用于3DP砂型镁合金铸件联合阻燃与防氧化的方法技术

一种用于镁合金铸件3DP砂型铸造的全流程联合阻燃与防氧化工艺，将自阻燃3DP砂型、砂型阻燃涂料/层涂覆、熔体机械过滤和气氛保护条件下的铸件浇注与凝固联合应用于镁合金铸件3DP砂型铸造生产中，防止镁合金熔体在浇注过程中的氧化燃烧，减少铸件内部夹杂，提高镁合金铸件的产品质量及成品率。本发明专利技术得到的铸型内熔体氧化燃烧倾向显著减少，铸件表面的氧化物瘤、烧点等缺陷减少，铸件内部氧化夹杂减少，铸件的表面及内部质量提升，铸件的合格率提高。且本发明专利技术工艺操作简单，所需材料和试剂等成本低廉，易于在镁合金铸件3DP砂型铸造中广泛应用，具有经济实用性。具有经济实用性。具有经济实用性。

【技术实现步骤摘要】
用于3DP砂型镁合金铸件联合阻燃与防氧化的方法


[0001]本专利技术涉及镁合金3DP砂型铸造领域，具体是一种镁合金铸件在3DP砂型常规重力铸造条件下的联合阻燃与防氧化工艺。

技术介绍

[0002]随着工业上对于轻量化结构件的需求增多，当前镁合金铸件普遍朝着复杂化、薄壁化的方向发展。复杂薄壁镁合金铸件对于尺寸精度、表面质量和内部质量均具有更高的要求，需要对铸件的内部氧化夹杂、缩松缩孔等缺陷进行严格的工艺控制，减少复杂薄壁镁合金铸件中存在的夹杂、缩孔缩松、浇不足、热裂等缺陷。砂型3D喷墨打印技术(3DP)以打印速率快、产能高、污染小、易清砂和易实现产业化等优势，已成功应用于铸铁、铸钢、铸铝等砂型铸造领域。但在镁合金铸造领域，3DP砂型在浇注过程中镁熔体的热作用下，水分蒸发和有机物燃烧会产生大量的氧化性气体，易与镁熔体发生反应，导致合金熔体的氧化燃烧，在铸件上出现氧化烧蚀和氧化性夹杂。同时，国产3DP砂型的制备中通常需添加高含量的树脂粘结剂来保证砂型强度，会带来砂型发气量增大、透气性变差和砂型退让性变差等情况，极大地增加了3DP砂型镁合金复杂薄壁铸件生产的困难程度，导致铸件的成品率下降，现有技术尚无法完全满足镁合金铸件3DP砂型铸造的工业化生产应用。
[0003]通常，在熔炼阶段使用熔剂保护、气氛保护等方法能实现镁合金熔体保护，防止氧化燃烧。然而此类方法只能在熔炼阶段对熔体进行保护，而针对铸件浇注过程中的镁熔体阻燃及防氧化工艺较少，且熔剂或保护气氛在熔体表面形成的保护膜会在浇注过程破裂，流动的镁金属液与氧化性气氛作用，极易氧化燃烧，氧化物会被卷入熔体中并最终在铸件中形成夹杂，严重影响铸件的产品质量。镁合金铸件在砂型铸造成型过程中，镁熔体易与空气及砂型内的氧、氮和水发生反应，放出大量的热，产生疏松绝热的氧化镁和氮化镁膜，并导致镁熔体的燃烧，且3DP砂型发气量较大，不利于镁合金复杂薄壁铸件的生产。在公开号CN 109865792 A的专利技术创造中涉及了一种生产镁合金铸件的3DP砂型，但仅从3DP砂型制备角度提高铸型阻燃性，未针对3DP砂型镁合金铸造工艺全流程提出适用的阻燃与防氧化工艺。在镁合金铸件的3DP砂型铸造生产过程中，如何降低金属液与氧化性气氛间的反应，减少浇注过程中镁熔体的氧化燃烧，降低铸件中的氧化性夹杂，提升3DP砂型镁合金铸件的产品质量和成品率，成为镁合金铸件生产中亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有镁合金铸件在3DP砂型铸造生产制造过程中极易出现的氧化燃烧并导致的铸件成品率低的不足，本专利技术提出了一种用于镁合金铸件3DP砂型铸造的全流程联合阻燃与防氧化工艺。
