一种铝合金熔模铸造型壳用浆料制备方法

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一种铝合金熔模铸造型壳用浆料制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于铸造技术领域，尤其是一种铝合金熔模铸造型壳用浆料制备方法。\n背景技术\n[0002] 型壳的制作是熔模铸造的关键工序之一。熔模铸造的型壳由耐火材料、粘接剂、溶剂等组成，经过浸涂料、撒砂、干燥、硬化、脱蜡、焙烧等工序制造而成。型壳中耐火材料约占其重量的90%，因此，型壳合理选用和制备对铸件的质量、 成本和生产效率有重要的影响。\n[0003] 专利（申请号为2011101447574）公开了一种熔模铸造型壳面料材料，包括有100#石英砂，20#-30#石英砂和铝钒土，但是其所得型壳的强度低，易开裂。\n发明内容\n[0004] 针对上述问题，本发明旨在提供一种铝合金熔模铸造型壳用浆料制备方法。\n[0005] 本发明通过以下技术方案实现：\n[0006] 一种铝合金熔模铸造型壳用浆料制备方法，包括以下步骤：\n[0007] （1）将以重量份计的20-50份玄武岩、10-15份锆砂、10-15份蛇纹石混合均匀后，在-10～-15℃下低温处理4-6h，然后在230-240℃下处理2-3h，期间通入氮气保护，然后以\n2-3℃/min的速率降至室温；\n[0008] （2）向步骤（1）所得物中加入30-50份铝矾土、10-20份氧化铬，然后球磨10-15min后加热熔融，形成纺丝液，然后对其进行拉丝，冷却，最后剪切，得到直径为6-8μm，长度为4-\n6mm的复合耐火纤维；利用玄武岩、锆砂、蛇纹石配合铝矾土、氧化铬经过熔融纺丝制备成复合耐火纤维，应用于熔模铸造型壳的制备，型壳的抗弯强度增加，裂纹扩展迟滞，显著提高了其力学性能，不易开裂，同时，其耐高温性能较好，降低了型壳的高温自重变形率；\n[0009] （3）将40-60份氧化铝、15-25份莫来石、10-12份氧化钛球磨至粒度为300-400目，然后加入30-50份步骤（2）所得复合耐火纤维，搅拌混合均匀，接着向其中加入改性锆溶胶，在室温下100-120rpm下搅拌20-30min,得到目标浆料。\n[0010] 进一步的，步骤（3）所述改性锆溶胶制备方法为：\n[0011] （1）将以重量份计的10-15份氧化镧加入到其体积6-10倍的质量分数为3-5%的十二烷基苯磺酸钠的乙醇溶液中，并加入5-8份松节油、3-5份聚丙烯酸钠，在1000-1200rpm下搅拌乳化分散30-40min，然后向其中加入15-20份有机锆盐，在50-55℃、500-600rpm下搅拌\n30-50min，接着向其中加入质量分数为3-5%的氢氧化钠，调节pH至6-8，继续搅拌40-50min后，静置2-3h，离心15-20min，过滤，洗涤，在40-45℃下烘干，然后将所得物在550-580℃、氮气氛围下焙烧2-3h，得到氧化锆包裹氧化镧复合颗粒；利用氧化锆包裹氧化镧复合颗粒对锆溶胶进行改性，其不仅在锆溶胶中的分散性良好，不易沉降，同时，改善了溶胶的耐高温性能，降低了型壳的高温自重变形率；\n[0012] （2）将步骤（1）所得20-25份氧化锆包裹氧化镧复合颗粒加入到150-200份锆溶胶中，然后加入20-25份羧甲基壳聚糖，利用超声处理15-20min，得到改性锆溶胶。\n[0013] 进一步的，步骤（2）所述锆溶胶中氧化锆含量为30-35%，粒径为10-20nm。\n[0014] 进一步的，步骤（2）所述超声处理条件为50-55KHz。\n[0015] 本发明的有益效果：本发明熔模铸造型壳用浆料制备的型壳不仅具有较高的常温抗弯强度和高温抗弯强度，力学性能好，不易开裂，同时，其高温自重变形率较低，性能优越。