一种铝合金消失模铸造用涂料的制备方法与流程

本发明涉及一种铝合金消失模铸造用涂料的制备方法，属有色金属铸造辅助材料的制备及应用的技术领域。

背景技术：

消失模铸造技术具有尺寸精度高、表面光洁度高、生产效率高、成本低的特点，在黑色金属制造领域已得到广泛的应用，并取得了良好的使用效果。

涂料是消失模铸造技术的关键，涂料的性能直接影响铸件的质量，涂料的使用可以降低铸件的表面粗糙度，减少或防止铸件粘砂、砂眼、气孔、金属渗透、冷隔、积碳等缺陷。

目前，铸铝件使用的涂料多与铸铁件通用，铸铝专用涂料少，在使用中存在涂料的触变性差，抗流淌性不好，由于吸着性和透气性差，致使铸件表面质量不好、内部致密性差，随着消失模铸铝技术应用的增加，研制铝合金消失模铸造专用涂料已成为当务之急。

技术实现要素：

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，以莫来石、硅藻土、滑石粉为耐火骨料，配以水玻璃、聚乙烯醇、钠基膨润土、黄原胶、聚氧乙烯烷基醇醚、正丁醇，经粉碎、研磨、过筛、混料、高速砂磨搅拌、超声分散，制成铝合金消失模铸造用涂料，以提高铝合金铸件的质量。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：莫来石、硅藻土、滑石粉、水玻璃、聚乙烯醇、钠基膨润土、黄原胶、聚氧乙烯烷基醇醚、正丁醇、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

莫来石：Al₆Si₂O₁₃ 150g±0.1g

硅藻土：SiO₂ 350g±0.1g

滑石粉：Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂ 10g±0.1g

水玻璃：Na₂SiO₃·9H₂O 22mL±0.1mL

聚乙烯醇：[C₂H₄O]_n n＝200000 7.5g±0.1g

钠基膨润土：Na_0.33(Al，Mg，Fe)₂[(Si，Al)₄O₁₀](OH)₂·4H₂O 25g±0.1g

黄原胶：C₃₅H₄₉O₂₉ 1.5g±0.1g

聚氧乙烯烷基醇醚：R-O-[-CH₂CH₂O-]_n-H n＝15～16 1mL±0.1mL

正丁醇：C₄H₁₀O 1mL±0.1mL

去离子水：H₂O 2000mL±50mL

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

莫来石：固态粉体97％

硅藻土：固态粉体92.3％

滑石粉：固态粉体95％

水玻璃：液态胶体97％

聚乙烯醇：固态絮状97％

钠基膨润土：固态粉体90％

黄原胶：固态粉体98％

聚氧乙烯烷基醇醚：液态液体99％

正丁醇：液态液体99％

去离子水：液态液体99.9％

(2)配置钠基膨润土水溶液

称取钠基膨润土25g±0.1g，量取去离子水500mL±0.1mL，加入烧杯中，混合搅拌20min，成0.071mol/L的钠基膨润土水溶液，静置12h备用；

(3)配置黄原胶水溶液

称取黄原胶1.5g±0.1g，量取去离子水100mL±0.1mL，加入烧杯中，混合搅拌20min，成0.016mol/L的黄原胶水溶液，静置12h备用；

(4)配置聚乙烯醇水溶液

称取聚乙烯醇7.5g±0.1g，量取去离子水150mL±0.1mL，加入烧杯中，将烧杯置于水浴缸中加热，加热温度97℃，搅拌加热时间180min，成浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；

(5)干燥处理耐火骨料

称取莫来石150g±0.1g、硅藻土350g±0.1g、滑石粉10g±0.1g，置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度50℃，干燥时间120min；