[0005]本专利技术的具体过程是：
[0006]步骤1、铸件特征分析。
[0007]步骤2、确定铸件浇注系统：
[0008]根据铸件的特征设计并优化铸件的浇注系统。
[0009]步骤3、铸型分型：
[0010]根据铸件的浇注系统，通过布尔运算得到铸型的三维结构。依据铸造工艺中分型面的确定原则对铸型的三维结构进行分型，得到分型后的铸型各组块三维结构用于砂型打印。
[0011]步骤4、3DP砂型的打印：
[0012]将所述铸型各组块三维结构输入砂型3D打印机；将用于打印的混合粉末和呋喃树脂加入所述砂型3D打印机中，通过3D打印得到自阻燃3DP砂型各组块；所述自阻燃3DP砂型各组块是与步骤3中所述的铸型各组块相对应的砂型实物。
[0013]所述用于3D打印的混合粉末的原料为硅砂，加入催化剂和阻燃剂配制而成。所述催化剂为对甲苯磺酸，阻燃剂为硼酸。所述呋喃树脂为粘接剂。将所述硅砂和硼酸在混砂机中搅拌，得到混料；向该混料中加入对甲苯磺酸并搅拌均匀，得到用于打印的混合粉末。所述对甲苯磺酸催化剂用量为硅砂的0.45wt.％。所述硼酸阻燃剂用量为硅砂的1.0～2.0wt.％。所述呋喃树脂粘接剂用量为硅砂的1.5wt.％。
[0014]所述硅砂的粒径为105～210μm。打印时，每个打印层的厚度为0.28mm。
[0015]步骤5、3DP砂型阻燃涂料与涂层涂覆：
[0016]将打印得到的自阻燃3DP砂型各组块在120～130℃下烘干2.5～3.0h后取出；使用气枪清砂后，在该自阻燃3DP砂型各组块的型腔表面涂覆阻燃涂料与涂层。
[0017]所述在该自阻燃3DP砂型各组块的型腔表面涂覆阻燃涂料的具体过程是：
[0018]将所述阻燃涂料在自阻燃3DP砂型各组块的型腔表面均匀喷涂2遍；每次喷涂结束后立即点燃，使该阻燃涂料中的酒精燃烧以得到干燥的冰晶石涂料层。
[0019]所述3DP砂型阻燃涂料由冰晶石和酒精配制而成，该涂料中冰晶石和酒精比例为：每100ml酒精需用冰晶石4～6g。所述酒精为分析纯乙醇试剂。所述冰晶石为分析纯氟铝酸钠试剂。
[0020]并在该自阻燃3DP砂型各组块的型腔表面涂覆碳黑涂层。
[0021]在涂覆所述碳黑涂层的过程中，乙炔喷枪的移动速度为30～40mm/s，喷枪往复运动，避免在同一位置的停留时间超过2s，得到外观致密光滑的碳黑涂层。
[0022]所述乙炔为纯度不低于99％的高纯乙炔气体。涂覆过程中乙炔火焰颜色为不完全燃烧的黄色，火焰的长度为200～300mm，乙炔火焰喷射方向垂直于砂型表面。
[0023]乙炔在空气中不完全燃烧，会分解形成碳素微粒并附着在3DP砂型表面形成碳黑涂层。
[0024]步骤6、3DP砂型合型：
[0025]阻燃涂料与涂层涂覆结束后，依据步骤3中的铸型的三维结构将自阻燃3DP砂型各组块合型，并在在各分型面处涂抹由上店土粉与硅溶胶混合而成的泥条，得到用于浇铸的自阻燃3DP砂型组合体。
[0026]所述的上店土粉与硅溶胶比例为：每100g上店土粉需用硅溶胶25ml。
[0027]步骤7、镁合金的熔炼：
[0028]所述镁合金为铸造镁合金，可依据铸件需要自行选用。所述镁合金的熔炼均按照已有技术工艺进行熔炼。
[0029]步骤8、浇铸：
