发明内容
本发明针对现有技术存在的问题,提出一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物,解决冷芯盒铸造工艺、3D砂型打印铸造工艺中存在的铸件脉纹缺陷。本发明为达到其目的,提供如下技术方案:
一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物,按质量份计,以耐火骨料为基准,组成成分包括耐火骨料100份、烧结剂3~15份、水60~100份、悬浮剂1~10份、粘结剂0.1~5份、润湿剂0.01~1份、防腐剂0.01~1份、消泡剂0.01~1份、颜料0.1~10份;
所述耐火骨料的组分包含耐火骨料A、耐火骨料B、耐火骨料C,所述耐火骨料A、所述耐火骨料B和所述耐火骨料C重量比例为1:(0.3-1.5):(2-8),其中,所述耐火骨料A为重质耐火骨料,所述耐火骨料B为低热导率耐火骨料,所述耐火骨料C为微观粒子结构为骨料颗粒径厚比≥10,呈现片状形貌的耐火骨料。
在其中一个实施例中,烧结剂为氧化钾、氧化钠、氟硅酸钠和玻璃粉的。
在其中一个实施例中,耐火骨料的粒度范围为50-1250目,其中,耐火骨料A的粒度为300~1250目;耐火骨料B的粒度范围为100~400目;耐火骨料C的粒度为50~200目。
在其中一个实施例中,优选地,耐火骨料A的粒度为800~1000目,耐火骨料B的粒度为200~325目,耐火骨料C的粒度为100~140目。
在其中一个实施例中,耐火骨料A为完全球形结构,球形表面覆有树脂膜,所覆树脂成分为热塑性酚醛树脂;耐火骨料A为锆英粉、电熔白刚玉粉、烧结白刚玉、棕刚玉、亚白刚玉、铬刚玉、铬矿砂粉、高铝铝矾土(氧化铝含量≥90%)中的一种或几种;耐火骨料A的堆积密度在4.0g/cm3以上,耐火度在1600℃以上。
在其中一个实施例中,耐火骨料B具有微观多孔结构;耐火骨料B为石棉粉、蛭石粉、珍珠岩粉、闭孔中空人造球形骨料颗粒、微孔硅酸钙、微孔铝酸钙、微孔碳酸镁中的一种或几种;耐火骨料B的热导率在0.5W/(m·K)-1以下,骨料晶体的莫氏硬度范围在1~3;耐火骨料B的耐火度1000~1500℃。
在其中一个实施例中,耐火骨料C微观粒子的径厚比在10:1以上;耐火骨料C为白云母、绢云母、锂云母、滑石粉、高岭土、伊利石中的一种或几种;所述耐火骨料C的耐火度为1200~1600℃。
在其中一个实施例中,悬浮剂包括凹凸棒土、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、瓜尔胶、合成聚丙烯酸、聚氨酯中的一种或几种。
在其中一个实施例中,粘结剂包括黄糊精、VAE乳液、聚醋酸乙烯乳液中的一种或几种。
在其中一个实施例中,润湿剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、炔二醇聚氧乙烯醚、山梨醇月桂酸脂聚氧乙烯醚中的一种或几种。
在其中一个实施例中,防腐剂为BIT、CIT/CMIT、DBNPA中的一种或几种。
在其中一个实施例中,消泡剂为有机硅消泡剂。
在其中一个实施例中,颜料为氧化铁黄、氧化铁棕、氧化铁黑中的一种或几种。
在其中一个实施例中,耐火骨料中还可以额外添加鳞片石墨,以保证涂料较高的耐火度。
本发明还提供一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物的制备方法,包括如下的制备过程:
S1:开启高速分散釜搅拌电机盒分散电机,依次加入水、粘结剂、润湿剂、防腐剂、消泡剂,1000rpm高速分散20~30分钟;
S2:加入悬浮剂,1000rpm高速分散10~30分钟;
S3:加入颜料、烧结剂及耐火骨料,1000rpm高速分散30~50分钟。
本发明还提供一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物的使用方法:铸造工业用水基防脉纹涂料组合物加水稀释至30~40Be后进行使用。使用时,可采用涂料刷笔将涂料涂刷于易产生脉纹缺陷的砂型部位或者进行整体浸涂涂料(典型应用为施涂于3D打印砂型和射芯砂型),浸涂本发明防脉纹涂料,实涂涂料后的砂型进烘干窑或者微波干燥设备进行烘干,转入后序使用。
