專利名稱：一種非占位涂料及其應用的制作方法
技術領域：
本發明一種非占位涂料及其應用屬于鋁合金鑄造技術領域。
背景技術：
非占位涂料又稱轉移涂料，其工作原理是將涂料直接噴涂到芯盒或模樣表面，然后填砂、緊實，涂料層和型(芯)砂在芯盒的約束下同時固化，起模時涂料能從芯盒或模樣表面轉移到砂型(芯)表面，從而制得帶有涂料的精密砂型(芯)。由于這種工藝方法所形成的涂層不占據型腔的有效位置，故稱為非占位涂料法，亦稱轉移涂料法。采用這種方法不會影響型(芯)的尺寸精度，涂層可完美地復制出模樣或芯盒的表面，不存在刷痕、流淌、堆積等涂料表面缺陷，能獲得精密光潔的鑄件，可與熔模鑄造相媲美。樹脂自硬砂型(芯)非占位涂料對提高我國汽車、拖拉機、柴油機的缸體、缸蓋等重要鑄件的內腔表面質量及尺寸精度有非常重要的意義。非占位涂料技術最早是出現在20世紀70年代，是日本小松制作所提出的小松 (Komatsu)一山西(Yamanishi)法，簡稱K-Y法。該法的工藝過程為，首先在噴涂有分型劑并已預熱的金屬芯盒上涂敷粉狀涂料，然后加入樹脂覆膜砂，加熱固化后由頂桿將殼型頂出。在殼型上，涂料已由芯盒內表面轉移到樹脂覆膜砂殼型表面形成了光潔的鑄型表面。 此法采用的粉狀涂料和所能制造的型(芯)形狀都受限制，所以難以推廣。國內轉移涂料工藝研究起始于二十世紀90年代，并取得了不少成績，主要應用于模具和藝術鑄件制作。至今，尚未見到形成生產線的報道，尚處于實驗研究階段。
袁壽民等研究了加熱硬化轉移涂料工藝，采用了乳白膠為粘潔劑的水基石墨涂料和呋喃I型熱固性樹脂砂，提出了轉移涂料的配比以及樹脂的加入量及原砂粒度對涂層一芯砂結合強度的影響，并用轉移涂料澆注了 DZZ-0. I液壓閥體的ZL102鋁合金芯盒。芯盒的原加工工時為132h，改用轉移涂料工藝后只需23 h，該法可以做到當天精鑄出來，當天組合成芯盒投入使用。但是，由于該法在涂料中加入質量分數為20% 40%的白乳膠，在芯砂中加入質量分數為4% 6%的樹脂，有機黏土的加入量也比較高，所以發氣量高達60 100ml/g，鑄件易出氣孔缺陷。邱克強等研究了粘土砂氣沖造型的轉移涂料，指出為了減小水分遷移對型砂強度的削弱，一方面要控制噴涂到模樣表面涂料中的水分含量及涂層厚度；另一方面應控制型砂中糊精加入量和型砂緊實度。孟力凱經研究指出，消除溶劑遷移不利影響的途徑，是在涂料中加入促凝劑，形成網狀凝膠，將大部分甚至全部溶劑包圍住。例如，在磷酸鹽自硬涂料中加入三乙醇胺，促使與砂型接觸的涂料膠凝硬化，獲取接近于型砂緊實后的強度，從而實現涂料轉移。周起玉等采用水玻璃覆膜砂，經微波加熱硬化涂料及砂芯，實現了涂料完整轉移， 獲得的鑄鋁件，尺寸精度高，可與熔模精鑄件媲美。但由于加熱硬化，必需利用微波爐和采用透微波材料(如合成樹脂)來制作模具，投資和生產成本高。李煥臣等開展了水玻璃砂型上轉移自硬磷酸鹽涂料的研究，在涂有鈣基潤滑脂作脫模劑的芯盒內表面上噴上涂料，填入水玻璃砂，吹CO2硬化，20 30分鐘后取出砂芯。而宋會宗等采用貼附一層3_左右硅橡膠作脫模劑，明顯地降低了涂料對模具表面的粘著強度。為了克服溶劑遷移層的危害，上海交通大學創建了液固相變精密鑄造法，該工藝是先在芯盒表面噴封閉劑(脫模劑)，依次噴上涂料固化劑和涂料，涂料在固化劑作用下固化，再填砂并緊實。然后，將芯盒置入反應固化器中，抽真空至O. IMpa，保持5 20分鐘，使涂料中溶劑揮發，接著通入固化反應催化氣體，使砂芯充分固化。再取出帶有涂料的砂芯置入烘爐中，在200°C烘干3 4小時。該法雖能獲得質量良好的精密砂芯，但工序多，需真空裝置及專用固化器等，投資大、生產成本高。

發明內容
本發明為了克服現有技術的不足，提供一種具有良好懸浮性、滲透性好，轉移的涂層強度較高，與砂型之間的結合牢固，在烘干和澆注過程中不開裂的低成本非占位涂料及其在鑄造中的應用。為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種非占位涂料所用原料按 照以下重量份配比
