用于鎂合金熔模精密鑄造的六方氮化硼型殼面層涂料的制作方法
【專利摘要】一種用于鎂合金熔模精密鑄造的六方氮化硼型殼面層涂料，以硅溶膠為粘結(jié)劑，以六方氮化硼粉體為耐火原料的型殼面層涂料，該涂料的組分及含量為：100重量份的硅溶膠、5‐10重量份的去離子水、0.100‐0.15重量份的殺菌劑、400‐600重量份的六方氮化硼微粉、20‐30重量份的聚醋酸乙烯乳液、0.100‐0.150重量份的潤濕分散劑、0.050‐0.100重量份的消泡劑。本發(fā)明制備得到的型殼面層具有與鎂合金反應(yīng)活性低的特點(diǎn)，且因六方氮化硼不為鎂合金熔體浸潤而利于鎂合金鑄件，尤其是具有大面積薄壁結(jié)構(gòu)特征的鎂合金鑄件的充型，而且其它各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到鎂合金熔模精密鑄造的要求。
【專利說明】用于鎂合金熔模精密鑄造的六方氮化硼型殼面層涂料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種有色金屬熔模精密鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】的涂料，具體是一種用于鎂合金熔模精密鑄造的六方氮化硼型殼面層涂料。

【背景技術(shù)】
[0002]鎂及鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度/比剛度高、尺寸穩(wěn)定、易于加工成形、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、阻尼減振、電磁屏蔽和容易再回收等優(yōu)點(diǎn)，因此被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。鎂合金已經(jīng)成為航天航空、汽車、電子通信等工業(yè)領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料。鎂合金具有較強(qiáng)的鑄造工藝適應(yīng)性，幾乎所有的鑄造方法如砂型鑄造、金屬型鑄造、重力鑄造、消失模鑄造、低壓鑄造、熔模鑄造、壓鑄和離心鑄造都可以生產(chǎn)鎂合金鑄件。其中，熔模精密鑄造(又稱熔模鑄造)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大型鎂合金鑄件整體成形最有競爭力的技術(shù)之一。作為一項(xiàng)材料近凈成形技術(shù)，熔模鑄造在高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件的成形中起著不可替代的作用，其工藝從壓制蠟?zāi)?、組蠟、制型、脫蠟、焙燒到最終充型，工藝過程復(fù)雜而周期長，也正因?yàn)檫@樣的工藝過程，使熔模鑄造具有了獨(dú)特的魅力，使其應(yīng)用于制造鎂合金的鑄造，可獲得表面粗糙度低、表面和冶金質(zhì)量高、尺寸精確的大型、復(fù)雜、薄壁鎂合金結(jié)構(gòu)件。
[0003]由于鎂合金反應(yīng)活性高，在鑄造過程中與大部分的氧化物陶瓷材料，如氧化鋁、氧化硅、鋯英粉等，均會發(fā)生不同程度的反應(yīng)而導(dǎo)致鎂合金鑄件表面反應(yīng)層的產(chǎn)生，當(dāng)鎂合金鑄件的反應(yīng)層達(dá)到一定的厚度，會對鑄件的表面粗糙度及尺寸精度都會造成影響，對于大型、薄壁的鎂合金鑄件，表面反應(yīng)層厚度的控制尤其重要，因此遴選一種與鎂合金反應(yīng)活性低，且利于鎂合金充型的面層涂料體系，是實(shí)現(xiàn)大型、薄壁鎂合金熔模鑄造成功與否的技術(shù)關(guān)鍵。
[0004]六方氮化硼是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的耐火材料，具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)，良好的耐溫和潤滑性，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，對熔融金屬，如鋁、鎂、鋅等均呈化學(xué)惰性，且不被金屬熔體所浸潤，其與水、弱酸、強(qiáng)堿中都不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所制得的涂料穩(wěn)定而不易膠凝，因此以氮化硼作為型殼面層涂料的原料，所制得的型殼面層表面也不易為金屬熔體浸潤，尤其利于大面積薄壁鎂合金鑄件的充型，鎂合金鑄件表面所形成的反應(yīng)層也比用一般的氧化物(如氧化鋁、氧化硅等)型殼面層所形成的要薄，利于提高鑄件表面質(zhì)量和精度。
