一种精密铸件制壳用过渡层涂料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种精密铸件制壳用过渡层涂料及其制备方法，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶10份、锆英粉16-20份、消泡剂0.015-0.02份、湿润剂0.04-0.045份，所述过渡层涂料的流杯粘度值为7-9s。制备的型壳质量更加稳定，型壳的表面比较致密，高温强度好，铸件尺寸精度高，产品表面质量好。脱壳性好、耐火性好，型壳的导热性好、热膨胀性小、热振稳定性优。同时，再通过提高润湿剂和消泡剂的加入量，保证了过渡层的具有较好的透气性。

说明书

技术领域

本发明属于精密铸造技术领域，具体涉及一种精密铸件制壳用过渡层涂料及其制备方 法。

背景技术

熔模精密铸造获得的产品精密、复杂，接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就 直接使用，是一种近净形成形的先进工艺，是铸造行业中一项优异的工艺技术，其应用非 常广泛。它不仅适用于各种类型、各种合金的铸造，而且生产出的铸件尺寸精度、表面质 量比其他铸造方法要高，甚至其他铸造方法难于铸得的复杂、耐高温、不易于加工的铸件， 均可采用熔模精密铸造铸得。

在精密铸造工艺中，型壳是影响铸件质量最为关键的因素之一，它不仅决定着铸件的尺寸 精度和表面粗糙度，而且直接影响着铸件的制造成本和生产效率。目前，国内精铸件生产中 广泛采用的型壳制造方法主要有以下3种：水玻璃型壳、复合型壳和硅溶胶型壳。其中，硅 溶胶作为陶瓷壳型粘结剂应用于铸造领域，立即以其无可比拟的优势逐步取代了曾经广泛使 用的制备工艺繁杂、有污染、成本高的水玻璃和硅酸乙脂水解液。实践证明，用硅溶胶液作 为陶瓷壳型粘剂具有下列优点：配制工艺简便，涂料便于贮存，浸涂用过的料浆调整成分后 可继续使用，减少材料消耗，浸涂工艺性能稳定，容易操作，取消了用硅酸乙脂水解液时的 氨干，工作环境得到改善，采用可控湿度的热风干燥，壳型强度高，采用水基硅溶胶，安全 性好。据称，从硅酸乙酯改用硅溶胶后，能源消耗减少20～30％，壳型合格率提高15～20％，工 作环境大大改善。

现有硅溶胶型壳制备过程中，当过渡层浆料的粘度较小(涂-4小于10s)时，消泡剂或润湿 剂与浆料的复合效果较差，无法获得理想的亲和性和表面光洁度，而当消泡剂或润湿剂加入 量过大时，又对蜡件表面造成一定程度地腐蚀。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种精密铸件制壳用过渡层涂料及其制备方法，通 过湿润剂和消泡剂和浆料加入比例的优选，在提高过渡层浆料与蜡件表面的亲和性、产品 壳膜的表面光洁度的同时，避免了消泡剂或润湿剂对蜡件腐蚀；同时，研究中还惊奇地发 现产品壳膜的线性收缩稳定性以及抗穿刺性能也得到了一定程度的提升。

为实现上述目的，本发明采用如下工艺：

一种精密铸件制壳用过渡层涂料，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶10份、锆英粉 16-20份、消泡剂0.015-0.02份、湿润剂0.04-0.045份，此时，产品的粘度值一般为7-9s。 (本发明中所述粘度皆为涂-4粘度)

优选的，所述消泡剂为有机硅树脂消泡剂(命名为GPE30消泡剂)，其中，有机硅树 脂的质量百分数小于10％。所述湿润剂由磷酸、异辛酯和环氧乙烯聚合物混合而成(命名为 A-35型湿润剂)，其中，各组分加入量为本领域的常规用量。

采用上述过渡层涂料制备的型壳质量稳定，表面致密，铸件尺寸精度高，表面质量好， 具有优异的高温强度、脱壳性和耐火性；同时，型壳还具有导热性好、热膨胀性小、热振 稳定性高等优点。

