消失模铸钢用浸涂水基涂料的研制

消失模铸钢用浸涂水基涂料的研制 辽宁科技大学硕士学位论文消失模铸钢用浸涂水基涂料的研制姓名周勇申请学位级别硕士专业材料学指导教师陈树江20080308辽宁稃技大学硬士论文攮要摘要涂料的性能对消失模铸件质量有很重要的影响。本文依托大量试验为基础研究高铝矾土、目石英粉、、白乳胶、钠基膨润土、、正丁醇的加入量对消失模铸钢用水基浸涂涂料性能的影响和各自作用机理。运用单因素试验并采用正交试验优化确定了涂料、白乳胶、钠基膨润土、一、正丁醇、高铝矾土、目石英粉合适的加入量和涂料的性能指标并对涂料的透气机理进行简单探讨。通过浇铸实验证明使用新研制涂料浇铸的铸件面质量、内部致密度得到提高能够生产出符合用户要求的铸件。通过扫描电镜对涂料观察分析认为消失模涂料在高温下由于、白乳胶的烧失钠基膨润土脱水收缩致使消失模涂料透气性随温度升高而显著提高。试验结果表明消失模涂料配方是高铝矾土加入量为—目石英粉加入量为钠基膨润土加入量—加入量白乳胶加入量——加入量为‰占加水量正丁醇加入量为克克水此时涂料具有优良的综合性能和高温透气性。关键词铸造消失模涂料透气性浇注性辽宁科技大学硕士论文——???—????????辽宁科技大掌工茬硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的论文是我个入在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得辽宁科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名目客日期定丘杰矿关于论文使用授权的说明本人完全了解辽宁科技大学有关保留、使用学位论文的即学校有权保留送交论文的复印件允许论文被查阅和借阅学校可以公布论文的全部或部分可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定签名塑鱼导师签名迸型兰日期丝乡辽宁科技大学硕士论文综合论述第一章综合论述研究课题的目的与意义消失模铸造简称是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇涂挂涂料并烘干后埋在无粘结剂干砂中造型在一定条件下浇注液体金属使模型气化并占据模型位置凝固冷却后形成所需铸件的方法。近年来随着泡沫模样材料、化工和机械工业的发展技术日趋完善在工业生产中获得了广泛的应用汽车行业中的发展尤为迅速如中国一汽等在与其他精确成型技术的竞争中其技术优势日益明显。消失模铸造技术是铸造工艺的一个重要发展方向以尺寸精度高、表面光洁、污染少等优点较之传统的砂型铸造工艺具有强大的竞争力。被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。消失模涂料是该法能否获得成功的关键技术之一。因此研究消失模涂料具有重要的实际意义。消失模铸造工艺的优点铸件精度高消失模铸造是一种近无余量、精确戍型的新工艺该工艺无需取模、无分型面、无砂芯因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达至铸件尺寸精度可达至级加工余量最多为至可大大减少机械加工的费用和传统砂型铸造方法相比可以减少至的机械加工量。设计灵活为铸件结构设计提供了充分的自由度可以通过泡沫塑料模片组合铸造出高度复杂的铸件。无传统铸造中的砂芯不会出现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不准确造成铸件壁厚不均。