稳定性，同时满足薄壁、超薄壁复杂形状零件成形工艺要求，并且对环境无污染、成本相对低廉的制壳技术势必对镁及其镁合金应用范围的扩大直到推动作用。
图1是本发明陶瓷型壳的剖面结构示意图。
图中1.面层2.背层图2是采用本发明制备工艺制得的陶瓷型壳的一个实施例的实物照片。
图3是本发明陶瓷型壳的制备工艺流程图。
具体实施例方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明公开了一种制备镁合金铸件用的陶瓷型壳的制备工艺，陶瓷型壳的面层1由浓度14％～20％的二氧化锆凝胶、粒度小于120目的三氧化二铝微粉、0.05～1％(重量百分比)的表面活性剂和消泡剂混合搅拌配制面成，其撒砂材料为兰氧化二铝细砂；背层2料浆由浓度16％～20％的硅凝胶、粒度小于120目的煤矸石微粉、0.05～1％(重量百分比)的表面活性剂和消泡剂混合搅拌配制而成，其撒砂材料为煤矸石砂。经本发明的制备工艺得到的陶瓷型壳面层不含有SiO2粘结剂，经该工艺制备的镁合金铸件经低倍金相检测，晶粒尺度比常规砂型铸造细小，铸件表面光洁度、尺寸精度与同种工艺铸铝件相当。铸件表面成分与心部基本一致。陶瓷型模壳在高温条件下对镁合金具有化学稳定性，并且对环境无污染。
本发明的制备镁合金铸件用陶瓷型模壳的制备工艺，包括如下步骤(A)稀释二氧化锆凝胶称取适量二氧化锆，根据原液二氧化锆浓度利用无水乙醇将其稀释，稀释后浓度控制在14％～20％，在室温18～25℃静置6小时以上，待用；(B)配制料浆将(A)液搅拌，在搅拌同时缓慢加入三氧化二铝微粉，粒度为120～280目，粉液(三氧化二铝微粉与稀释后的二氧化锆液体)比4～7∶1，同时加入0.05～1％(重量百分比)的表面活性剂增强粉液润湿性、加入0.05～1％(重量百分比)的消泡剂去除浆料中气泡，充分保证型壳面层的表面光洁度，配制好的料浆在室温18～25℃静置12小时以上，待用；(C)按常规精铸工艺方法制取蜡模，并进行模组组合、进行模组清洗、晾干，待用；(D)对模组进行涂料，形成陶瓷型壳的面层将(C)放入(B)料浆中均匀浸沾，取出后待表面料浆均匀且无流纹后进行撒砂操作，待干燥后，将其再次放入(B)料浆中进行再一次涂料和撒砂形成陶瓷型壳的面层，其撒砂材料为三氧化二铝细砂，粒度为80～100目；自然干燥条件下，层间干燥时间约为15～24小时。面层涂料厚度和层数应视零件形状和大小的不同适当调整，一般控制在1～3层。
(E)对面层进行加固层涂料，形成陶瓷型壳的背层将经(D)处理后的模组表面采用常规涂料方法涂挂硅基涂料，并进行撒砂操作，如此反复进行数次，一般加固层涂料次数控制在3～6层，撒砂材料为煤矸石砂，粒度为30～90目；应注意，层与层之间必须保证前一层涂料的充分干燥，不能有回溶、鼓胀等现象发生以防止面层涂料发生龟裂。硅基涂料的配制与(B)同，只是胶体为精密铸造常规采用的含硅凝胶，如硅溶胶、硅酸乙酯水解液等，粉料为耐火材料煤矸石粉，粒度为120～280目。
(F)脱蜡将经(E)处理后的壳放入烘箱或者微波中进行脱蜡处理；(G)烧壳将经(F)处理后的型壳放入高温炉中采用常规烧壳方法进行烧结处理，即得陶瓷型壳。焙烧温度控制在600℃～700℃。烧壳过程为保证型壳不乏省胀裂，应适当控制加热速度，一般随炉升温至300℃保温20～30分钟，再连续升温至600℃～700℃保温30～50分钟，即可直接浇铸铸件或冷却后待用。
在本发明中，粘结剂采用对镁合金熔体具有高温化学稳定性的不含二氧化硅的有机溶胶——二氧化锆凝胶，胶体颗粒尺寸为保证与粉料匹配一般控制在20～100nm范围。面层耐火材料选用三氧化二铝微粉，撒砂材料同样是采用三氧化二铝细砂。粘结剂采用不含二氧化硅的有机溶胶。
面层料浆配制前，首先应调整有机溶胶粘度，粘度过高影响粉液比，过低型壳面层易剥落，实际操作过程中粉液比控制在4.5～6.5∶1，加入微量的活性剂一方面可以提高粉料与粘结剂的润湿性，另一方面可以提高料浆的涂挂性。活性剂最好选择有机物，以利于在高温烧结过程中完全去除。料浆应在室温18～25℃搅拌4小时以上，并停放12小时以后再使用。第二层面层浆料应调整粘度，使其能充分浸润第一层又不会使第一层回溶。两面层撒砂材料均为对镁液呈化学稳定的氧化物。