(6)粉碎、研磨、过筛处理耐火骨料

将干燥后的莫来石、硅藻土、滑石粉置于研磨机内研磨，研磨转数150r/min，研磨时间30min；

研磨后用400目筛网过筛；

研磨、过筛反复进行；

研磨后成混合细粉，细粉颗粒直径≤0.038mm；

(7)配料、制浆、砂磨、搅拌

配料、制浆、砂磨、搅拌是在高速砂磨分散机上进行的，是在搅拌、砂磨、加液过程中完成的；

①将配制的钠基膨润土水溶液500mL±0.1mL、黄原胶水溶液100mL±0.1mL加入高速砂磨分散机内，进行砂磨搅拌，砂磨搅拌转数600r/min，砂磨搅拌时间30min；

②将配制的聚乙烯醇水溶液150mL±0.1mL、水玻璃22mL±0.1mL、去离子水100mL±0.1mL，加入高速砂磨分散机内，继续进行砂磨搅拌，砂磨搅拌转数800r/min，砂磨搅拌时间40min；

③加入耐火骨料

将研磨过筛处理的耐火骨料莫来石、硅藻土、滑石粉的混合细粉缓慢加入高速砂磨分散机内，继续进行砂磨搅拌，在砂磨搅拌过程中加入去离子水200mL，砂磨搅拌转数1500r/min，砂磨搅拌时间100min；

④加入表面活性剂、消泡剂

将表面活性剂聚氧乙烯烷基醇醚1mL±0.1mL、消泡剂正丁醇 1mL±0.1mL加入高速砂磨分散机内，继续进行砂磨搅拌，砂磨搅拌转数1000r/min，砂磨搅拌时间30mi；

砂磨搅拌后，高速砂磨分散机内的化学物质成粘稠状浆液；

(8)超声分散

将粘稠状浆液置于聚四氟乙烯容器内；

将盛有粘稠状浆液的聚四氟乙烯容器置于超声波分散仪内的水浴槽中，进行超声分散，超声波频率60kHz，超声分散时间240min；

(9)静置陈化

将超声分散后的粘稠状浆液置于不锈钢容器内，在25℃下静置陈化24h；

陈化后即为铝合金消失模铸造用涂料；

(10)检测、分析、表征

对制备的铝合金消失模铸造用涂料的形貌、色泽、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；

用透气性测定仪进行涂料的透气性分析；

用杠杆强度测试仪进行涂料的抗压强度分析；

用快速高温烧结炉进行涂料的高温抗裂性分析；

用塑料泡沫板在涂料中浸渍进行涂料的涂挂性分析；

用旋转粘度计进行涂料的流变性分析；

用具塞量筒进行涂料的悬浮性分析；

结论：铝合金消失模铸造用涂料为灰白色粘稠状浆液，透气性为5.73cm²/Pa·min，抗压强度为0.32MPa，高温抗裂等级为Ⅰ级，涂挂 性良好，屈服值为6.98Pa，触变指数为1.866，悬浮性为99％；

(11)浆液储存

制备的粘稠状浆液储存于金属筒形容器中，密闭储存，要防火、防晒、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存于阴凉洁净环境，储存温度25℃，相对湿度≤10％。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是以莫来石、硅藻土和滑石粉为耐火骨料，水玻璃和聚乙烯醇为粘结剂，钠基膨润土和黄原胶为悬浮剂，聚氧乙烯烷基醇醚为表面活性剂，正丁醇为消泡剂，去离子水为载液溶剂；经配置溶液、耐火骨料预处理、高速砂磨分散机搅拌、超声分散、陈化，制成铝合金消失模铸造用涂料，涂料为灰白色粘稠状液体，均匀度好、涂挂性好、悬浮性99％、透气性5.73cm²/Pa·min、抗压强度0.32MPa、高温抗裂等级为Ⅰ级、屈服值为6.98Pa、触变指数1.866，使用中铝合金液充型稳定，铸出的铸件表面光洁、无针孔和粘砂缺陷，是先进的铝合金消失模铸造用涂料的制备方法。