[0030]将步骤6中合型后的自阻燃3DP砂型组合体放置于气氛保护箱内，并在浇注前5min持续通入保护气氛。在锥形浇口杯处放置过滤网用于熔体净化处理。待步骤7中镁合金熔炼结束后，浇注镁合金。在浇注充型过程中及充型结束后铸件凝固过程中，持续在气氛保护箱内通入保护气氛，直至凝固结束。
[0031]所述保护气氛是比例为1:100的SF6+CO2的混合气体。
[0032]步骤9、铸件清理：
[0033]待冷却至室温后，从气氛保护箱中取出。切除浇注系统并打磨，得到镁合金铸件，并实现了在3DP砂型镁合金铸件成型过程中的件联合阻燃与防氧化。
[0034]本专利技术从3DP砂型制备、涂料/层涂覆、熔体净化和气氛保护浇注等方面提出了一种用于镁合金铸件3DP砂型铸造全流程联合阻燃与防氧化工艺。该工艺提出将自阻燃3DP砂型、砂型阻燃涂料/层涂覆、熔体机械过滤和气氛保护条件下的铸件浇注与凝固联合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于镁合金铸件全流程联合阻燃与防氧化的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1、铸件特征分析；步骤2、确定铸件浇注系统：根据铸件的特征设计并优化铸件的浇注系统；步骤3、铸型分型：根据铸件的浇注系统，通过布尔运算得到铸型的三维结构；依据铸造工艺中分型面的确定原则对铸型的三维结构进行分型，得到分型后的铸型各组块三维结构用于砂型打印；步骤4、3DP砂型的打印：将所述铸型各组块三维结构输入砂型3D打印机；将用于打印的混合粉末和呋喃树脂加入所述砂型3D打印机中，通过3D打印得到自阻燃3DP砂型各组块；所述自阻燃3DP砂型各组块是与步骤3中所述的铸型各组块相对应的砂型实物；步骤5、3DP砂型阻燃涂料与涂层涂覆：将打印得到的自阻燃3DP砂型各组块在120～130℃下烘干2.5～3.0h后取出；清砂后，在该自阻燃3DP砂型各组块的型腔表面涂覆阻燃涂料与碳黑涂层；步骤6、3DP砂型合型：阻燃涂料与涂层涂覆结束后，依据步骤3中的铸型的三维结构将自阻燃3DP砂型各组块合型，并在在各分型面处涂抹由上店土粉与硅溶胶混合而成的泥条，得到用于浇铸的自阻燃3DP砂型组合体；步骤7、镁合金的熔炼：所述镁合金为铸造镁合金，可依据铸件需要自行选用；所述镁合金的熔炼均按照已有技术工艺进行熔炼；步骤8、浇铸：将步骤6中合型后的自阻燃3DP砂型组合体放置于气氛保护箱内，并在浇注前5min持续通入保护气氛；在锥形浇口杯处放置过滤网用于熔体净化处理；待步骤7中镁合金熔炼结束后，浇注镁合金；在浇注充型过程中及充型结束后铸件凝固过程中，持续在气氛保护箱内通入保护气氛，直至凝固结束；所述保护气氛是比例为1:100的SF6+CO2的混合气体；步骤9、铸件清理：待冷却至室温后，从气氛保护箱中取出；手工落砂后切除浇注系统并打磨，得到镁合金铸件，并实现了在3DP砂型镁合金铸件成型过程中的件联合阻燃与防氧化。2.如权利要求1所述用于镁合金铸件全流程联合阻燃与防氧化的方法，其特征在于，步骤4中所述打印3DP砂型中，所述用于3D打印的混合粉末的原料为硅砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光昱，王春辉，秦贺，付锋涛，介万奇，
申请(专利权)人：西安金航新材料技术开发有限公司宝鸡金航华颢新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：