一种精密砂型铸造型芯用涂料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种精密砂型铸造型芯用复合涂料及其制备方法，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料；所述醇基石墨烯涂料包括硝酸钠和石墨烯；所述醇基氯化物涂料包括氯化锰。与传统的醇基涂料相比，本发明专利技术的复合涂料制备得到的涂层的厚度均匀、涂层结构致密，所述涂层可以有效降低Mg、Li等轻质元素的烧损量，减少铸件皮下针孔、气孔缺陷，生产周期短，对环境污染小，适用于精密砂型铸型型芯的涂刷，可实现军工装备与新能源汽车复杂结构精密铝合金铸件短周期低成本绿色铸造，经济效益明显。经济效益明显。经济效益明显。

A coating for core of precision sand mold casting and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种精密砂型铸造型芯用涂料及其制备方法


[0001]本专利技术属于铸造及铸造用辅助材料领域，具体涉及一种精密砂型铸造型芯用涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金密度低、比强/刚度高、耐蚀性好、塑性好、加工性能优异，且具有良好的焊接性能，优良的导电性、导热性，在军工装备领域得到了广泛的应用。铝合金按照加工工艺主要可分为变形铝合金与铸造铝合金两类，其中铸造铝合金因具有良好的工艺流动性能与中等载荷承载能力，在导弹壳体、载油舱壳体、发动机附件机匣、发动机油路管道、汽车发动机缸体、汽车发动机缸盖等产品制造上得到了广泛的应用。
[0003]目前应用最广泛的铸造成形工艺主要为砂型铸造，砂型铸造通常选用硅砂作为造型材料，通过添加有机粘结剂或无机粘结剂与硅砂混匀后制得砂型铸造型芯。在进行熔体浇铸时，砂型铸造型芯表面若不刷涂涂料而直接进行熔体浇铸，则高温熔融状态的熔体与砂型铸造型芯表面的粘结剂将发生较为严重的界面反应，产生针孔、疏松、皮下气孔等冶金缺陷；同时也会产生较为严重的粘砂缺陷。不仅如此，熔体中添加的Mg、Li元素易与有机粘结剂中的酚醛树脂、脲烷树脂发生反应生成反应型气孔，降低了铸件/铸型界面的强度，影响了铸件的表面质量，也加重了Mg、Li等轻质元素的烧损。因此，在砂型铸造型芯制备完成后通常需要在砂型铸造型芯的表面涂刷一定厚度的涂料，以隔阻熔融状态的金属与砂型铸造型芯表面直接接触而诱发的界面反应，消除或降低铸件/铸型界面物理化学反应的严重程度，提高铸件表面的光洁度，减少机械粘砂、化学粘砂，提高铸件表面强度，减少砂眼、气孔缺陷，总而言之，涂料的涂刷直接关系和影响到铸件的表面质量与冶金质量。
[0004]现有砂型铸造型芯用涂料大致可分为水基涂料和醇基涂料。其中醇基涂料由于在涂刷后可点燃灼烧进行快速固化，可与各类砂型铸造型芯制备工艺配合使用，无需专用的烘干工序，可显著缩短铸件的生产周期、简化工艺制造流程、节约生产资源与资金投入，是有色铸造业界广泛使用的涂料。现有的醇基涂料多为单一品种涂料，随着室内生产环境温湿度的变化，涂料涂刷效果变化较大，批产铝合金铸件产品质量波动大。随着近年来轻量化设计制造一体化精密液态成形制造工艺的广泛使用，Li、Mg等轻质元素在铝合金熔体中的添加量不断增高，Mg、Li等轻质元素为活泼性元素，极易与空气中的水汽在铸件/铸型界面发生化学反应，生成大量的氢气，在铸件表面产生较为严重的针孔、气孔类缺陷。现有传统的醇基涂料在用于铸造铝镁合金、铸造铝锂合金时存在着冶金缺陷多、铸件表面质量差等工艺问题。

技术实现思路

[0005]为了解决传统醇基涂料在砂型铸造型芯表面涂刷时，铸件表面质量差，铸件皮下针孔、气孔缺陷多，机械粘砂与化学粘砂严重，Mg、Li等轻质元素烧损量高等问题，本专利技术提供了一种精密砂型铸造型芯用复合涂料及其制备方法。本专利技术的砂型铸造型芯用复合涂料
的使用可明显改善铸件的表面质量，其中醇基石墨烯涂料可降低铸件/铸型界面氢含量浓度，控制铸件/铸型界面反应程度，醇基氯化物涂料可明显减少铸件皮下针孔、气孔类缺陷。使用所述复合涂料可以制造出适用于轻质铝合金精密铸件所用的砂型铸造型芯，用于军工装备与新能源汽车复杂结构精密铝合金铸件的绿色铸造。
[0006]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种精密砂型铸造型芯用复合涂料，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料；所述醇基石墨烯涂料包括硝酸钠和石墨烯；所述醇基氯化物涂料包括氯化锰。
[0007]根据本专利技术的实施方式，所述醇基表层涂料包括羧甲基纤维素、海藻硅钠、聚酰胺、氰基丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇、乙酰丙酮、海藻胶、淀粉磷酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、氧化铝、氧化锆、蓝晶石粉、异丙醇，余量为乙醇。
[0008]根据本专利技术的实施方式，所述醇基石墨烯涂料包括聚丙烯酸钠、偏硅酸钠、热塑性丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酸乙酯、糊精、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠、碳化硅、云母粉、氧化铍、石墨烯、硝酸钠、1
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丁酸，余量为甲醇。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述醇基氯化物涂料包括羧甲基纤维素、偏硅酸钠、聚酰胺、乙酰丙酮、氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇、环氧树脂、丙二醇藻蛋白酸酯、海藻胶、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锆、氧化铝、高岭石粉、氯化锰、2