清洁生产型砂中无化学粘结剂低温下泡沫塑料对环境无害旧砂回收率以上。降低投资?生产成本减轻铸件毛坯的重量机械加工余量小。辽宁科技大学硕士论文综合论述国内、外消失模铸造的发展简史年美国人斯劳耶开始了将聚苯乙烯泡沫塑料用于铸造的试验并获得 成功引起了人们极大的兴趣。法于年以专利“。的形式公布于众。起初该法只是用来制造金属雕像等艺术品铸件以后经过许多实践和探索年西德亚琛工业大学教授维特莫塞从美国引进专利消失模铸造法才开始被开发并在工业上得到应用。八十年代以前由于专利的制约生产中使用无粘结剂干砂消失模铸造受到限制铸造界与其他产业部门协调不够由于工艺不当、型砂和涂料不合适以及模型质量不高所导致的实型铸件外观及内在质量不够好造成了一部分人的等待、观望甚至怀疑的态度使得消失模铸造法发展缓慢。年以后由于相应专利技术失效再加上经过几年努力发泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大进步、模型组合粘结剂质量改善、高质量涂料被研制成功等工艺技术的进步消失模铸造法得以迅速发展并很快在生产上得到应用。年美国首先公开了世界上第一条生产复杂铝铸件的消失模铸造生产线。至此消失模铸造作为一种全新的铸造工艺方法被广泛应用在汽车工业的中小配件生产上““。年由我国著名消失模铸造专家、中国科学院长春光学精密机械研究所研究员黄述哲教授领导的课题组在中国最早开始了消失模铸造的原理性试验。同年黄述哲教授在全国铸造工艺学会上发表了“消失模铸造基本特性的研究”论文报告在国内首次系统阐述了这一方法的特点和规律性。年在大量试验的基础上黄述哲教授主持在光机所工厂建成了一条消失模铸造实验生产线。黄述哲教授主持完成的“消失模铸造技术开发及工业化应用”于年、年分获中科院科技进步二等奖和国家科技进步三等奖这是我国铸造工业界科技成果中获得的最高奖项。年被国家科技部列为“九五国家科技成果重点推广项目”。黄述哲教授主持完成了数十个技术先进、功能完备、配置合理、生产高效的消失模铸造流水生产线工程。年代后期郑州机械所也开始了消失模铸造的试验性应用研究。年代开始以来清华大学、哈尔滨工业大学、华中理工大学、西安交大等也纷纷加入了消失模铸造的研究。辽宁科技大学硕士论文综合论述自消失模法问世至今在造型上先后采用了干砂实型法、磁力造型法引、—法„—引、、?、等几个阶段。由于我国铸造用优质砂产地不多铁路运输紧张制芯用树脂价格昂贵废砂的堆放场地日益紧张而对铸件的要求则越来越高所以研究、发展大量生产铸件的技术已受到国内铸造工作者的重视引。现存问题涂料是消失模铸造的关键技术。国外消失模涂料已经商品化出售但价格很高国内也有很多相关报道且也有涂料销售但价格较高适用性差。我厂自年开始将消失模应用于铸造生产主要应用在低合金钢和高合金钢中小铸件的生产中。现在使用的消失模涂料存在储藏时间短、透气性差和铸件表面质量不理想、内部不致密等缺点因此急需研制一种新涂料替代现有的涂料提高铸件的质量。。消失模涂料的成分组成消失模涂料一般由耐火骨料、悬浮剂、粘结剂、载体、助剂等配制而成但由于要求不同选料也有所不同。耐火骨料耐火骨料是涂料的基本组成之一。耐火骨料是决定涂料高温性能、防止金属渗透、冲刷以及抵御金属一铸型间相互作用最主要的骨架材料由耐高温矿物粉料组成。耐火骨料要根据铸件的金属种类、可能出现的缺陷来选择。骨料的性质如耐火度、烧结点、熟膨胀特性等对涂料性能的影响是极为重要的它必须有适当的粒度不易与砂子或金属起作用不被金属润湿。选择骨料时应考虑的主要因素包括粒度、粒形、耐火度、热膨胀性、密度、高温下化学稳定性、导热性、材料的来源与成本、对人体健康的影响等。