附图说明

图1铝合金消失模铸造用涂料的高速砂磨分散状态图

图2铝合金消失模铸造用涂料的超声分散状态图

图3铝合金消失模铸造用涂料的微观形貌图

图4铝合金消失模铸造用涂料的衍射强度图谱

图5铝合金消失模铸造用涂料的高温抗裂表面状况图

图6铝合金消失模铸造用涂料的塑料模样涂挂状况图

图7铝合金消失模铸造用涂料的流变曲线图

图中所示，附图标记清单如下：

1、高速砂磨分散机，2、底座，3、机盖，4、砂磨搅拌器，5、砂磨盘，6、加液漏斗，7、控制阀，8、第一显示屏，9、第一指示灯，10、第一电源开关，11、砂磨搅拌控制器，12、砂磨搅拌时间控制器，13、粘稠状浆液，14、超声波分散仪，15、超声波水槽，16、水槽盖，17、超声水，18、聚四氟乙烯容器，19、容器盖，20、铝合金消失模铸造用涂料，21、第二显示屏，22、第二指示灯，23、第二电源开关，24、超声波控制器，25、超声分散时间控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为铝合金消失模铸造用涂料的高速砂磨分散状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。

制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。

粘稠状浆液的配料、制浆、砂磨、搅拌是在高速砂磨分散机上进行的，是在搅拌、砂磨、加液过程中完成的；

高速砂磨分散机为立式，在高速砂磨分散机1的下部为底座2、上部为机盖3；在机盖3上设有砂磨搅拌器4、加液漏斗6及控制阀7，并深入高速砂磨分散机1内；砂磨搅拌器4下部设有砂磨盘5；高速砂磨分散机1内盛放粘稠状浆液13；在底座2上设有第一显示 屏8、第一指示灯9、第一电源开关10、砂磨搅拌控制器11、砂磨搅拌时间控制器12。

图2所示，为铝合金消失模铸造用涂料的超声分散状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。

超声波分散仪为立式，在超声波分散仪14的上部为超声波水槽15，超声波水槽15上部为水槽盖16；在超声波水槽15内中间部位置放聚四氟乙烯容器18，聚四氟乙烯容器18内盛放铝合金消失模铸造用涂料20，并由容器盖19密闭；在超声波水槽15内为超声水17，超声水17要淹没聚四氟乙烯容器体积的9/10；在超声波分散仪14上设有第二显示屏21、第二指示灯22、第二电源开关23、超声波控制器24、超声分散时间控制器25。

图3所示，为铝合金消失模铸造用涂料的微观形貌图，涂料中耐火骨料颗粒清晰、结合紧密，各组分分布其间，形成分布均匀的一体，无聚集现象，涂层表面均匀分布着沟槽，沟槽互相连通，为气体排放提供通道。

图4所示，为铝合金消失模铸造用涂料的衍射强度图谱，图谱中共包含三相：SiO₂相、Al₆Si₂O₁₃相和Mg₂SiO₄相，其中SiO₂相对应的特征谱峰完整，强度高，较明显，表明涂料中SiO₂相含量多；其他两相谱峰不明显，表明涂料中另外两相含量少。

图5所示，为铝合金消失模铸造用涂料的高温抗裂表面状况图，涂层表面无裂纹，质地均匀，平整光滑。

图6所示，为铝合金消失模铸造用涂料的塑料模样涂挂状况图， 塑料模样表面涂层均匀，无露白现象，平整光滑，经测试涂层平均厚度为0.8mm，可判断涂料对塑料模样整体涂挂良好。

图7所示，为铝合金消失模铸造用涂料的流变曲线图，从图中可以看出，曲线的直线部分延长线交于纵轴τ₀屈服值，随着剪切速率D的增加，剪切应力τ增长缓慢，剪切应力τ的增长小于剪切速率D的增长，制备出的涂料是带有一定屈服值的假塑性流体，这是铸造涂料理想的流体类型。