本发明的有益效果在于:
本发明的水基防脉纹涂料,关键在特殊的耐火骨料设计和烧结剂设计。耐火骨料含有三类特性的骨料。耐火骨料A具有最细的骨料颗粒,主要是为了保证重质骨料A的渗透深度,此部分骨料优先渗透形成涂料渗透层。耐火骨料C骨料粒度最粗,主要形成非渗透层,是高温下形成软化相的主要组分。耐火骨料B则介于二者之间。其中重质耐火骨料A本身密度大,渗透倾向高于其它轻质骨料,因此可以保证涂料较深的渗透深度,能够起到加固砂型强度和耐火度的作用,增加涂层有效厚度。耐火骨料B具有热导率低的特点,其目的是降低浇注后热量从金属液向砂型的传导速率,砂型温度不致升的过快,从而能够推迟硅砂发生相变的时间,进而推迟砂型热裂发生的时间。待砂型热裂时间推迟到金属液发生凝固之后,此时即使砂型产生热裂纹,也不会产生脉纹缺陷了。耐火骨料C为具有片状结构形貌的耐火骨料,片状结构的骨料颗粒具有不渗透的特点,涂料施涂后,球状形貌的颗粒倾向于渗入砂芯中,而片状颗粒基本都停留在砂芯外表面的非渗透层,此类骨料颗粒本身的的莫氏硬度也较低,可以在浇注状态下形成一种近玻璃态的软化相,使砂型能够保持一定的热塑性和退让性,这一特性能够保证即使砂型产生轻微的热裂纹,也能保证涂层的完整,从而降低或完全消除脉纹缺陷。配方中的烧结剂组分,一方面能够降低形成软化相的温度,从而更有利于软化相的形成,另一方面也能够与硅砂作用,提升砂型的高温强度。
在采用硅砂作为造型用砂的3D砂型打印铸造工艺中,采用本发明的防脉纹涂料在易产生脉纹的部位进行预先刷涂然后整体浸涂常规涂料的施涂方案(典型应用为施涂于3D打印砂型和射芯砂型),铸件内腔处的脉纹缺陷以及脉纹粘砂得以完全消除。在采用硅砂作为造型用砂的冷芯盒铸造工艺中,采用本发明的防脉纹涂料在易产生脉纹的部位进行预先刷涂然后整体浸涂常规涂料的施涂方案,铸件内腔处的脉纹缺陷以及脉纹粘砂得到明显改善。本发明的防脉纹涂料渗透性高,渗透深度达到2mm左右。本发明的防脉纹涂料成本较低,涂料原材料成本价格与常规铸造水基涂料相当。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将对本发明进行更全面的描述。
实施案例一:
本实施例提供一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物,其原材料及配比,分别为:耐火骨料1000KG、烧结剂80KG、水70KG、凹凸棒土60KG、聚乙烯醇20KG、炔二醇聚氧乙烯醚5KG、BIT水性涂料防腐剂5KG、有机硅消泡剂5KG、氧化铁黄50KG。其中:耐火骨料包括耐火骨料A为锆英粉200KG、耐火骨料B蛭石粉100KG、耐火骨料C为白云母700KG;烧结剂包括氧化钾10KG、氧化钠20KG、氟硅酸钠20KG和玻璃粉30KG。
一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物的制备方法,包括如下的制备过程:
S1:开启高速分散釜搅拌电机盒分散电机,依次加入水70KG、粘结剂黄糊精20KG、润湿剂炔二醇聚氧乙烯醚5KG、防腐剂BIT水性涂料防腐剂5KG、消泡剂有机硅消泡剂5KG,1000rpm高速分散20分钟;
S2:加入悬浮剂凹凸棒土60KG,1000rpm高速分散10分钟;
S3:加入颜料氧化铁黄50KG、烧结剂80KG(其中氧化钾10KG、氧化钠20KG、氟硅酸钠20KG和玻璃粉30KG)、耐火骨料1000KG(其中锆英粉200G、蛭石粉100KG、白云母700KG),1000rpm高速分散30分钟。
上述制备步骤制得涂料组合物,具体的使用过程包括:铸造工业用水基防脉纹涂料组合物加水稀释至35Be后进行使用。使用时,可采用涂料刷笔将涂料涂刷于易产生脉纹缺陷的砂型部位或者进行整体浸涂涂料,典型应用为施涂于3D打印砂型和射芯砂型。实施案例二:
