一种烧结剥离型浅色铸造涂料及其制备方法

摘要

本发明公开并提供了一种适用范围广、无污染、成本低、烧结剥离性能佳且稳定性好的烧结剥离型浅色醇基铸造涂料以及该铸造涂料的制备方法。本发明提供的涂料完全不含石墨粉，而是采用含锆复合硅酸盐矿粉作为主要耐火基料，同时加入悬浮剂、粘结剂、消泡剂等，所用原材料价格低廉，来源充足；该涂料不仅具有优良的烧结剥离性、抗粘砂性能和悬浮稳定性，长期存放和运输过程中不易产生沉淀，而且生产成本低，也不污染环境，尤其突出的是其烧结剥离性能具有广泛的适应性，突破了传统烧结剥离型涂料普遍存在的烧结剥离性适应范围窄的局限，不仅可用于生产各种铸钢件，也能用于生产各种铸铁和有色金属铸件。本发明应用于铸造涂料技术领域。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种铸造涂料，尤其涉及一种烧结剥离型浅色醇基铸造涂料及其制备方法。

背景技术

铸造涂料是防止铸件表面产生粘砂、夹砂等缺陷，降低铸件表面粗糙度，减少铸件表面清整工作量的常用造型材料，具有多方面的技术效果和良好的综合经济效益。

国内目前普通铸铁涂料一般以微晶石墨粉和鳞片石墨粉为基本耐火材料。石墨粉耐火度高，价格较低，能有效防止由金属渗透产生的粘砂缺陷。但是，石墨粉涂料呈黑色，在制备和使用时严重污染工作环境，恶化劳动条件；石墨粉在高温铁水作用下还会氧化，使涂层强度和抗铁水冲刷能力降低，导致厚大型铸铁件的抗粘砂效果不良；石墨粉涂料与呋喃树脂砂的颜色相近，也容易引起漏涂。

浅白色的锆英粉涂料（如专利CN86100032A“铸铁件型芯用浅色涂料”）能够解决以上问题，而且目前也广泛用于碳钢、合金钢和大型铸铁件生产。因为锆英粉在1540℃时可热分解为ZrO₂和SiO₂，并开始烧结（SiO₂的熔点较低），具有一定的自烧结性。锆英砂粉的烧结温度与熔化温度之间有一个较宽的温度区间，这有利于它在金属液浇注后产生烧结剥离，使铸件表面容易清理。锆英粉还几乎不被熔融金属或金属氧化物浸润，有利于阻止金属液侵入铸型孔隙，可减少机械粘砂缺陷。另外，锆英粉在高温下表现为中性至弱酸性，与碱性渣反应缓慢，热化学稳定性高，可防止化学粘砂缺陷。

但是，锆英粉资源稀缺，价格昂贵，还具有一定的放射性，应限制使用。白刚玉和棕刚玉类涂料虽然对铸钢件和厚大型铸铁件的抗粘砂效果较好，但是成本仍然较高，烧结剥离性差，棕刚玉类涂料颜色也较深。例如专利CN1847336A“浅色醇基涂料”，以棕刚玉和锆英粉为主要耐火材料，还含有10%～25%石墨粉。铬铁矿粉也具有类似锆英粉的固相自烧结特性，而且不被钢水润湿，高温导热系数大，激冷能力强，涂料烧结剥离性和防止粘砂能力都较强，但是成本仍较高，颜色仍较深。

近年来，国内替代锆英粉涂料的浅色铸造涂料开发和应用取得了一些进展，一些单位已开始采用价格低廉的铝矾土粉、石英粉、莫来石粉、镁砂粉等浅色耐火材料研制出几种树脂砂用低成本醇基浅色烧结剥离型铸铁涂料，但是这些涂料仍然存在以下四个问题：其一是抗粘砂效果普遍不良，或悬浮稳定性差，涂料在长期存放和运输过程中易产生沉淀，涂层刷痕严重，影响铸件的表面质量；其二是涂料的烧结温度区间变小，同种配方的涂料不能同时适应大铸件（壁厚）和小铸件（壁薄），或不能同时适应浇注温度高和浇注温度低的铸件，烧结剥离性适应范围窄，限制了这些低成本浅色烧结剥离型涂料的广泛应用；其三是部分涂料采用的烧结助熔剂（或称晶核剂）系价格高昂的超细辉石类、镧/锶稀土类或者纳米级铝、锆、铬等超细固体粉末材料（如专利CN101088660A“高铝多晶复合骨料的浅色铸铁涂料”）；其四是大部分涂料仍含有部分石墨粉，颜色仍然较深（呈浅灰色或者灰色）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足, 提供一种适用范围广、无污染、成本低、烧结剥离性能佳且稳定性好的烧结剥离型浅色醇基铸造涂料。本发明还提供了该铸造涂料的制备方法。