实际生产中，由于本发明过渡层浆料的粘度较大，采用常规消泡剂或润湿剂添加比例 时，消泡效果较差，产品表面易出现夹豆(如图1所示)，同时浆料的润湿性提升不大， 无法有效降低浆料表面能，浆料的涂挂效果差，产品表面存在毛刺。为了克服上述问题， 本发明综合分析了硅溶胶和锆英粉表面性能、浓度与附着力作用关系以及二者与有机溶剂 的融合机理，再经过上千次的实验摸索和验证，发现采用湿润剂和消泡剂的重量比为8-9： 3-4时，可以有效提高过渡层浆料与蜡件表面的亲和性，改善产品壳膜的表面光洁度，同时 避免消泡剂或润湿剂对蜡件腐蚀。

在实验中还发现，对于本发明的过渡层浆料，当消泡剂和润湿剂的比例发生改变时候， 特别是当润湿剂比例增大时候，会大大提高浆料的和蜡件的亲和性，当消泡剂和的润湿剂 的加入比例为1：1时，产品壳膜表面的毛刺丛生，如图1所示；当二者的重量份比为1：2 时，毛刺现象有所改善，但亲和性、表面光洁度以及平整度还是难以达到要求，如图2所 示；通过反复对比实验，最终发现当消泡剂和湿润剂的重量份比为3：8时，获得的产品壳 模不仅具有较优的亲和性、光洁度和平整度，而且线性收缩稳定性以及抗穿刺性能显著增 强；继续增大润湿剂的加入比到二者质量比大于4：9时，蜡件表面出现不同程度腐蚀，为 克服上述问题，本申请中将消泡剂和湿润剂的质量比限定在3：8-4:9。

优选地，上述过渡层涂料由下列重量份比的原料组成：硅溶胶10份、锆英粉18-20份、 GPE30消泡剂0.015份、A-35型湿润剂0.04份。

目前我们的配比是硅溶胶10份、锆英粉16-20份、湿润剂0.04份、消泡剂0.015份，这 种配比与传统浆料所比较，不需要粘结剂，使操作更便捷，并且不会出现过渡层和背层的分 离情况，使其亲和性更强，并且我们考虑到背层砂子的粒度和壳模的厚度，为了让其有效结 合，提高壳模强度和透气性能，综合多次实验结果(用鋯英粉粘度越高，结合性越差，但如 果太低，与背层的亲和性也越差)我们得出这个配比，这种配比的优势在于会使过渡层和背 层的剥离性得到改善，同时壳模的强固性和透气性提高，同时干燥时间短，生产效率高，亲 附结合性提高，而且大大提高了表面质量，特别是对于低Co基，Ni基合金有很好的作用，这 类合金对壳模的各种参数要求很高，这种工艺使其壳模的膨胀系数提高，透气性提高，减少 气孔，针孔的形成，而且保证了壳模的强度，稳固了过渡层表面质量。这也是这一发明的优 势所在。

就本发明的过渡层涂料而言，GPE30消泡剂中有机物含量较高，容易变质，特别是在夏 天高温情况下，不易保存，因此将其质量浓度稀释到0.12-0.15％。在本发明的多个优选方 案中，当A-35型湿润剂质量浓度大于0.4％时，浆料流动性下降，产生过分粘稠现象。当 A-35型湿润剂质量浓度小于0.36％时，浆料的表面性能和渗透性不良、附着力下降。已确 认了下述结果：使A-35型湿润剂质量浓度分别在0.36％以上且0.4％以下的范围时，可获得 良好的表面性能、渗透性以及附着力。

优选地，所述锆英粉中ZrO₂(HfO₂)的质量分数大于65％，Fe₂O₃的质量分数小于0.1％， TiO₂的质量分数小于0.14％。

本发明还提供了一种精密铸件制壳用过渡层涂料的制备方法，向硅溶胶中依次加入 A-35型湿润剂、锆英粉、GPE30消泡剂，并混合均匀，调整粘度为7-9s，继续搅拌至工艺 要求的时间后，即得。