实施例(A)稀释1000ml二氧化锆凝胶在1000ml二氧化锆凝胶中加入无水乙醇将其稀释为浓度在20％的二氧化锆凝胶液，在室温20℃静置6小时，待用；(B)配制料浆将(A)液搅拌，在搅拌同时缓慢加入4000g粒度为120目的三氧化二铝微粉，同时加入0.5g的表面活性剂洗涤液用作增强粉液润湿性，同时加入0.6g的消泡剂正辛醇去除浆料中气泡，将配制好的料浆在室温20℃静置12小时，待用；(C)按常规精铸工艺方法制取蜡模，并进行模组组合、进行模组清洗、晾干，待用；在该实施例中制取蜡模采用中温模料，压蜡温度控制在47～53℃，制模压强控制在0.1～0.4MP，保压时间5～20秒，模具温度视具体零件形状、尺寸自定，一般为25～35℃。
(D)对模组进行涂料，形成陶瓷型壳的面层将(C)放入(B)料浆中均匀浸沾上(B)料浆，取出后待表面料浆均匀且无流纹后进行撒砂操作，其撒砂材料为三氧化二铝细砂，粒度为80目；待干燥后，将其再次放入(B)料浆中进行再一次均匀浸沾上(B)料浆，取出后待表面料浆均匀且无流纹后进行撒砂操作；此步骤中涂料和撒砂操作可以根据需经溶模精铸零件形状和大小的不同适当调整，此步骤中重复3次涂料和撒砂即得到具有三层结构的面层。在自然干燥条件下，层间干燥时间约为24小时。
(E)对面层进行加固层涂料，形成陶瓷型壳的背层将经(D)处理后的模组表面采用常规涂料方法涂挂硅基涂料，并进行撒砂操作，撒砂材料为煤矸石砂，粒度为30目；此步骤中进行涂料的撒砂操作次数可以控制在6层，应注意，层与层之间必须保证前一层涂料的充分干燥，不能有回溶、鼓胀等现象发生以防止面层涂料发生龟裂。此步骤中所需的硅基涂料的配制工艺与配制料浆(B)相同，只是胶体为精密铸造常规采用的含硅凝胶，如硅溶胶、硅酸乙酯水解液等，稀释硅凝胶时采用去离子水进行稀释，稀释浓度为16～20％，粉料为耐火材料煤矸石粉，粒度为120目。
(F)脱蜡将经(E)处理后的壳放入烘箱或者微波中进行脱蜡处理；(G)烧壳将经(F)处理后的型壳放入高温炉中采用常规烧壳方法进行烧结处理，即得陶瓷型壳。焙烧温度控制在600℃。烧壳过程为保证型壳不发生胀裂，应适当控制加热速度，一般随炉升温至300℃保温30分钟，再连续升温至600℃，在此温度保温30分钟，即烧壳工艺结束。
经此工艺制备得到的陶瓷型壳可以直接浇铸铸件或者冷却后待用。
经低倍金相检测铸件，晶粒尺度比常规砂型铸造细小，铸件表面光洁度、尺寸精度与同种工艺铸铝件相当。铸件表面成分与心部基本一致。陶瓷型模壳在高温条件下对镁合金具有化学稳定性，同时满足薄壁、超薄壁复杂形状零件成形工艺要求，并且对环境无污染、成本相对低廉的制壳技术势必对镁及其镁合金应用范围的扩大直到推动作用。
权利要求
1.一种制备镁合金铸件用的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于该工艺具有如下步骤(A)稀释二氧化锆凝胶称取适量二氧化锆，根据原液二氧化锆浓度利用无水乙醇将其稀释，稀释后浓度控制在14％～20％，在室温18～25℃静置6小时以上，待用；(B)配制料浆将(A)液搅拌，在搅拌同时缓慢加入三氧化二铝微粉，粒度为120～280目，粉液比4～7∶1，同时，加入0.05～1％(重量百分比)的表面活性剂以及0.05～1％(重量百分比)的消泡剂，配制好的料浆在室温18～25℃静置12小时以上，待用；(C)按常规精铸工艺方法制取蜡模，并进行模组组合、模组清洗、晾干，待用；(D)对模组进行涂料，形成陶瓷型壳的面层将(C)放入(B)料浆中均匀浸沾，取出后待表面料浆均匀且无流纹后进行撒砂操作；待干燥后，将其再次放入(B)料浆中进行再一次涂料和撒砂形成陶瓷型壳的面层，其撒砂材料为三氧化二铝细砂，粒度为80～100目，自然干燥条件下，层间干燥时间15～24小时；(E)对面层进行加固层涂料，形成陶瓷型壳的背层将经(D)处理后的模组表面采用常规涂料方法涂挂硅基涂料，并进行撒砂操作，如此反复3～6次形成陶瓷型壳的背层，撒砂材料为煤矸石砂，粒度为30～90目；(F)脱蜡将经(E)处理后的壳放入烘箱或者微波中进行脱蜡处理；(G)烧壳将经(F)处理后的型壳在高温炉中采用常规烧壳方法进行烧结处理，焙烧温度控制在600℃～700℃，烧壳时间50～90分钟，即得陶瓷型壳。