本实施例提供一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物,其原材料及配比,分别为:耐火骨料1000KG、烧结剂50KG、水70KG、凹凸棒土80KG、VAE乳液30KG、脂肪醇聚氧乙烯醚5KG、CIT/CMIT水性涂料防腐剂5KG、有机硅消泡剂5KG、氧化铁黄50KG。其中:耐火骨料包括耐火骨料A为电熔白刚玉200KG、耐火骨料B珍珠岩100KG、耐火骨料C为绢云母700KG;烧结剂包括氧化钾5KG、氧化钠5KG、氟硅酸钠20KG和玻璃粉20KG。
一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物的制备方法,包括如下的制备过程:
S1:开启高速分散釜搅拌电机盒分散电机,依次加入水70KG、粘结剂VAE乳液30KG、润湿剂脂肪醇聚氧乙烯醚5KG、CIT/CMIT水性涂料防腐剂5KG、消泡剂有机硅消泡剂5KG,1000rpm高速分散20分钟;
S2:加入悬浮剂凹凸棒土80KG,1000rpm高速分散10分钟;
S3:加入颜料氧化铁黄50KG、烧结剂50KG(其中氧化钾5KG、氧化钠5KG、氟硅酸钠20KG和玻璃粉20KG)、耐火骨料1000KG(其中电熔白刚玉200KG、珍珠岩100KG、绢云母700KG),1000rpm高速分散30分钟。
上述制备步骤制得涂料组合物,具体的使用过程包括:铸造工业用水基防脉纹涂料组合物加水稀释至30Be后进行使用。使用时,可采用涂料刷笔将涂料涂刷于易产生脉纹缺陷的砂型部位或者进行整体浸涂涂料,典型应用为施涂于3D打印砂型和射芯砂型。实施案例三:
本实施例提供一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物,其原材料及配比,分别为:耐火骨料1000KG、烧结剂100KG、水75KG、羟乙基纤维素5KG、凹凸棒土40KG、黄糊精25KG、烷基酚聚氧乙烯醚5KG、DBNPA水性涂料防腐剂5KG、有机硅消泡剂5KG、氧化铁棕50KG。其中:耐火骨料包括耐火骨料A为铬矿砂粉200KG、耐火骨料B石棉粉80KG、耐火骨料C为高岭土720KG;烧结剂包括氧化钾50KG、氧化钠10KG、氟硅酸钠10KG和玻璃粉30KG。
一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物的制备方法,包括如下的制备过程:
S1:开启高速分散釜搅拌电机盒分散电机,依次加入水70KG、粘结剂黄糊精25KG、润湿剂烷基酚聚氧乙烯醚5KG、DBNPA水性涂料防腐剂5KG、消泡剂有机硅消泡剂5KG,1000rpm高速分散20分钟;
S2:加入悬浮剂羟乙基纤维素5KG、凹凸棒土40KG,1000rpm高速分散10分钟;
S3:加入颜料氧化铁棕50KG、烧结剂100KG(其中氧化钾50KG、氧化钠10KG、氟硅酸钠10KG和玻璃粉30KG)、耐火骨料1000KG(其中铬矿砂粉200KG、石棉粉80KG、高岭土720KG),1000rpm高速分散30分钟。
上述制备步骤制得涂料组合物,具体的使用过程包括:铸造工业用水基防脉纹涂料组合物加水稀释至40Be后进行使用。使用时,可采用涂料刷笔将涂料涂刷于易产生脉纹缺陷的砂型部位或者进行整体浸涂涂料,典型应用为施涂于3D打印砂型和射芯砂型。实施案例四:
本实施例提供一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物,其原材料及配比,分别为:耐火骨料1000KG、烧结剂30KG、水100KG、羧甲基纤维素10KG、凹凸棒土40KG、聚乙烯醇(改为聚醋酸乙烯溶液)15KG、烷基酚聚氧乙烯醚5KG、CIT/CMIT水性涂料防腐剂5KG、有机硅消泡剂5KG、氧化铁黑90KG。其中:耐火骨料包括耐火骨料A为棕刚玉100KG、耐火骨料B微孔硅酸钙100KG、耐火骨料C为滑石粉750KG;烧结剂包括氧化钾2KG、氧化钠38KG、氟硅酸钠2KG和玻璃粉8KG。