鋯英粉80-90份、滑石粉10-20份、硅溶膠20-40份、膨潤土 2_4份、水8_15份、水基消泡劑O. 1-0. 6份、吐溫80 O. 1-0. 55份。所述水基消泡劑為脂肪醇聚氧乙烯醚。一種非占位涂料的應用方法按照以下步驟進行
用脫模劑擦拭型(芯)盒，所述脫模劑由滑石粉和二甲基硅油組成，先用滑石粉將模樣擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用二甲基硅油在滑石粉層上再刷一層薄膜，將多余的二甲基硅油擦去即可，接著用所述非占位涂料涂再次涂覆型(芯)盒，然后向芯盒內填充型(芯)砂，待所述型(芯)砂自硬化20-30min后進行烘干，最后脫芯盒即得到成品砂芯。所述型(芯)砂為PEPSET樹脂自硬砂或呋喃樹脂自硬砂。所述非占位涂料涂層的厚度為O. 2-0. 5_。所述烘干工藝條件為溫度150±10°C、時間1-1. 5h。本發明非占位涂料由耐火骨料、粘結劑、懸浮劑、載液和添加劑制備而成，所述耐火骨料包括鋯英粉、滑石粉，粘結劑為硅溶膠，懸浮劑為膨潤土、載液為水，添加劑有水基消泡劑和滲透劑。其中水基消泡劑為脂肪醇聚氧乙烯醚，滲透劑為吐溫80，兩者均購自興化市科華鑄造材料廠。市售的鑄造用水基消泡劑和滲透劑都可用于本發明中。本發明的非占位涂料制備方法為將原料按照以下重量份稱取鋯英粉80-90份、滑石粉10-20份、硅溶膠20-40份、膨潤土 2-4份、水8_15份、水基消泡劑O. 1-0. 6份、滲透劑O. 1-0. 55份；
將鋯英粉、滑石粉、膨潤土混合均勻，在一次加入硅溶膠和水，最后加入水基消泡劑和滲透劑再次混合均勻即得到非占位涂料。涂料組分對涂料性能影響最主要的是粘結劑的影響，硅溶膠加入量太多，涂層固化后易產生細微開裂；太少，涂層與型砂結合強度低，涂層難以實現完整轉移。涂料的懸浮性隨密度的增加而增大；膨潤土加入量增加,懸浮性增大,但膨潤土加入量過多時有開裂現象，因此，膨潤土加入量應控制在較低的水平。非占位涂料的附著能力是影響涂層能否順利轉移的關鍵指標。影響涂模結合強度的主要因素有模樣材質與表面光潔程度以及脫模劑等。模樣的表面粗糙度對涂料附著強度的影響是隨著表面粗糙程度的增加，涂料與模樣間的附著強度增大。金屬模樣表面質量高，再配合使用脫模劑能有效地降低涂模結合強度。模樣選擇采用金屬芯盒，金屬芯盒既可以保證模樣的強度和剛度，又可保證尺寸精度和表面光潔度，較高的尺寸精度和表面光潔度有助于降低起模時的阻力。涂覆脫模劑芯盒表面涂刷或噴涂脫模劑。用脫模劑擦拭(型)芯盒，脫模劑由滑石粉和二甲基硅油組成，視模樣大小，先用紗布蘸適量的滑石粉將模樣擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用刷子蘸適量的二甲基硅油在經滑石粉擦拭過的模樣上再刷上一層薄膜即可，將多余的二甲基硅油擦去。滑石粉與二甲基硅油均勻成膜即可，注意不要漏涂?；酆兔撃┻^多都將影響涂料的轉移性能，只有適當的滑石粉和脫模劑才能有較好的轉移性能。涂覆非占位涂料。涂覆方法有刷涂或者噴涂皆可，確保涂料均勻涂抹在芯盒表面，涂層不宜過厚，盡量避免麻點、厚薄不勻等缺陷發生。在保證涂料便于涂覆的前提下，適當提高涂料的粘度可以增加涂料的涂掛性，涂層過厚則涂層龜裂傾向增加。造型(芯):采用PEPSET樹脂自硬砂造型(芯)，填砂、緊砂動作要輕，以免破壞涂層。制好的樹脂自硬砂芯需先進行自硬化20 30分鐘，再在烘干箱中在一定溫度下烘烤一定時間。作為優選，本工藝烘干溫度為150±10°C，烘干時間為1-1. 5小時。本發明采用的芯盒為金屬材質，沒有退讓性，故采用平穩的起摸方法是保證涂料轉移的最重要工序。但是往往在大型腔立面和棱角處，涂層更薄，起模時稍有傾斜，就會拉傷或破壞涂層。因此，應針對模樣大小采用平穩的起模方式。本發明與現有技術相比具有以下有益效果。