2.根据权利要求1所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于在工艺步骤(D)中，面层涂料厚度和层数应视镁合金零件形状和大小的不同适当调整，一般控制在1～3层。
3.根据权利要求1所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于在工艺步骤(E)中所需的硅基涂料配制为将硅凝胶浓度利用去离子水将其稀释，稀释后浓度控制在16％～20％，在室温18～25℃静置6小时以上，待用；将稀释后的硅凝胶液搅拌，在搅拌同时缓慢加入煤矸石粉微粉，粒度为120～280目，粉液比达到4～7∶1，同时，加入0.05～1％(重量百分比)的表面活性剂以及0.05～1％(重量百分比)的消泡剂，配制好后在室温18～25℃静置12小时以上，待用。
4.根据权利要求3所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于硅基涂料可以是硅溶胶或者硅酸乙酯水解液。
5.根据权利要求1所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于在工艺步骤(B)中粉液比控制在4.5～6.5∶1。
6.根据权利要求1所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于在工艺步骤(G)中焙烧温度应适当控制加热速度，一般随炉升温至300℃保温20～30分钟，再连续升温至600℃～700℃保温30～50分钟。
7.根据权利要求1所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于在面层涂料(D)步骤和背层涂料(E)步骤中须保证型壳在每进行一次涂层后要使层面充分干燥后再进行下一次的涂层。
8.根据权利要求1所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于制备得到的陶瓷型壳为面层和背层结构，其面层材质为由浓度14％～20％的二氧化锆凝胶、粒度小于120目的三氧化二铝微粉、0.05～1％(重量百分比)的表面活性剂和0.05～1％(重量百分比)的消泡剂混合搅拌配制而成，其撒砂材料为三氧化二铝细砂，粒度为80～100目；其背层材质为由浓度16％～20％的硅凝胶、粒度小于120目的煤矸石微粉、0.05～1％(重量百分比)的表面活性剂和0.05～1％(重量百分比)的消泡剂混合搅拌配制而成，撒砂材料为煤矸石砂，粒度为30～90目。
9.根据权利要求1、8所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于所述的活性剂可以是洗涤液或者烷基苯磺酸盐；所述的消泡剂可以是正辛醇或者异戊醇。
10.根据权利要求1所述的陶瓷型壳的制备工艺，其特征在于制备得到的陶瓷型壳可直接浇铸铸件或者冷却后待用。
全文摘要
本发明公开了一种制备镁合金铸件用的陶瓷型壳的制备工艺，陶瓷型壳的面层由浓度14％～20％的二氧化锆凝胶、粒度小于120目的三氧化二铝微粉、0.05～1％的表面活性剂和消泡剂混合搅拌配制而成，撒砂材料为三氧化二铝细砂；背层料浆由浓度16％～20％的硅凝胶、粒度小于120目的煤矸石微粉、0.05～1％的表面活性剂和消泡剂混合搅拌配制而成，撒砂材料为煤矸石砂。经本发明的制备工艺得到的陶瓷型壳面层不含有SiO
文档编号B22C9/04GK1562522SQ20041000896
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月22日 优先权日2004年3月22日
发明者周铁涛, 刘培英, 胡成宇 申请人:北京航空航天大学