一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物的制备方法,包括如下的制备过程:
S1:开启高速分散釜搅拌电机盒分散电机,依次加入水70KG、聚乙烯醇(改为聚醋酸乙烯溶液)15KG、润湿剂烷基酚聚氧乙烯醚5KG、CIT/CMIT水性涂料防腐剂5KG、消泡剂有机硅消泡剂5KG,1000rpm高速分散20分钟;
S2:加入悬浮剂羧甲基纤维素10KG、凹凸棒土40KG1000rpm高速分散10分钟;
S3:加入颜料氧化铁黑90KG、烧结剂30KG(氧化钾2KG、氧化钠38KG、氟硅酸钠2KG和玻璃粉8KG)、耐火骨料1000KG(棕刚玉100KG、微孔硅酸钙100KG、滑石粉750KG),1000rpm高速分散30分钟。
上述制备步骤制得涂料组合物,具体的使用过程包括:铸造工业用水基防脉纹涂料组合物加水稀释至36Be后进行使用。使用时,可采用涂料刷笔将涂料涂刷于易产生脉纹缺陷的砂型部位或者进行整体浸涂涂料,典型应用为施涂于3D打印砂型和射芯砂型。实施案例五:
本实施例提供一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物,其原材料及配比,分别为:耐火骨料1000KG、烧结剂150KG、水100KG、甲基纤维素10KG、凹凸棒土10KG、羧甲基纤维素20KG、VAE乳液25KG、山梨醇月桂酸脂聚氧乙烯醚1KG、炔二醇聚氧乙烯醚1KG、BIT水性涂料防腐剂1KG、CIT/CMIT水性涂料防腐剂1KG、DBNPA防腐剂1KG、有机硅消泡剂10KG、氧化铁黑30KG、氧化铁棕10KG。其中:耐火骨料包括耐火骨料A为锆英粉100KG、白刚玉100KG,耐火骨料B微孔铝酸钙50KG、闭孔中空人造球形骨料颗粒100KG,耐火骨料C为白云母350KG、锂云母150KG、滑石粉150KG;烧结剂包括氧化钾5KG、氧化钠30KG、氟硅酸钠50KG和玻璃粉65KG。
一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物的制备方法,包括如下的制备过程:
S1:开启高速分散釜搅拌电机盒分散电机,依次加入水70KG、粘结剂VAE乳液25KG、润湿剂山梨醇月桂酸脂聚氧乙烯醚1KG和炔二醇聚氧乙烯醚1KG、CIT/CMIT水性涂料防腐剂1KG和DBNPA防腐剂1KG、消泡剂有机硅消泡剂10KG,1000rpm高速分散20分钟;
S2:加入悬浮剂甲基纤维素10KG、凹凸棒土10KG和羧甲基纤维素20KG,1000rpm高速分散10分钟;
S3:加入颜料氧化铁黑30KG和氧化铁棕10KG、烧结剂150KG(其中氧化钾5KG、氧化钠30KG、氟硅酸钠50KG和玻璃粉65KG)、耐火骨料1000KG(其中锆英粉100KG、白刚玉100KG、微孔铝酸钙50KG、闭孔中空人造球形骨料颗粒100KG、白云母350KG、锂云母150KG、滑石粉150KG),1000rpm高速分散30分钟。
上述制备步骤制得涂料组合物,具体的使用过程包括:铸造工业用水基防脉纹涂料组合物加水稀释至32~40Be后进行使用。使用时,可采用涂料刷笔将涂料涂刷于易产生脉纹缺陷的砂型部位或者进行整体浸涂涂料,典型应用为施涂于3D打印砂型和射芯砂型。
上述各实施例中配制的防脉纹水基涂料加水稀释到35±5Be,然后测试涂料的24h悬浮性、高温曝热裂纹等级,并实施3D砂芯以及冷芯砂芯的防脉纹涂料施涂及抗脉纹浇铸试验,结果见下表1所示。从表中数据可知,实施例中配制的抗脉纹水基涂料的24h悬浮性都在97%以上,高温曝热裂纹等级均为I级,1200℃灼烧2分钟后涂层完整无裂纹产生。抗脉纹浇铸试验结果表明:实施例1-5的防脉纹涂料能够完全消除3D砂芯浇铸试块的脉纹缺陷;实施例1-5的防脉纹涂料能够明显改善冷芯盒砂芯浇铸试块的脉纹缺陷。
表1实施例数据对比
最后应说明的是:以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。