I、本發明確定了涂料的耐火骨料、懸浮劑、粘結劑及輔料的組成和含量，使得上述各組分之間的作用達到協同，使涂料的綜合性能提高。研制完成的鋯英粉一硅溶膠一膨潤土系轉移涂料與樹脂自硬砂型相配合，可實現涂料與砂型之間的轉移。轉移的涂層強度較高，與砂型之間的結合牢固，在烘干和澆注過程中不開裂，具有很好的抗粘砂能力和降低鑄件表面粗糙度的作用。起模時間應有良好的控制，試驗證明將模型在150±10°C下烘干1-1. 5小時，轉移效果較好。涂料的密度在I. 7-1. 8g/cm3之間，在12小時后涂料在量筒中的懸浮依然大于94%。本發明制備的非占位涂料在密度、懸浮性、滲透性方面能滿足涂料的基本要求。2、本發明的涂料制備工藝簡單，操作方便，原材料豐富，生產成本低。3、本發明涂料更加適用于鋁合金鑄件的少余量近凈成型。
具體實施例方式以下結合具體實施例對本 發明作進一步說明。實施例I
耐火骨料鋯英粉80份；滑石粉10份；粘結劑硅溶膠20份；懸浮劑膨潤土 2份；載液冰10份；添加劑脂肪醇聚氧乙烯醚O. 2份；吐溫80 O. 2份。先將耐火骨料和粘結劑放入適當大小的容器內，通過人工或機械攪拌均勻后，再向容器內倒入水，再攪拌均勻后備用。室溫下先用脫模劑將模樣或芯盒便面擦拭一遍。后迅速涂刷O. 5mm厚的非占位涂料層。后迅速將配好的PEPSET樹脂自硬砂填入模樣或芯盒。緊實并自硬化20分鐘后置 于150°C的烘箱中烘烤I小時。涂層參數和性能測量密度I. 8g/cm3,滲透深度1mm，懸浮性12小時98%，涂覆涂料的“8”砂芯抗拉強度I. 03MPa。實施例2
耐火骨料鋯英粉85份；滑石粉15份；粘結劑硅溶膠30份；懸浮劑膨潤土 3份；載液冰10份；添加劑脂肪醇聚氧乙烯醚O. 2份；吐溫80 O. 2份。先將耐火骨料和粘結劑放入適當大小的容器內，通過人工或機械攪拌均勻后，再向容器內倒入水，再攪拌均勻后備用。室溫下先用脫模劑將模樣或芯盒便面擦拭一遍。后迅速噴涂O. 4mm厚的非占位涂料層。后迅速將配好的PEPSET樹脂自硬砂填入模樣或芯盒。緊實并自硬化30分鐘后置于150°C的烘箱中烘烤I小時。涂層參數和性能測量密度I. 75g/cm3,滲透深度1mm，懸浮性12小時96%，涂覆涂料的“8”砂芯抗拉強度I. 07MPa。實施例3
耐火骨料鋯英粉90份；滑石粉20份；粘結劑硅溶膠40份；懸浮劑膨潤土 4份；載液冰10份；添加劑脂肪醇聚氧乙烯醚O. 2份；吐溫80 O. 2份。先將耐火骨料和粘結劑放入適當大小的容器內，通過人工或機械攪拌均勻后，再向容器內倒入水，再攪拌均勻后備用。室溫下先用脫模劑將模樣或芯盒便面擦拭一遍。后迅速涂刷O. 2mm厚的非占位涂料層。后迅速將配好的PEPSET樹脂自硬砂填入模樣或芯盒。緊實并自硬化20分鐘后置于150°C的烘箱中烘烤I小時。涂層參數和性能測量密度I. 70g/cm3,滲透深度1mm，懸浮性12小時96%，涂覆涂料的“8”字砂芯抗拉強度I. 03MPa。實施例4
一種非占位涂料所用原料按照以下重量份配比
鋯英粉80份、滑石粉20份、硅溶膠20份、膨潤土 2份、水15份、脂肪醇聚氧乙烯醚O. 6份、吐溫80 O. I份。非占位涂料的在鑄造應用中的方法，按照以下步驟進行
用脫模劑擦拭型(芯)盒，所述脫模劑由滑石粉和二甲基硅油組成，先用滑石粉將模樣擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用二甲基硅油在滑石粉層上再刷一層薄膜，將多余的二甲基硅油擦去即可，接著用所述非占位涂料涂再次涂覆O. 4_厚涂層型(芯)盒，然后向芯盒內填充呋喃樹脂自硬砂，待呋喃樹脂自硬砂自硬化20min后進行烘干，烘干工藝條件為溫度160°C、時間lh，最后脫芯盒即得到成品砂型(芯)。
實施例5
一種非占位涂料所用原料按照以下重量份配比