[0005]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN103084324A
【公開日】，公開了一種坩堝及其涂層方法，包括以下工藝步驟:制作涂料，涂料中包括六方氮化硼和純水；將涂料噴涂在坩堝的內(nèi)壁；將坩堝風(fēng)干。該技術(shù)中的涂料包含了六方氮化硼和純水，還包括了硅溶膠或聚乙烯醇粘結(jié)劑。該技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)光伏太陽能領(lǐng)域和半導(dǎo)體領(lǐng)域的單晶硅/多晶硅材料，該技術(shù)中的六方氮化硼涂層與硅液潤濕性很差，在承載液態(tài)硅的情況下不易與硅料產(chǎn)生粘連，另外由于六方氮化硼本身具有良好的潤滑性，這使得硅錠脫模良好。但該技術(shù)中六方氮化硼難以實(shí)現(xiàn)在水中均勻地分散和懸浮，因此其流動性難以保證；同時其攪拌過程中產(chǎn)生氣泡無法消除，嚴(yán)重影響涂料形成涂層的表面質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對鎂合金熔模鑄造行業(yè)中常用的氧化鋁、氧化硅、鋯英粉等面層材料造成鑄件表面質(zhì)量差等的不足，提出一種用于鎂合金熔模精密鑄造的六方氮化硼型殼面層涂料，以硅溶膠為粘結(jié)劑，以六方氮化硼粉體為耐火原料的型殼面層涂料，其型殼面層具有與鎂合金反應(yīng)活性低，且因六方氮化硼不為鎂合金熔體浸潤而利于鎂合金鑄件，尤其是具有大面積薄壁結(jié)構(gòu)特征的鎂合金鑄件的充型，而且其它各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到鎂合金熔模精密鑄造的要求。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明涉及一種六方氮化硼型殼面層涂料，其粘度為32 - 36s，該涂料的組分包括:作為無機(jī)粘結(jié)劑的硅溶膠、作為有機(jī)粘結(jié)劑的聚醋酸乙烯乳液和作為耐火原料的六方氮化硼微粉。
[0009]所述的六方氮化硼型殼面層涂料的具體組分及含量為:100重量份的硅溶膠、5 - 10重量份的去離子水、0.100 - 0.15重量份的殺菌劑、400 - 600重量份的六方氮化硼微粉、20 -30重量份的聚醋酸乙烯乳液、0.100 - 0.150重量份的潤濕分散劑、0.050 - 0.100重量份的消泡劑。
[0010]所述的殺菌劑采用但不限于:卡松殺菌劑；
[0011]所述的消泡劑采用但不限于:正丁醇，優(yōu)選為化學(xué)純；
[0012]所述的硅溶膠采用但不限于:堿性硅溶膠；
[0013]所述的六方氮化硼微粉的粒度為200 - 325目，純度大于99.5% ;
[0014]所述的聚醋酸乙烯乳液的固含量為42±2%，pH值為3 - 4 ;
[0015]所述的潤濕分散劑為脂肪醇聚氧乙烯醚。
[0016]本發(fā)明涉及上述六方氮化硼型殼面層涂料的制備方法，通過將硅溶膠、去離子水、殺菌劑、六方氮化硼微粉和聚醋酸乙烯乳液、潤濕分散劑、消泡劑分兩組分別進(jìn)行混合然后合并制成。
[0017]所述的制備方法具體包括以下步驟:
[0018]I)將硅溶膠、去離子水、殺菌劑在配漿機(jī)中混合，并緩慢啟動配漿機(jī)進(jìn)行混合；然后加入六方氮化硼微粉，并在配制過程中保持漩渦，在加入六方氮化硼微粉的同時，采用配漿機(jī)進(jìn)行攪拌或添加人工輔助攪拌，使六方氮化硼微粉完全分散在硅溶膠中，全過程通過冰水機(jī)控制涂料的溫度不超過26.7 0C ；
[0019]2)將聚醋酸乙烯乳液、潤濕分散劑、消泡劑另外混合:先加入聚醋酸乙烯乳液，再緩慢加入潤濕分散劑和消泡劑，攪拌以3 - 5分鐘為宜，然后將混合液加入到步驟I中的配漿機(jī)中并進(jìn)一步攪拌2小時以上，再移至沾漿桶中，保持涂料在沾漿桶中持續(xù)地?cái)嚢?，?jīng)6h攪拌后粘度可以達(dá)到32 - 36s,即制得合格的六方氮化硼型殼面層涂料。
[0020]由于涂料中的水分會隨著時間的推移而揮發(fā)，因此涂料中各組分的比例會有所變化，涂料粘度會逐漸增加，因此在后續(xù)的涂料維護(hù)過程中，當(dāng)粘度高于36s，可適當(dāng)添加硅溶膠進(jìn)行稀釋，使涂料粘度處于32 - 36s即可。
技術(shù)效果