消失模涂料可由几种耐火骨料或不同粒度、粒形的耐火骨料搭配而成““如在石英粉中加入适量的铝矾土可以提高涂料的固含量降低涂层的热膨胀应力并可以提高涂料的强度和透气性在铝矾土中加入适量辽宁科技大学硕士论文综合论述的石英粉可以有效地减 少涂层的干燥收缩和开裂倾向。消失模涂料耐火骨料的选择要进行优化配组““它不仅能够满足消失模法对涂料耐火骨料的要求而且也可改善涂料的透气性。国内目前大部分消失模涂料仍旧采用单一的耐火骨料“…。影响消失模铸件的质量。消失模涂料骨料采用石英粉、硅酸铝、莫来石、锆英粉、石墨粉、高铝矾土、刚玉粉等耐火材料涂料采用最多的是高铝矾土石英粉和锆英粉“…它们的物理性能指标如表—所示。表一耐火骨料物理性能指标载体水和有机溶剂甲醇、乙醇、乙丙醇等皆可作为涂料的载体以水为载体的涂料称为水基涂料以醇类为载体的涂料称为醇基涂料。水基涂科的优点是悬浮性好、安全可靠、价格较低缺点是需要烘于。而醇基涂料在消失模上不象在砂型上那样可点火烧干仍需烘干或凉干涂层的干强度难以提高不易实现浸涂或淋涂浇注时发气量大成本高从安全和管理角度看醇基涂料不如水基涂料方便。消失模涂料要求载体对消失模聚苯乙烯泡沫无侵蚀作用或侵蚀极小“…。国内外消失模涂料采用的载体通常是水。因它价廉易得、无闪点、无毒、无害、无污染、无侵蚀。粘结剂粘结剂的作用是使涂料中的耐火骨料颗粒彼此粘结。粘结剂除了赋予涂料强度和涂挂性能、提高悬浮性外还应克服模样的憎水、空气中易氧化、与模样发生化学反应等【引。在水基涂料中最早采用糊精、纸浆废液和部分不饱和的碳酸酯用作常温粘结剂。但是糊精和纸浆废液易于被细菌分解因此必须防发酵剂。目前的常温粘结剂以水溶性的酚醛树脂、辽宁科技大学硕士论文综合论述聚醋酸乙烯乳液、改性淀粉、等材料为主。常温粘结剂只有在较高的温度下才能发挥出它们的最高粘结强度。膨润土、粘土、磷酸盐、水玻璃等常用作水基涂料的高温粘结剂。粘结剂的耐热性能以及它的碳化物逸出量对涂料性能有着严重影响。由于消失模涂料要求不仅具有常温性能…而且也要具有一定的高温性能才能满足法工艺要求”…。。因而在消失模涂料粘结剂的选择中采用高温和常温粘结剂混合使用的方法悬浮剂为防止涂料中的固体耐火骨料沉淀而加入的物质叫悬浮荆。它通常还能防止载体脱离耐火骨料而单独渗入型砂这一不良现象的发生。良好的悬浮剂不仅能有效地保证涂料个组分的均一性充分发挥涂料的作用而且还有利于施涂提高涂层和铸件的表面质量。一般来说除非涂料中的固相和液相都有相同的密度否则固体颗粒在液体介质中不可能永久悬浮悬浮剂可减缓固体颗粒与载体的分离速度保持使用时涂料的性能均匀??致。悬浮剂对调节涂料的流变性和改善涂料的工艺性能也有着重要的作用。悬浮剂的选择主要应根据载体及耐火骨料的种类来选择。水基涂料常用的悬浮裁有膨润土、凹凸捧土、羧甲基纤维素钠酬、聚丙烯酰胺、海藻酸钠等。助剂由于模样与水润湿不良影响涂料的涂挂性和覆盖性故在涂料中加入少量阴离子或非离子型表面活性剂”…。。表面活性剂的作用是改善涂料的浸润性和渗透性。常用的表面活性剂有一聚乙烯烷基醇醚俗称乳百灵、一吐温、等都属于非离子型表面活性剂。活性剂加入量应以达到临界胶束浓度为最佳此时表面张力最低但在加入高级醇时将下降。表面活性剂的加入会导致涂料搅拌时出现不易排除的气泡影响铸件的表面质量。故应向涂料中加入消泡剂它不仅能消泡而且也能改善涂料的润湿性。。常用的消泡剂有正丁醇、正辛醇、、一等。因此须在涂料中加入了一种或几种有效的助剂以便改善涂料的性能获得消失模铸造所需的涂料。