本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料。
背景技术：
铸造涂料是铸造过程中覆盖在型、芯表面以改善其表面耐火性，化学稳定性，抗金属液冲刷性，抗粘砂性等性能的铸造辅助材料。醇基铸造涂料作为一种快干涂料，一直在铸造领域中广泛使用。为了获得更好的醇基铸造涂料，需要将各种涂料助剂加入，而涂料助剂与醇基涂料的良好互溶决定了铸造涂料的悬浮稳定性能，以及铸造涂料刷涂后的抗起皮、高温抗裂性能等。现有技术中，通过加入酒精作为助剂实现涂料助剂的良好溶解，但是，酒精的使用不仅容易造成浪费，增加成本，而且酒精易燃易爆，使得生产过程既不安全，也不环保；也有企业将涂料制成膏状，虽然在一定程度上减少了酒精的用量，但是产品仍然含有不少酒精成分，而且对于涂料企业的生产安全问题未有效解决。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料，规避传统涂料生产过程中因酒精的使用带来的安全问题，同时该铸造涂料刷涂后具有优异的高温抗裂性，发气量低，确保了铸件产品的良率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料，所述涂料的制备原料包括骨料、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠、硅溶胶和改性凹凸棒土；
所述改性凹凸棒土的制备方法为，将凹凸棒土研磨细化后加入复合偶联剂，然后搅拌、升温至70℃后保温2～3h，接着加入分散剂，继续搅拌并升温至80℃，将物料排出并烘干得到改性凹凸棒土。
优选的，所述涂料的制备原料包括以下重量份的物质：骨料30～45份、铸造粉尘12～23份、氧化镁5～10份、硅酸钠2～7份、羟甲基纤维素钠1～6份、硅溶胶8～16份、改性凹凸棒土10～18份。
优选的，所述涂料的制备原料包括以下重量份的物质：骨料35～40份、铸造粉尘15～20份、氧化镁7～9份、硅酸钠3～6份、羟甲基纤维素钠2～5份、硅溶胶10～14份、改性凹凸棒土12～15份。
优选的，所述的骨料选自堇青石粉、莫来粉、铝矾土粉、石英粉、锆英粉、刚玉粉中的一种或几种按任意比例的混合物。
优选的，所述硅溶胶的质量百分比浓度为10～30％。
上述抗裂铸造涂料的制备方法包括：
将骨料、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠和改性凹凸棒土加入高速混合机中混合均匀，然后卸料并转入搅拌器中，加入硅溶胶，超声分散处理20～30min，然后将混合物摊铺成片状，在惰性气体的保护下，经850～900℃的高温下煅烧处理5～10min,最后将煅烧残留物研磨并过40～60目筛，即得所述的铸造涂料。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的铸造涂料中，以骨料作为载体，掺入氧化镁、硅酸钠和羟甲基纤维素钠，氧化镁可以提高涂料中组分的悬浮性能，同时其也是一种优异的耐火材料；所述的硅酸钠具有优异的粘结能力，同时，在涂料中起到增加稳定性的作用；加入的改性凹凸棒土作为补强剂，显著的提高了涂料的力学强度；
所述的铸造粉尘中含有碳素烟尘，填充在涂料中，在煅烧处理的过程中烧蚀，不仅提高了煅烧的效率，缩短了煅烧的时间，而且，煅烧处理过程中，碳素材料在高温下裂解形成碳纳米管，基于碳纳米管的纳米尺寸效应，填充在涂料中的碳纳米管具有优异的力学强度，对于提高涂料的力学强度，防止涂层在高温下起皮、开裂具有重要的作用；
此外，基于该碳纳米管对于液态金属的不润湿特性，该铸造涂料形成的涂层对于高温液态金属具有良好的抗渗性，避免了浇注过程中，高温液态金属渗透到涂层中，确保了铸件表面外观的良好。
该铸造粉尘是铸造车间中常见的固体废弃物，现有技术中将其作为垃圾处理，是极大的资源浪费，而且存在污染环境的风险，本发明将该铸造粉尘再次利用，提高了资源的利用率，同时避免铸造粉尘处理不当引发的环境污染。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明提供了一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料，所述涂料的制备原料包括骨料、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠、硅溶胶和改性凹凸棒土；