所述A-35型湿润剂和GPE30消泡剂皆购自潍坊华忠新型复合材料有限公司，地址山东 省昌乐县南郝镇工业园创业路8号。物品编号：AIB040A35、AIB06F79P。

优选地，所述调整粘度的具体步骤为：初测涂料的粘度，若粘度值大于7-9s，则加硅 溶胶调整；若粘度值低于7-9s，则加耐火粉料调整。

优选地，所述过渡层涂料全部为新料时，搅拌时间≥24h，过渡层涂料部分为新料时 搅拌时间≥12h。

上述的过渡层涂料可用于五金配件、高尔夫船舶、建筑五金、机械配件、飞机制造、 武器装备、阀门、泵体，或飞机、火车、舰船的叶轮、叶片、空心叶片等精密铸件的制造。

Ni基和Co基合金主要是指的大气熔炼下的低Ni和低Co合金(一般含量在50％以下)， 这些合金的钢水对壳模表面的强度和膨胀系数要求较高，而现有的过渡层涂料无法满足上 述工艺要求，这也是本发明对过渡层进行改善的原因之一，通过上述的研究，本发明所述 的过渡层涂料更好的增强了壳模的表面的亲和性和稳定性，合金的表面光洁，尺寸稳定。

因此，本发明还提供了一种Ni基合金精密铸件制壳用过渡层涂料，由下列重量份比的 原料组成：硅溶胶10份、锆英粉16-20份、消泡剂0.015-0.02份、湿润剂0.04-0.045份, 涂4-粘度为48-57s。

优选的，所述消泡剂为GPE30消泡剂，所述湿润剂为A-35型湿润剂。

一种Co基合金精密铸件制壳用过渡层涂料，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶10 份、锆英粉16-20份、消泡剂0.015-0.02份、湿润剂0.04-0.045份,涂4-粘度为48-57s。

所述消泡剂为GPE30消泡剂，所述湿润剂为A-35型湿润剂。

本发明的有益效果：

1.本发明的过渡层涂料提高了过渡层浆料与蜡件表面的亲和性、产品壳膜的表面光洁 度的同时，避免了消泡剂或润湿剂对蜡件腐蚀；产品壳膜的线性收缩稳定性以及抗穿刺性 能也得到了有效提升。

2.采用本发明的过渡层涂料制备的型壳质量稳定，表面致密，铸件尺寸精度高，表面 质量好，具有优异的高温强度、脱壳性和耐火性；同时，型壳还具有导热性好、热膨胀性 小、热振稳定性高等优点。

3.本发明的过渡层涂料用于Ni基和Co基合金时，更好的增强了壳模的表面的亲和性 和稳定性，合金的表面光洁，尺寸稳定。

4.采用上述过渡层涂料制备的型壳质量稳定，表面致密，铸件尺寸精度高，表面质量 好，具有优异的高温强度、脱壳性和耐火性；同时，型壳还具有导热性好、热膨胀性小、 热振稳定性高等优点。

附图说明

图1产品表面易出现夹豆图。

图2GPE30消泡剂和A-35型润湿剂的加入比例为1：2时产品表面的形态图。

图3消泡剂反应原理图。

具体实施措施

下面结合附图对本发明进行进一步的阐述。应该说明的是，下述说明仅是为了解释本 发明，并不对其内容进行限定。

实施例1

一种精密铸件制壳用过渡层涂料，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶10份、锆英粉 18份、消泡剂0.015份、湿润剂0.04份。