辽宁科技大学硕士论文综合论述消失模涂料的功能必须允许消失模气化产生的气体和液体残留物通过涂料外逸或渗入到涂层内部而金属液的流入受阻。涂料要具有良好的烧结剥离性抗粘砂性和抗高温金属液浸蚀性。保证铸件浇注时铸型的稳定性防止液态金属与模样置换时散砂侵 入。提高模样的刚度、强度保持模样的稳定性以获得高精度的铸件。无毒、无污染、无刺激味抗吸湿性和贮存性。防止造型时因砂子的流动摩擦损坏模样表面以保证获得与模样原始表面一样的铸件。具有足够的耐火度、化学稳定性和热稳定性、附着强度高、发气量低、、优良的悬浮性、良好的涂刷性、涂挂性、流变性外和高透气性。涂料的主要性能消失模涂料要有良好的透气性适合的流变性涂层强度和润湿性。透气性是含碳含氢的芳香族碳氢化合物一种可塑性树脂“…。在常温下是稳定的加热时发生解聚现象在?左右软化?体积收缩重量不变?熔融为液体?开始分解?以上重量剧减?缓慢燃烧。随着温度继续升高至?以上时气体产物在以上气体剧增。消失模铸造涂料的高温透气性在很大程度上影响着金属液的充型和铸件的品质。浇注过程中泡沫塑料产生的热解产物要通过涂层排出涂层透气性过低气隙内压力高则会阻碍金属液的充型造成冷隔、气孔、缺肉、集碳等缺陷。因此要求涂料具有良好的透气性减少铸件的缺陷”““。。消失模涂料透气性最具实际意义的是高温透气性而非常温透气性“…而且高温下的气体主要是烟气“…。改变消失模涂料的透气性有以下几种途径辽宁辩技大学硬士论文综台论连耐火骨料的颗粒形状及结晶特性决定着涂料的多孔性和透气性””。使用较粗大的耐火骨料增大粉料之问的空隙则可以提高透气性但铸件表面粗糙度增大。膨润土加入量的增加使常温透气性下降而经保温以后涂料的透气性提高。一石英粉同一铝矾土搭配或一石英粉加入】—铝矾土可获得较好的强度和透气性润湿性水基消失模涂料与消失模泡沫基底的润湿性很差影响涂料的涂挂性能因而在水基涂料中加入适量的表面活性剂以改善其润湿性„引但同时要加入适量的消泡剂以消除因润湿剂加入而引起的气泡。流变性消失模涂料是涂在模样表面施涂方法多以浸涂为主有时也用流涂法并非刷涂为主引。作为法铸造的浸润涂料其流变性应是较低静切力的假塑性漉体。对于浸涂涂料理想的流型是一种假塑性流体即在切力的作用下假塑性流体的粘度迅速降低切力一经消除就又恢复原来的粘度。流涂的流变性与浸涂很相似。不同涂覆工艺下的剪切速率„】如表卜。表卜剪切速率与涂覆工艺剪切速率。涂覆工艺‖刷涂喷涂滚筒涂流涂浸涂存在于容器中不动从表中可知浸涂剪切速率最小其次为流涂因此要想获得合适的涂层厚度一定要控制涂料粘度和流型。为获得假塑性流体在常用的粘结剂中可用人工钠基膨润土和价廉易得的羧甲基纤维素钠混合使用来获得虽然钠基膨润士的水溶液为塑性流体水溶液为假塑性流体但其混合后是带有屈服值的辽宁科技大学硕士论文综合论述假塑性流体其效果不是简单加和而是显著地相互加强。涂层强度消失模涂料应具有足够的涂层强度用以抵抗消失模在搬运、埋箱、震动时对模样的冲击而造成的变形和损坏保证铸件质量。研究内容、技术路线、研究方法研究内容研制一种新的铸钢用消失模浸涂水基涂料替代现有的涂料。探讨各种添加剂及附加物对消失模涂料性能的影响以寻找各种添加剂及附加物的合适加入量得到满足消失模铸造的涂料。探讨消失模涂料的透气性机理。技术路线————?研究方法在实验室中通过各组分的加入量对涂料性能影响的分析运用正交辽宁科技大学硬士论文综合论述实验优化方法确定各组分的最佳加入量得到满足要求的消失模涂料。利用生产现场浇注试验来验证涂科的实际性能。辽宁科技大学硕士论文试验材料和试验方法试验材料石英粉第二章试验材料和试验方法试验用的石英粉牌号?产地海城石英粉的化学成分和粒度组成见表.