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法制得的六方氮化硼型殼面層涂料具有良好的懸浮性和觸變性；涂料形成面層后，具有良好的透氣性和較高的表面強(qiáng)度，很好地滿足了鎂合金熔模精密鑄造用面層涂料的要求。該涂料配制方法簡單，無毒害，同時由于六方氮化硼對于鎂合金而言，具有高溫化學(xué)惰性和不浸潤性，所以生產(chǎn)的鎂合金鑄件表面光潔度高，且適用于各種牌號和成分的鎂合金鑄件的熔模精密鑄造。該涂料的使用，將會大大增加鎂合金鑄件的成品率，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例通過以下步驟實(shí)現(xiàn)鎂合金精密鑄造用六方氮化硼型殼面層涂料的制備:
[0024]I)將10kg硅溶膠、5kg去離子水和10g殺菌劑加入到配漿機(jī)中，緩慢啟動配漿機(jī)進(jìn)行混合；
[0025]2)將600kg的200目-325目的六方氮化硼微粉在攪拌的條件下逐漸加入到配漿桶中，并輔以人工攪拌，使六方氮化硼微粉完全分散在硅溶膠中，并且通過冰水機(jī)控制涂料的溫度，使溫度不超過26.7 V ；
[0026]3)將20kg聚醋酸乙烯乳液、10g潤濕分散劑和50g消泡劑分別在另外一個混料桶中混合:先加入聚醋酸乙烯乳液，再緩慢加入潤濕分散劑和消泡劑，攪拌以3 - 5分鐘為宜，將上述溶液加入漿桶中，至此面層涂料配制完畢；
[0027]4)配制完成后的涂料在配漿機(jī)中攪拌2小時以上再移至沾漿桶中；保持涂料在沾漿桶中持續(xù)地?cái)嚢?，并且每?h采用4號詹氏流速杯測量涂料粘度，經(jīng)6h后涂料的粘度達(dá)到了 32s，可進(jìn)行沾漿。
[0028]采用此型殼面層涂料制備的陶瓷型殼，生產(chǎn)出的鎂合金鑄件，經(jīng)檢測，表面呈灰白色，平整光滑，經(jīng)X光檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的型殼夾雜，表面光潔度好，表面反應(yīng)層厚度小于0.08mm。
實(shí)施例2
[0029]本實(shí)施例通過以下步驟實(shí)現(xiàn)不銹鋼精密鑄造型殼面層的生產(chǎn):
[0030]I)將10kg硅溶膠、7.5kg去離子水和125g殺菌劑加入到配漿機(jī)中，緩慢啟動配漿機(jī)進(jìn)行混合；
[0031]2)將500kg的200目-325目的六方氮化硼微粉在攪拌的條件下逐漸加入到配漿桶中，并輔以人工攪拌，使六方氮化硼微粉完全分散在硅溶膠中，并且通過冰水機(jī)控制涂料的溫度，使溫度不超過26.7 V ；
[0032]3)將25kg聚醋酸乙烯乳液、125g潤濕分散劑和75g消泡劑分別在另外一個混料桶中混合:先加入聚醋酸乙烯乳液，再緩慢加入潤濕分散劑和消泡劑，不能加得太快，否則會使溶液凝膠，攪拌以3 - 5分鐘為宜，將上述溶液加入漿桶中，至此面層涂料配制完畢；
[0033]4)配制完成后的涂料在配漿機(jī)中攪拌2小時以上再移至沾漿桶中；保持涂料在沾漿桶中持續(xù)地?cái)嚢?，并且每?h采用4號詹氏流速杯測量涂料粘度，經(jīng)6h后涂料的粘度達(dá)到了 34s，可進(jìn)行沾漿。
[0034]采用此型殼面層涂料制備的陶瓷型殼，生產(chǎn)出的鎂合金鑄件，經(jīng)檢測，表面呈灰白色，平整光滑，經(jīng)X光檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的型殼夾雜，表面光潔度好，表面反應(yīng)層厚度小于0.10mnin
實(shí)施例3
[0035]本實(shí)施例通過以下步驟實(shí)現(xiàn)不銹鋼精密鑄造型殼面層的生產(chǎn):
[0036]I)將10kg硅溶膠、1kg去離子水和150g殺菌劑加入到配漿機(jī)中，緩慢啟動配漿機(jī)進(jìn)行混合；
[0037]2)將400kg的200目-325目的六方氮化硼微粉在攪拌的條件下逐漸加入到配漿桶中，并輔以人工攪拌，使六方氮化硼微粉完全分散在硅溶膠中，并且通過冰水機(jī)控制涂料的溫度，使溫度不超過26.7 V ；
[0038]3)將30kg聚醋酸乙烯乳液、150g潤濕分散劑和10g消泡劑分別在另外一個混料桶中混合:先加入聚醋酸乙烯乳液，再緩慢加入潤濕分散劑和消泡劑，不能加得太快，否則會使溶液凝膠，攪拌以3 - 5分鐘為宜，將上述溶液加入漿桶中，至此面層涂料配制完畢；
[0039]4)配制完成后的涂料在配漿機(jī)中攪拌2小時以上再移至沾漿桶中；保持涂料在沾漿桶中持續(xù)地?cái)嚢?，并且每?h采用4號詹氏流速杯測量涂料粘度，經(jīng)6h后涂料的粘度達(dá)到了 36s，可進(jìn)行沾漿。