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丙烯醛，余量为乙醇。
[0010]根据本专利技术的实施方式，所述醇基表层涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素1%~2%，海藻硅钠2%~4%，聚酰胺3%~4%，氰基丙烯酸酯2%~3%，氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇3%~5%，乙酰丙酮2%~3%，海藻胶1.5%~2.5%，淀粉磷酸钠1%~2%，聚乙烯吡咯烷酮2%~3%，氧化铝16%~18%，氧化锆12%~14%，蓝晶石粉10%~12%，异丙醇6%~8%，余量为乙醇。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述醇基表层涂料中，通过添加聚酰胺并进行乳化后的溶液流动黏度得到明显提高，使得醇基表层涂料的悬浮性得到有效保证。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述醇基表层涂料中，氰基丙烯酸酯在升温后可与氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇发生化学反应，在醇基表层涂料中形成了交联高分子反应团，可以提高醇基表层涂料的涂挂性能，添加乙酰丙酮可抑制醇基表层涂料中的细菌生长繁殖，提高醇基表层涂料的使用寿命。
[0013]根据本专利技术的实施方式，所述醇基表层涂料中，添加海藻胶、淀粉磷酸钠与聚乙烯吡咯烷酮进行分散后，可提高醇基表层涂料的表面张力，提高其涂刷涂覆性能，同时改善醇基表层涂料的表面光洁度。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述醇基表层涂料中，氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉作为醇基表层涂料的耐火骨料，比重高且密度大，添加氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉可有效悬浮于醇基表层涂料之中，提高醇基表层涂料的耐火性能与抗粘砂性能。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述醇基石墨烯涂料包括如下质量分数的各组分：聚丙烯酸钠2%~3%，偏硅酸钠2%~4%，热塑性丙烯酸树脂3%~4%，环氧树脂2%~4%，硅酸乙酯4%~6%，糊精2%~3%，淀粉磷酸钠2%~4%，羧甲基纤维素钠1%~2%，碳化硅3%~5%，云母粉14%~16%，氧化铍4%~6%，石墨烯1.5%~3.0%，硝酸钠4%~6%，1
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丁酸8%~10%，余量为甲醇。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述醇基石墨烯涂料中，加入聚丙烯酸钠与偏硅酸钠，其可以与甲醇溶液发生化学反应，形成了弱碱性化学溶液，热塑性丙烯酸树脂和环氧树脂在
弱碱性化学溶液中进行乳化后，与硅酸乙酯发生交联化学反应，在醇基石墨烯涂料中形成了大量的高分子反应团，提高了醇基石墨烯涂料的悬浮性能。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述醇基石墨烯涂料中，羧甲基纤维素可以附着在糊精和淀粉磷酸钠表面并与之进行化学反应，在涂料溶液中形成大量承载体，改善了糊精与淀粉磷酸钠的化学活性，可提高醇基石墨烯涂料的涂挂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精密砂型铸造型芯用复合涂料，其特征在于，所述复合涂料包括醇基表层涂料、醇基石墨烯涂料和醇基氯化物涂料；所述醇基石墨烯涂料包括硝酸钠和石墨烯；所述醇基氯化物涂料包括氯化锰。2.根据权利要求1所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基表层涂料包括羧甲基纤维素、海藻硅钠、聚酰胺、氰基丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇、乙酰丙酮、海藻胶、淀粉磷酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、氧化铝、氧化锆、蓝晶石粉、异丙醇，余量为乙醇；和/或，所述醇基石墨烯涂料包括聚丙烯酸钠、偏硅酸钠、热塑性丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酸乙酯、糊精、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠、碳化硅、云母粉、氧化铍、石墨烯、硝酸钠、1
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丁酸，余量为甲醇；和/或，所述醇基氯化物涂料包括羧甲基纤维素、偏硅酸钠、聚酰胺、乙酰丙酮、氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇、环氧树脂、丙二醇藻蛋白酸酯、海藻胶、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锆、氧化铝、高岭石粉、氯化锰、2