鋯英粉90份、滑石粉10份、硅溶膠25份、膨潤土 3份、水8份、脂肪醇聚氧乙烯醚 0. I份、吐溫80 0. 55份。非占位涂料的在鑄造應用中的方法，按照以下步驟進行
用脫模劑擦拭型(芯)盒，所述脫模劑由滑石粉和二甲基硅油組成，先用滑石粉將模樣擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用二甲基硅油在滑石粉層上再刷一層薄膜，將多余的二甲基硅油擦去即可，接著用所述非占位涂料涂再次涂覆0. 3_厚涂層型(芯)盒，然后向芯盒內填充呋喃樹脂自硬砂，待呋喃樹脂自硬砂自硬化30min后進行烘干，烘干工藝條件為溫度 140°C、時間I. 5h，最后脫芯盒即得到成品砂型(芯)。實施例6
一種非占位涂料所用原料按照以下重量份配比
鋯英粉85份、滑石粉15份、硅溶膠35份、膨潤土 3份、水12份、脂肪醇聚氧乙烯醚 0.3份、吐溫80 0.8份。非占位涂料的在鑄造應用中的方法，按照以下步驟進行
用脫模劑擦拭型(芯)盒，所述脫模劑由滑石粉和二甲基硅油組成，先用滑石粉將模樣擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用二甲基硅油在滑石粉層上再刷一層薄膜，將多余的二甲基硅油擦去即可，接著用所述非占位涂料涂再次涂覆0. 5_厚涂層型(芯)盒，然后向芯盒內填充PEPSET樹脂自硬砂，待PEPSET樹脂自硬砂自硬化27min后進行烘干，烘干工藝條件為溫度145°C、時間I. 2h，最后脫芯盒即得到成品砂型(芯)。本發明可用其他的不違背本發明的精神或主要特征的具體形式來概述。因此，無論從那一點來看，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制發明， 權利要求書指出了本發明的范圍，而上述的說明并未指出本發明的范圍，因此，在與本發明的權利要求書相當的含義和范圍內的任何變化，都應認為是包括在權利要求書的范圍內。
權利要求
1.ー種非占位涂料，其特征在于所用原料按照以下重量份配比鋯英粉80-90份、滑石粉10-20份、硅溶膠20-40份、膨潤土 2_4份、水8_15份、水基消泡劑O. 1-0. 6份、吐溫80 O. 1-0. 55份。
2.根據權利要求I所述的ー種非占位涂料，其特征在于所述水基消泡劑為脂肪醇聚氧こ烯醚。
3.—種權利要求書I所述的非占位涂料的應用方法，其特征在于按照以下步驟進行用脫模劑擦拭型(芯)盒，所述脫模劑由滑石粉和ニ甲基硅油組成，先用滑石粉將模樣擦拭一遍，吹去多余的滑石粉，再用ニ甲基硅油在滑石粉層上再刷ー層薄膜，將多余的ニ甲基硅油擦去即可，接著用所述非占位涂料涂再次涂覆型(芯)盒，然后向芯盒內填充型(芯)砂，待所述型(芯)砂自硬化20-30min后進行烘干，最后脫芯盒即得到成品砂芯。
4.根據權利要求2所述的非占位涂料的應用方法，其特征在于所述型(芯)砂為PEPSET樹脂自硬砂或呋喃樹脂自硬砂。
5.根據權利要求2所述的非占位涂料的應用方法，其特征在于所述非占位涂料涂層的厚度為 O. 2-0. 5mm。
6.根據權利要求2所述的非占位涂料的應用方法，其特征在于所述烘干エ藝條件為溫度 150±10°C、時間 1-1. 5h。
全文摘要
本發明一種非占位涂料及其應用屬于鋁合金鑄造技術領域；所要解決的技術問題是提供一種具有良好懸浮性、滲透性好，轉移的涂層強度較高，與砂型之間的結合牢固，在烘干和澆注過程中不開裂的低成本非占位涂料及其在鑄造中的應用；所采用的技術方案為鋯英粉80-90份、滑石粉10-20份、硅溶膠20-40份、膨潤土2-4份、水8-15份、水基消泡劑0.1-0.6份、吐溫800.1-0.55份；本發明廣泛應用于鋁合金鑄造領域。
文檔編號B22C3/00GK102825211SQ20121034817
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者楊晶, 張文達, 徐宏, 黨驚知 申請人:中北大學