制备方法如下：

在涂覆面层的壳膜表面涂覆过渡层，具体步骤如下：

室温22-27℃，当温度超过27℃的时候，就会导致壳模出现裂纹，干燥过渡等不良现象， 铸件中将会出现铁翅、飞边、涨壳等不良。

过渡层涂料全部为新料时搅拌时间≥24h，部分新料搅拌时间≥12h；

过渡层涂料及背层涂料全部为新料时搅拌时间≥10h，部分新料搅拌时间≥5h；

新料50％以下：搅拌时间4-5h；

新料50％以上：搅拌时间6-12h；

新料75％以上：搅拌时间12-17h；

新料100％：搅拌时间18-24h；

按比例将硅溶胶倒入涂料桶(沾浆机桶)中。

开动沾浆机，使其旋转。

以每公斤硅溶胶的比例加入润湿剂，混均匀。

按比例将耐火粉料缓慢加入涂料桶中，注意防止耐火粉结块，靠搅拌将粉料搅开。

以每公斤硅溶胶的比例加入消泡剂，混均匀。

涂料基本混均匀后，用詹氏杯初测涂料粘度。如粘度过高，加硅溶胶调整；如粘度过 低，加耐火粉料调整，初测粘度可比要求的粘度稍高，因涂料搅拌后粘度将略有下降。

涂料粘度调整好后，继续搅拌到工艺要求的时间后，再检查涂料粘度，达到工艺要求 方可使用(粘度为7-9s)。

制壳车间下班前应按比例配制涂料，涂料浆高度应达工作标准要求，并测定涂料粘度， 调整配料比例，直至粘度合格。下班后涂料桶必须继续搅拌。

实际生产中，对液面的高度进行限定，要在浆桶上边缘的15cm以内，当液面高度低于 此高度时，进行新料补充，以保证浆料的液面高度。

在操作过程中，我们要控制液面的最低高度要达到浇口杯粘合处，否则，液面过低的 话，壳模将会不成形，不完整，浇口杯也会发生脱落现象。

使用过程中涂料粘度增加时，可用硅溶胶加以调整。

过渡层涂料配制时要严格按加料顺序，依次加入硅溶胶、润湿剂、锆英粉、消泡剂，

加料顺序应正确。

以45-60度左右的角度将模组缓慢浸入过渡层涂料浆中稍作旋转，注意使蜡模沟槽和 尖角处包在涂料中的空气减到最少，有铸字或细窄凹槽时要用毛刷涂刷或预先喷涂料；以 稍快速度取出模组，使多余涂料滴除，用压缩空气吹破包附在蜡模孔洞和尖角内的气泡， 不停的转动模组，在模组上形成完整均匀涂层；将敷有均匀涂层的模组伸入淋砂机中翻转， 让全部表面均匀覆盖上一层砂，等待自然干燥后型壳的过渡层即以形成，后续即可按与过 渡层型壳相同的制作方法制作加固层。所述面层的制作方法与过渡层也相同，面层和加固 层的用料、后续的焙烤、浇铸工艺可根据本领域的现有技术进行常规选择。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度高，产品壳膜的线性收缩稳定性 以及抗穿刺性能优异，产品质量可达到精密铸造的产品质量标准。

实施例2

一种精密铸件制壳用过渡层涂料，其特征在于，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶 10份、锆英粉20份、消泡剂0.015份、湿润剂0.04份。

制备方法同实施例1。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度高，产品壳膜的线性收缩稳定性 以及抗穿刺性能优异，产品质量可达到精密铸造的产品质量标准。

实施例3

一种精密铸件制壳用过渡层涂料，其特征在于，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶 10份、锆英粉16份、消泡剂0.015份、湿润剂0.04份。

制备方法同实施例1。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度高，产品壳膜的线性收缩稳定性 以及抗穿刺性能优异，产品质量可达到精密铸造的产品质量标准。

实施例4

一种精密铸件制壳用过渡层涂料，其特征在于，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶 10份、锆英粉18份、消泡剂0.015份、湿润剂0.04份。GPE30消泡剂的质量浓度为0.12％， 润湿剂的质量浓度为0.36％。

制备方法同实施例1。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度高，产品壳膜的线性收缩稳定性 以及抗穿刺性能优异，产品质量可达到精密铸造的产品质量标准。

实施例5

一种精密铸件制壳用过渡层涂料，其特征在于，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶 10份、锆英粉20份、GPE30消泡剂0.015份、A-35型湿润剂0.04份。

制备方法同实施例1。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度较二甲基硅油消泡剂或正辛醇消 泡剂提升1-2个等级，产品壳膜的线性收缩稳定性以及抗穿刺性能优异，产品质量可达到 精密铸造的产品质量标准，。