本发明所述一种烧结剥离型浅色铸造涂料所采用的技术方案是：该涂料包括耐火基料含锆复合硅酸盐矿粉，以耐火基料的用量为100份计算，该涂料还包括以下组分：悬浮剂 2～6份；自来水 2～4份；粘结剂 1.5～5.5份；消泡剂 0.1～0.5份；有机溶剂 35～70份。

进一步地，在配制用于大中型铸钢的涂料时，在耐火基料中加入锆英粉 0～25份，在配制用于中小型铸钢、铸铁和有色金属铸件的涂料时在耐火基料中加入铝矾土粉 0～25份，相应地减少含锆复合硅酸盐矿粉的份数，使耐火基料的总用量为100份。

更进一步地，在耐火基料中加入滑石粉 0～8份；三氧化二铁粉 0～6份，相应地减少含锆复合硅酸盐矿粉和锆英粉或铝矾土粉的份数，使耐火基料的总用量为100份。

按质量占比计算，所述含锆复合硅酸盐矿粉中的Al₂0₃含量不小于45%，SiO₂含量不大于40%，Fe₂O₃含量不大于2%，TiO₂含量不大于8%，ZrO₂含量不大于12%，水分含量不小于1%，其粒度为25～75μm。所述含锆复合硅酸盐矿粉是锆英石选矿加工过程中的副产品，系一种以铝硅酸盐为主的复合硅酸盐，呈浅白色。

按质量占比计算，所述锆英粉中的ZrO₂含量不小于63%，SiO₂含量不大于33%，水分含量不大于1%，粒度为25～75μm；所述铝矾土粉中的Al₂O₃含量不小于70%，水分含量不大于1%，其粒度为25～75μm。

按质量占比计算，所述三氧化二铁粉中的Fe₂O₃含量不小于75%，水分含量不大于1%，其粒度为10～75μm。

所述悬浮剂为锂基累托石粉、锂基膨润土粉或锂基凹凸棒土粉。

所述粘结剂为酚醛树脂、松香和聚乙烯醇缩丁醛。

所述消泡剂为硬脂酸钙。

所述溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇，或者甲醇、乙醇和异丙醇的混合物。

一种如上所述的烧结剥离型浅色铸造涂料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）      在配料桶A中加入定量的自来水和悬浮剂，充分搅拌浸泡，活化24小时以上，再加适量有机溶剂在胶体磨中循环胶磨2～3分钟；或者将定量的自来水和悬浮剂在轮碾机中搅拌碾压活化2小时以上，然后静置24小时以上，再加适量有机溶剂在胶体磨中循环胶磨2～3分钟；最后得到胶体A；

（2）      在配料桶B中加入定量的粘结剂和消泡剂，加入适量有机溶剂搅拌溶解2小时以上，再在胶体磨中循环胶磨2～3分钟，静置5分钟后转桶，滤出沉淀物，得到溶液B；

（3）      往搅拌分散机中加入胶体A，边高速搅拌边逐步加入含锆复合硅酸盐矿粉、溶液B和余量有机溶剂，加完后继续高速搅拌1小时以上，再低速搅拌0.5小时以上，得到膏体C；

（4）      将膏体 C在胶体磨中循环加工1～3遍，得到烧结剥离型浅色铸铁涂料产品。

进一步地，该方法还包括以下步骤：在所述步骤（3）中添加含锆复合硅酸盐矿粉的同时，根据需要加入锆英粉或铝矾土粉进行搅拌。

更进一步地，该方法还包括以下步骤：在所述步骤（3）中添加含锆复合硅酸盐矿粉的同时，根据需要加入滑石粉和三氧化二铁粉进行搅拌。

在本发明中，含锆复合硅酸盐矿粉为耐火主料，锆英粉和铝矾土粉为耐火辅料，滑石粉和三氧化二铁份为烧结剥离助剂，酚醛树脂为粘结剂，松香和聚乙烯醇缩丁醛为粘结助剂，聚乙烯醇缩丁醛也同时起悬浮助剂作用。