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丙烯醛，余量为乙醇。3.根据权利要求2所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基表层涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素1%~2%，海藻硅钠2%~4%，聚酰胺3%~4%，氰基丙烯酸酯2%~3%，氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇3%~5%，乙酰丙酮2%~3%，海藻胶1.5%~2.5%，淀粉磷酸钠1%~2%，聚乙烯吡咯烷酮2%~3%，氧化铝16%~18%，氧化锆12%~14%，蓝晶石粉10%~12%，异丙醇6%~8%，余量为乙醇；和/或，所述醇基石墨烯涂料包括如下质量分数的各组分：聚丙烯酸钠2%~3%，偏硅酸钠2%~4%，热塑性丙烯酸树脂3%~4%，环氧树脂2%~4%，硅酸乙酯4%~6%，糊精2%~3%，淀粉磷酸钠2%~4%，羧甲基纤维素钠1%~2%，碳化硅3%~5%，云母粉14%~16%，氧化铍4%~6%，石墨烯1.5%~3.0%，硝酸钠4%~6%，1
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丁酸8%~10%，余量为甲醇；和/或，所述醇基氯化物涂料包括如下质量分数的各组分：羧甲基纤维素1.5%~2.5%，偏硅酸钠2.5%~3.5%，聚酰胺1.5%~2.0%，乙酰丙酮2%~4%，氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇1.5%~2.5%，环氧树脂2%~3%，丙二醇藻蛋白酸酯3%~4%，海藻胶2%~3%，聚乙烯吡咯烷酮2.5%~4.0%，氧化锆8%~10%，氧化铝12%~14%，高岭石粉10%~12%，氯化锰4%~6%，2
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丙烯醛3%~5%，余量为乙醇。4.根据权利要求1
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3任一项所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基表层涂料是通过如下方法制备得到的：（1）将羧甲基纤维素、海藻硅钠添加至异丙醇中，在混合搅拌容器内剪切搅拌20min~40min，静置沉淀6h~8h；之后在混合溶液中添加聚酰胺，采用乳化机乳化35min~50min待用；（2）在步骤（1）制备的混合溶液中添加氰基丙烯酸酯升温搅拌，升温温度为60℃~65℃，搅拌转速为250r/min~400r/min，搅拌时间为20min~35min；随后继续升温至80℃~100℃添加氰基丙烯酸酯
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聚乙二醇，以150r/min~200r/min转速搅拌15min~25min，静置10min~15min；降温至35℃~45℃加入乙酰丙酮，采用分散机以200r/min~350r/min分散15min~30min待用；（3）在步骤（2）制备的混合溶液中添加海藻胶在分散机上以350r/min~450r/min分散15min~20min，静置10min~15min后升温至50℃~60℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以400r/min~600r/min分散10min~15min后静置10min~20min，随后继续添加聚乙烯吡咯烷酮，在分散机上以500r/min~700r/min分散15min~25min后静置20min~40min待用；
（4）将步骤（3）制备的混合溶液放置于分散机上以800r/min~1000r/min分散30min~45min，随后升温至60℃~80℃依次添加氧化铝、氧化锆与蓝晶石粉，添加后以900r/min~1200r/min转速搅拌40min~60min，随后静置15min~20min待用；（5）将步骤（4）中制备的混合溶液放置于乳化机上以800r/min~1000r/min乳化25min~40min，升温至40℃~50℃加入乙醇以200r/min~400r/min分搅拌15min~25min，静置后即制得醇基表层涂料。5.根据权利要求1
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3任一项所述的复合涂料，其特征在于，所述醇基石墨烯涂料是通过如下方法制备得到的：（1
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）在甲醇溶液中加入聚丙烯酸钠与偏硅酸钠，在混合搅拌容器内剪切搅拌15min~25min，搅拌速度为350r/min~500r/min，搅拌后静置沉淀2h~4h待用；（2
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）在步骤（1
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）制备的混合溶液中添加热塑性丙烯酸树脂，升温至40℃~50℃以200r/min~400r/min搅拌速度搅拌20min~30min；随后添加环氧树脂采用乳化机以500r/min~650r/min乳化30min~45min，继续升温至50℃~65℃添加硅酸乙酯，以400r/min~600r/min转速搅拌30min~50min，静置20min~30min待用；（3
’
）在步骤（2
’
）制备的混合溶液中添加糊精在分散机上250r/min~400r/min分散20min~40min，静置15min~25min后升温至65℃~80℃添加淀粉磷酸钠，在分散机上以500r/min~650r/min分散20min~35m...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊振中，陆政，周永江，范学燚，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：