[0040]采用此型殼面層涂料制備的陶瓷型殼，生產(chǎn)出的鎂合金鑄件，經(jīng)檢測，表面呈灰白色，平整光滑，經(jīng)X光檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的型殼夾雜，表面光潔度好，表面反應(yīng)層厚度小于0.1lmm0
[0041]上述實(shí)施例中涉及的原料來源為:所述的硅溶膠為納爾科(中國)環(huán)保技術(shù)服務(wù)有限公司提供的堿性硅溶膠，牌號為1130C ;所述的殺菌劑為菏澤長江化工有限公司提供的卡松，牌號為1127;所述的六方氮化硼為營口硼達(dá)精細(xì)化工有限公司提供，粒度為200 -325目，純度大于99.5% ;所述的聚醋酸乙烯乳液由衡陽市馮氏粘合劑有限公司提供，固含量為42±2%，pH值為3 - 4 ;所述的潤濕分散劑由納爾科(中國)環(huán)保技術(shù)服務(wù)有限公司提供，牌號為7856 ;所述的消泡劑為化學(xué)純的正丁醇，由國藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司提供。
【權(quán)利要求】
1.一種六方氮化硼型殼面層涂料，其特征在于，該涂料組分包括:作為無機(jī)粘結(jié)劑的硅溶膠、作為有機(jī)粘結(jié)劑的聚醋酸乙烯乳液和作為耐火原料的六方氮化硼微粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料，其特征是，所述的涂料的組分及含量為:100重量份的硅溶膠、5 - 10重量份的去離子水、0.100 - 0.15重量份的殺菌劑、400 - 600重量份的六方氮化硼微粉、20 - 30重量份的聚醋酸乙烯乳液、0.100 - 0.150重量份的潤濕分散劑、0.050 - 0.100重量份的消泡劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料，其特征是，所述的殺菌劑采用:卡松殺菌劑；所述的消泡劑采用:正丁醇；所述的硅溶膠采用:堿性硅溶膠；所述的潤濕分散劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的涂料，其特征是，所述的六方氮化硼微粉的粒度為200 - 325目，純度大于99.5%0
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的涂料，其特征是，所述的聚醋酸乙烯乳液的固含量為42±2%，pH 值為 3 - 4。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的涂料，其特征是，所述涂料的粘度為為32- 36s。
7.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述六方氮化硼型殼面層涂料的制備方法，其特征在于，通過將硅溶膠、去離子水、殺菌劑、六方氮化硼微粉和聚醋酸乙烯乳液、潤濕分散劑、消泡劑分兩組分別進(jìn)行混合然后合并制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，所述方法具體包括: 1)將硅溶膠、去離子水、殺菌劑在配漿機(jī)中混合，并緩慢啟動配漿機(jī)進(jìn)行混合；然后加入六方氮化硼微粉，并在配制過程中保持漩渦，在加入六方氮化硼微粉的同時，采用配漿機(jī)進(jìn)行攪拌或添加人工輔助攪拌，使六方氮化硼微粉完全分散在硅溶膠中，全過程通過冰水機(jī)控制涂料的溫度不超過26.7 0C ； 2)將聚醋酸乙烯乳液、潤濕分散劑、消泡劑另外混合:先加入聚醋酸乙烯乳液，再緩慢加入潤濕分散劑和消泡劑，攪拌以3 - 5分鐘為宜，然后將混合液加入到步驟I中的配漿機(jī)中并進(jìn)一步攪拌2小時以上，再移至沾漿桶中，保持涂料在沾漿桶中持續(xù)地?cái)嚢瑁?jīng)6h攪拌后粘度可以達(dá)到32 - 36s,即制得合格的六方氮化硼型殼面層涂料。
9.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求中所述的六方氮化硼型殼面層涂料的應(yīng)用，其特征在于，當(dāng)在后續(xù)的涂料維護(hù)過程中，所述涂料的粘度高于36s時，通過添加硅溶膠進(jìn)行稀釋以保持涂料粘度處于32 - 36s。
【文檔編號】B22C3/00GK104399874SQ201410714450
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】李飛, 趙彥杰, 何博, 王國祥, 王飛, 王俊 申請人:上海交通大學(xué)