本发明利用玄武岩、锆砂、蛇纹石配合铝矾土、氧化铬经过熔融纺丝制备成复合耐火纤维，应用于熔模铸造型壳的制备，型壳的抗弯强度增加，裂纹扩展迟滞，显著提高了其力学性能，不易开裂，同时，其耐高温性能较好，降低了型壳的高温自重变形率；利用氧化锆包裹氧化镧复合颗粒对锆溶胶进行改性，其不仅在锆溶胶中的分散性良好，不易沉降，同时，改善了溶胶的耐高温性能，降低了型壳的高温自重变形率，羧甲基壳聚糖的存在，延缓了水分的蒸发，使型壳不易开裂，巩固其力学性能。\n具体实施方式\n[0016] 下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。\n[0017] 实施例1\n[0018] 一种铝合金熔模铸造型壳用浆料制备方法，包括以下步骤：\n[0019] （1）将以重量份计的20份玄武岩、10份锆砂、10份蛇纹石混合均匀后，在-10℃下低温处理4h，然后在230℃下处理2h，期间通入氮气保护，然后以2℃/min的速率降至室温；\n[0020] （2）向步骤（1）所得物中加入30份铝矾土、10份氧化铬，然后球磨10min后加热熔融，形成纺丝液，然后对其进行拉丝，冷却，最后剪切，得到直径为6-8μm，长度为4-6mm的复合耐火纤维；\n[0021] （3）将40份氧化铝、15份莫来石、10份氧化钛球磨至粒度为300目，然后加入30份步骤（2）所得复合耐火纤维，搅拌混合均匀，接着向其中加入改性锆溶胶，在室温下100rpm下搅拌20min,得到目标浆料。\n[0022] 进一步的，步骤（3）所述改性锆溶胶制备方法为：\n[0023] （1）将以重量份计的10份氧化镧加入到其体积6倍的质量分数为3%的十二烷基苯磺酸钠的乙醇溶液中，并加入5份松节油、3份聚丙烯酸钠，在1000rpm下搅拌乳化分散\n30min，然后向其中加入15份有机锆盐，在50℃、500rpm下搅拌30min，接着向其中加入质量分数为3%的氢氧化钠，调节pH至6，继续搅拌40min后，静置2h，离心15min，过滤，洗涤，在40℃下烘干，然后将所得物在550℃、氮气氛围下焙烧2h，得到氧化锆包裹氧化镧复合颗粒；\n[0024] （2）将步骤（1）所得20份氧化锆包裹氧化镧复合颗粒加入到150份锆溶胶中，然后加入20份羧甲基壳聚糖，利用超声处理15min，得到改性锆溶胶。\n[0025] 进一步的，步骤（2）所述锆溶胶中氧化锆含量为30%，粒径为10nm。\n[0026] 进一步的，步骤（2）所述超声处理条件为50KHz。\n[0027] 实施例2\n[0028] 一种铝合金熔模铸造型壳用浆料制备方法，包括以下步骤：\n[0029] （1）将以重量份计的30份玄武岩、12份锆砂、12份蛇纹石混合均匀后，在-13℃下低温处理5h，然后在235℃下处理3h，期间通入氮气保护，然后以3℃/min的速率降至室温；\n[0030] （2）向步骤（1）所得物中加入40份铝矾土、15份氧化铬，然后球磨12min后加热熔融，形成纺丝液，然后对其进行拉丝，冷却，最后剪切，得到直径为6-8μm，长度为4-6mm的复合耐火纤维；\n[0031] （3）将50份氧化铝、20份莫来石、11份氧化钛球磨至粒度为350目，然后加入40份步骤（2）所得复合耐火纤维，搅拌混合均匀，接着向其中加入改性锆溶胶，在室温下110rpm下搅拌25min,得到目标浆料。