实施例6

一种精密铸件制壳用过渡层涂料，其特征在于，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶 10份、锆英粉16份、GPE30消泡剂0.015份、A-35型湿润剂0.04份。

制备方法同实施例1。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度较十二烷基磺酸钠或脂肪醇聚氧 乙烯醚润湿剂提升1-2个等级，产品壳膜的线性收缩稳定性以及抗穿刺性能优异，产品质 量可达到精密铸造的产品质量标准。

实施例7

一种精密铸件制壳用过渡层涂料，其特征在于，由下列重量份比的原料组成：硅溶胶 10份、锆英粉18份、GPE30消泡剂0.015份、A-35型湿润剂0.04份。GPE30消泡剂的质 量浓度为0.12％，润湿剂的质量浓度为0.36％。

制备方法同实施例1。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度高，产品壳膜的线性收缩稳定性 以及抗穿刺性能优异，产品质量可达到精密铸造的产品质量标准。

实施例1-7任一所述的方案制备过渡层制造的五金配件、高尔夫船舶、建筑五金机 械配件、飞机制造武器装备、阀门、泵体，或飞机、火车、舰船的叶轮、叶片、空心叶 片等精密铸件的产品质量皆达到精密铸造的产品质量标准。

实施例8

一种Ni基合金精密铸件制壳用过渡层涂料，其特征在于，由下列重量份比的原料组成： 硅溶胶10份、锆英粉20份、消泡剂0.015份、湿润剂0.04份。消泡剂的质量浓度为0.132％， 润湿剂的质量浓度为0.38％。

制备方法同实施例1。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度高，产品壳膜的线性收缩稳定性 以及抗穿刺性能优异，产品质量可达到精密铸造的产品质量标准。产品性能明显优于通用 的非Co基合金精密铸件。

实施例9

一种Co基合金精密铸件制壳用过渡层涂料，其特征在于，由下列重量份比的原料组成： 硅溶胶10份、锆英粉16份、GPE30消泡剂0.015份、A-35型湿润剂0.04份。GPE30消泡 剂的质量浓度为0.5％，润湿剂的质量浓度为0.4％。

制备方法同实施例1。

制备的产品可避免出现缩孔或缩松缺陷，表面光洁度高，产品壳膜的线性收缩稳定性 以及抗穿刺性能优异，产品质量可达到精密铸造的产品质量标准。产品性能明显优于通用 的非Ni基合金精密铸件。

实施例1-9所述过渡层涂料制备的精密铸件能够满足各类产品的相应行业标准要求， 所述标准包括：JB/T7946.1-1999；JB/T4153-1999；JB/T4007-1999；JB/T 2980.2-1999；JB/T2980.1-1999；GB/T14235.9-1993；GB/T14235.8-1993；GB/T 14235.7-1993；GB/T14235.6-1993；GB/T14235.5-1993；GB/T14235.4-1993；GB/T 14235.3-1993；GB/T14235.2-1993；GB/T14235.1-1993；GB/T12215-1990；GB/T 12214-1990。

对比例1；

与实施例1的不同之处在于，消泡剂和润湿剂的重量份比为1:1。产品表面光洁度差、 出现缩孔或缩松缺陷，产品质量无法达到精密铸造的产品质量标准。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，消泡剂和润湿剂的重量份比为3:4。产品表面光洁度差、 缩孔、缩松以及毛刺，产品质量无法达到精密铸造的产品质量标准。

对比例3

与实施例1的不同之处在于，消泡剂和润湿剂的重量份比为1:2。产品表面光洁度差、 出现缩孔、缩松以及毛刺，产品质量无法达到精密铸造的产品质量标准。

对比例4

与实施例1的不同之处在于，消泡剂和润湿剂的重量份比为4:10。产品表面光洁度差、 出现缩孔或缩松缺陷，产品质量无法达到精密铸造的产品质量标准。

对比例5

与实施例1的不同之处在于，A-35型润湿剂的质量浓度为0.42％。浆料过分粘稠，严 重导致浆料报废。产品表面光洁度差，产品质量无法达到精密铸造的产品质量标准。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的 限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的 各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。