所述改性凹凸棒土的制备方法为，将凹凸棒土研磨细化后加入复合偶联剂，然后搅拌、升温至70℃后保温2～3h，接着加入分散剂，继续搅拌并升温至80℃，将物料排出并烘干得到改性凹凸棒土。
本发明所述的铸造粉尘主要来源于两个方面，其一是冲天炉熔炼过程中排出的烟气粉尘，它包括有冶金烟尘、碳素烟尘和灰尘三种粉尘；其二来自于砂处理系统、铸件落砂以及铸件清理过程中的铁砂粉尘；由于众多因素的限制，铸造粉尘的高效利用一直是铸造领域的常见问题，如处理不当，容易导致环境污染和资源的浪费。本发明将其作为涂料的制备原料，利用了其中富含的碳素烟尘在煅烧处理过程中发生的反应，形成的碳纳米管充斥在涂料中，利用碳素纳米管所具有的力学强度提高铸造涂料形成的涂层的强度，防止涂层的起皮、开裂；同时，基于该碳纳米管对于液态金属的不润湿特性，该铸造涂料形成的涂层对于高温液态金属具有良好的抗渗性，避免了浇注过程中，高温液态金属渗透到涂层中，确保了铸件表面外观的良好。
本发明中，经改性处理后的凹凸棒土，改善了其与涂料中其余组分之间的结合力。具体的，所述的凹凸棒土经研磨处理并过10～20目筛，然后加入偶联剂KH590(品牌曙光)和硅烷偶联剂Si-69(购自中煜沃豪)按重量比1：(1.2～2.5)形成的复合偶联剂；经搅拌、升温及保温处理后，加入分散剂聚乙烯蜡，并继续搅拌、升温至80℃后，将物料排出并烘干即得改性凹凸棒土。
本发明中，所述涂料的制备原料的含量可以在较宽的范围内选择，优选的，所述涂料的制备原料包括以下重量份的物质：骨料30～45份、铸造粉尘12～23份、氧化镁5～10份、硅酸钠2～7份、羟甲基纤维素钠1～6份、硅溶胶8～16份、改性凹凸棒土10～18份。
进一步优选的，所述涂料的制备原料包括以下重量份的物质：骨料35～40份、铸造粉尘15～20份、氧化镁7～9份、硅酸钠3～6份、羟甲基纤维素钠2～5份、硅溶胶10～14份、改性凹凸棒土12～15份。
本发明中，所述骨料选自堇青石粉、莫来粉、铝矾土粉、石英粉、锆英粉、刚玉粉中的一种或几种按任意比例的混合物。
本发明中，所述硅溶胶的质量百分比浓度为10～30％。
上述抗裂铸造涂料的制备方法包括：
将骨料、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠和改性凹凸棒土加入高速混合机中混合均匀，然后卸料并转入搅拌器中，加入硅溶胶，超声分散处理20～30min，然后将混合物摊铺成片状，在惰性气体的保护下，经850～900℃的高温下煅烧处理5～10min,最后将煅烧残留物研磨并过40～60目筛，即得所述的铸造涂料。
该铸造涂料的具体使用方法为，在铸造涂料中加入2～3倍量的水搅拌混合，然后喷涂在型砂的型腔中即可，喷涂的厚度为0.5～1.0mm。该铸造涂料无需使用酒精作为助剂，避免了现有技术中使用酒精带来的一系列问题。
以下通过具体的实施例对本发明提供的铸造涂料的优点做出进一步的说明。
实施例1
一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料，所述涂料的制备原料包括：莫来粉38kg、铸造粉尘18kg、氧化镁8kg、硅酸钠5kg、羟甲基纤维素钠4kg、硅溶胶12kg、改性凹凸棒土14kg；
该铸造涂料的制备方法为：
将莫来粉、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠和改性凹凸棒土加入高速混合机中混合均匀，然后卸料并转入搅拌器中，加入硅溶胶，超声分散处理25min，然后将混合物摊铺成片状，在惰性气体的保护下，经880℃的高温下煅烧处理8min,最后将煅烧残留物研磨并过50目筛，即得所述的铸造涂料。
实施例2
本实施例与实施例1中的抗裂铸造涂料的配方组成基本相同，制备方法一致，不同的是，所述的涂料的制备原料中，将莫来粉更换为堇青石粉，其余不变。
具体的，所述涂料的制备原料包括：堇青石粉38kg、铸造粉尘18kg、氧化镁8kg、硅酸钠5kg、羟甲基纤维素钠4kg、硅溶胶12kg、改性凹凸棒土14kg。
实施例3
本实施例与实施例1中的抗裂铸造涂料的配方组成基本相同，制备方法一致，不同的是，所述的涂料的制备原料中，将莫来粉更换为石英粉，其余不变。
具体的，所述涂料的制备原料包括：石英粉38kg、铸造粉尘18kg、氧化镁8kg、硅酸钠5kg、羟甲基纤维素钠4kg、硅溶胶12kg、改性凹凸棒土14kg。
实施例4