\n[0032] 进一步的，步骤（3）所述改性锆溶胶制备方法为：\n[0033] （1）将以重量份计的12份氧化镧加入到其体积8倍的质量分数为4%的十二烷基苯磺酸钠的乙醇溶液中，并加入7份松节油、4份聚丙烯酸钠，在1100rpm下搅拌乳化分散\n35min，然后向其中加入18份有机锆盐，在53℃、550rpm下搅拌40min，接着向其中加入质量分数为4%的氢氧化钠，调节pH至7，继续搅拌45min后，静置3h，离心18min，过滤，洗涤，在43℃下烘干，然后将所得物在570℃、氮气氛围下焙烧3h，得到氧化锆包裹氧化镧复合颗粒；\n[0034] （2）将步骤（1）所得23份氧化锆包裹氧化镧复合颗粒加入到180份锆溶胶中，然后加入23份羧甲基壳聚糖，利用超声处理18min，得到改性锆溶胶。\n[0035] 进一步的，步骤（2）所述锆溶胶中氧化锆含量为32%，粒径为15nm。\n[0036] 进一步的，步骤（2）所述超声处理条件为53KHz。\n[0037] 实施例3\n[0038] 一种铝合金熔模铸造型壳用浆料制备方法，包括以下步骤：\n[0039] （1）将以重量份计的50份玄武岩、15份锆砂、15份蛇纹石混合均匀后，在-15℃下低温处理6h，然后在240℃下处理3h，期间通入氮气保护，然后以3℃/min的速率降至室温；\n[0040] （2）向步骤（1）所得物中加入50份铝矾土、20份氧化铬，然后球磨15min后加热熔融，形成纺丝液，然后对其进行拉丝，冷却，最后剪切，得到直径为6-8μm，长度为4-6mm的复合耐火纤维；\n[0041] （3）将60份氧化铝、25份莫来石、12份氧化钛球磨至粒度为400目，然后加入50份步骤（2）所得复合耐火纤维，搅拌混合均匀，接着向其中加入改性锆溶胶，在室温下120rpm下搅拌30min,得到目标浆料。\n[0042] 进一步的，步骤（3）所述改性锆溶胶制备方法为：\n[0043] （1）将以重量份计的15份氧化镧加入到其体积10倍的质量分数为5%的十二烷基苯磺酸钠的乙醇溶液中，并加入8份松节油、5份聚丙烯酸钠，在1200rpm下搅拌乳化分散\n40min，然后向其中加入20份有机锆盐，在55℃、600rpm下搅拌50min，接着向其中加入质量分数为5%的氢氧化钠，调节pH至8，继续搅拌50min后，静置3h，离心20min，过滤，洗涤，在45℃下烘干，然后将所得物在580℃、氮气氛围下焙烧3h，得到氧化锆包裹氧化镧复合颗粒；\n[0044] （2）将步骤（1）所得25份氧化锆包裹氧化镧复合颗粒加入到200份锆溶胶中，然后加入25份羧甲基壳聚糖，利用超声处理20min，得到性改性锆溶胶。\n[0045] 进一步的，步骤（2）所述锆溶胶中氧化锆含量为35%，粒径为20nm。\n[0046] 进一步的，步骤（2）所述超声处理条件为55KHz。\n[0047] 对比实施例1\n[0048] 本对比实施例相比于实施例1，省略了复合耐火纤维的加入，除此之外的方法步骤均相同。\n[0049] 对比实施例2\n[0050] 本对比实施例相比于实施例1，将复合耐火纤维替换为等量的硅酸铝纤维，除此之外的方法步骤均相同。\n[0051] 对比实施例3\n[0052] 本对比实施例相比于实施例1，将改性锆溶胶替换为普通未改性锆溶胶，除此之外的方法步骤均相同。\n[0053] 型壳制备：将各组所得型壳浆料均匀涂抹到蜡模表面，涂膜厚度为8mm，在室温下烘干，然后采用铁丝进行均匀捆扎，固定，静置3小时，然后将其在900℃下焙烧120min，得到铸造型壳。\n[0054] 将各组所得型壳进行性能测试：\n[0055] 按照HB5352-2004 《熔模铸造型壳性能试验方法》测量各组所得型壳的室温抗弯强度、900℃高温抗弯强度和高温自重变形率。每组5个试样，每个试样测试5次，取平均值。\n[0056] 测试结果如表1所示：\n[0057] 表1\n[0058]\n[0059] 由表1可以看出，本发明熔模铸造型壳用浆料制备的型壳不仅具有较高的常温抗弯强度和高温抗弯强度，力学性能好，不易开裂，同时，其高温自重变形率较低，性能优越。