本发明的有益效果是：本发明所述涂料完全不含石墨粉，而是采用浅白色的含锆复合硅酸盐矿粉作为主要耐火基料，少用甚至不用价格昂贵、具有一定放射性的锆英粉，同时加入悬浮剂、粘结剂、消泡剂等，利用了含锆复合硅酸盐矿粉的特殊性能；所用原材料价格低廉，来源充足；该涂料不仅具有优良的烧结剥离性、抗粘砂性能和悬浮稳定性，长期存放和运输过程中不易产生沉淀，而且涂料均呈浅色，生产成本低，也不污染环境，尤其突出的是其烧结剥离性能具有广泛的适应性，不仅可用于生产各种铸钢件，也能用于生产各种铸铁和有色金属铸件，是一种适用性广、无污染、成本低、烧结剥离性能佳且稳定性好的烧结剥离型浅色铸造涂料。

本发明不仅可代替锆英粉涂料、刚玉粉涂料和铬铁矿粉涂料用于生产大、中、小型铸钢件，也可代替石墨粉涂料用于生产各种铸铁件和有色金属铸件，而且颜色为浅白色或者浅红色，容易识别，可避免漏涂，还可消除黑色石墨粉涂料对生产环境的污染。

本发明提供的技术方案不仅适用于树脂砂铸造工艺，也可用于水玻璃砂、粘土砂、重力金属型、离心金属型、消失模、真空覆膜等铸造工艺生产各种材质铸件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例一：

在本实施例中，按质量份数计算，该涂料的组分为：含锆复合硅酸盐矿粉70份，铝矾土粉20份，滑石粉6份，三氧化二铁粉4份，锂基累托石粉3份，自来水3份，酚醛树脂2份，松香0.5份，聚乙烯醇缩丁醛1份，硬脂酸钙0.1份，甲醇10份、乙醇45份。

该涂料的制备步骤为：

（1）在配料桶A中加入自来水和悬浮剂，充分搅拌浸泡，活化24小时以上，再加适量有机溶剂在胶体磨中循环胶磨2～3分钟；或者将定量的自来水和悬浮剂在轮碾机中搅拌碾压活化2小时以上，然后静置24小时以上，再加适量有机溶剂在胶体磨中循环胶磨2～3分钟；最后得到胶体A；

（2）在配料桶B中加入定量的粘结剂和消泡剂，加入适量有机溶剂搅拌溶解2小时以上，再在胶体磨中循环胶磨2～3分钟，静置5分钟后转桶，滤出沉淀物，得到溶液B；

（3）往搅拌分散机中加入胶体A，边高速搅拌边逐步加入含锆复合硅酸盐矿粉、溶液B和余量有机溶剂，加完后继续高速搅拌1小时以上，再低速搅拌0.5小时以上，得到膏体C；

（4）将膏体 C在胶体磨中循环加工1～3遍，得到烧结剥离型浅色铸铁涂料产品。

该涂料呈浅红色，烧结剥离性能很好，生产铸铁件时开箱冷却后涂层自动成片剥离的面积比大于95％。

实施例二：

在本实施例中，按质量份数计算，该涂料的组分为：含锆复合硅酸盐矿粉80份，锆英粉20份，锂基膨润土粉4份，自来水3份，酚醛树脂1份，松香1份，聚乙烯醇缩丁醛0.5份，硬脂酸钙0.3份，乙醇55份。

该涂料的制备步骤与实施例一相同。

在本实施例中，涂料呈浅白色，烧结剥离性能好，生产大中型铸钢件时开箱冷却后涂层自动成片剥离的面积比大于90％。

实施例三：

在本实施例中，按质量份数计算，涂料的组分为：含锆复合硅酸盐矿粉85份，铝矾土粉15份，锂基凹凸棒土粉5份，自来水4份，酚醛树脂3份，松香0.2份，聚乙烯醇缩丁醛0.2份，硬脂酸钙0.3份，甲醇65份。

该涂料的制备步骤与实施例一相同。

在本实施例中，涂料呈浅白色，烧结剥离性能较好，生产中小型铸钢件时开箱冷却后涂层自动成片剥离的面积比大于85％。

实施例四：

在本实施例中，按质量份数计算，涂料的组分为：含锆复合硅酸盐矿粉100份，锂基累托石粉5份，自来水3份，酚醛树脂2份，松香1.5份，聚乙烯醇缩丁醛0.5份，硬脂酸钙0.5份，甲醇55份，异丙醇10份。

该涂料的制备步骤与实施例一相同。

在本实施例中，涂料呈浅白色，烧结剥离性能好，生产铸钢件和铸铁件时，开箱冷却后涂层自动成片剥离的面积比大于90％。

以上实施例只是本发明为帮助理解而给出的实施方案，本发明的发明范围并不以上述内容为限。在此特别指出：对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明做出的等效修饰、变化或改进，皆应纳入权利要求书中所要求的保护范围内。