本实施例与实施例1中的抗裂铸造涂料的配方组成基本相同，制备方法一致，不同的是，所述的涂料的制备原料中，将莫来粉更换为铝矾土粉，其余不变。
具体的，所述涂料的制备原料包括：铝矾土粉38kg、铸造粉尘18kg、氧化镁8kg、硅酸钠5kg、羟甲基纤维素钠4kg、硅溶胶12kg、改性凹凸棒土14kg。
实施例5
一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料，所述涂料的制备原料包括：莫来粉35kg、铸造粉尘15kg、氧化镁7kg、硅酸钠3kg、羟甲基纤维素钠2kg、硅溶胶10kg、改性凹凸棒土12kg；
该铸造涂料的制备方法为：
将莫来粉、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠和改性凹凸棒土加入高速混合机中混合均匀，然后卸料并转入搅拌器中，加入硅溶胶，超声分散处理20min，然后将混合物摊铺成片状，在惰性气体的保护下，经900℃的高温下煅烧处理10min,最后将煅烧残留物研磨并过40目筛，即得所述的铸造涂料。
实施例6
一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料，所述涂料的制备原料包括：莫来粉40kg、铸造粉尘20kg、氧化镁9kg、硅酸钠6kg、羟甲基纤维素钠5kg、硅溶胶14kg、改性凹凸棒土15kg；
该铸造涂料的制备方法为：
将莫来粉、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠和改性凹凸棒土加入高速混合机中混合均匀，然后卸料并转入搅拌器中，加入硅溶胶，超声分散处理25min，然后将混合物摊铺成片状，在惰性气体的保护下，经860℃的高温下煅烧处理7min,最后将煅烧残留物研磨并过50目筛，即得所述的铸造涂料。
实施例7
一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料，所述涂料的制备原料包括：莫来粉30kg、铸造粉尘12kg、氧化镁5kg、硅酸钠2kg、羟甲基纤维素钠1kg、硅溶胶8kg、改性凹凸棒土10kg；
该铸造涂料的制备方法为：
将莫来粉、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠和改性凹凸棒土加入高速混合机中混合均匀，然后卸料并转入搅拌器中，加入硅溶胶，超声分散处理25min，然后将混合物摊铺成片状，在惰性气体的保护下，经880℃的高温下煅烧处理8min,最后将煅烧残留物研磨并过50目筛，即得所述的铸造涂料。
实施例8
一种基于凹凸棒土的抗裂铸造涂料，所述涂料的制备原料包括：莫来粉45kg、铸造粉尘23kg、氧化镁10kg、硅酸钠7kg、羟甲基纤维素钠6kg、硅溶胶16kg、改性凹凸棒土18kg；
该铸造涂料的制备方法为：
将莫来粉、铸造粉尘、氧化镁、硅酸钠、羟甲基纤维素钠和改性凹凸棒土加入高速混合机中混合均匀，然后卸料并转入搅拌器中，加入硅溶胶，超声分散处理25min，然后将混合物摊铺成片状，在惰性气体的保护下，经880℃的高温下煅烧处理8min,最后将煅烧残留物研磨并过50目筛，即得所述的铸造涂料。
对比例1
本实施例与实施例1中的抗裂铸造涂料的配方组成基本相同，制备方法一致，不同的是，所述的涂料的制备原料中不含有改性凹凸棒土；
具体的，所述涂料的制备原料包括：莫来粉38kg、铸造粉尘18kg、氧化镁8kg、硅酸钠5kg、羟甲基纤维素钠4kg、硅溶胶12kg。
对比例2
本实施例与实施例1中的抗裂铸造涂料的配方组成基本相同，制备方法一致，不同的是，所述的涂料的制备原料中不含有铸造粉尘；
所述涂料的制备原料包括：莫来粉38kg、氧化镁8kg、硅酸钠5kg、羟甲基纤维素钠4kg、硅溶胶12kg、改性凹凸棒土14kg。
上述实施例中的硅酸钠购自湖北正和科技有限公司，牌号为JNP-30。
对比上述实施例制备得到的铸造涂料的性能，在安徽索立德铸业有限公司铸造铁道货车铸钢侧架时使用上述实施例中制备得到的铸造涂料；每个实施例的铸造涂料铸件100个，分别统计和检测粘砂、表面气孔和表面粗糙度，并将统计和测试结果记录到表1中。
表1：
结合上述试验数据可以看出，本发明提供的铸造涂料能够有效的减少铸造过程中的不良，确保铸件的质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。