硅酸乙酯_水玻璃復(fù)合型殼在精密鑄造中的應(yīng)用

1、收稿日期 :2006 07 05; 修訂日期 :2006 08 02作者簡介 :楊兵兵 (1967 , 陜西咸 陽人 , 工程 師 . 研究方 向 :精密鑄 造工藝 .Email:鑄造技術(shù)F OU N DRY T ECH NO LO GY Vo l. 27No. 10Oct. 2006硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼在精密鑄造中的應(yīng)用楊兵兵1, 2, 范志康1(1. 西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 , 陜西 西安 710048; 2. 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 , 陜西 咸陽 712000摘要 :介紹了硅酸乙酯 水玻璃涂料的配制過程及復(fù)合型殼工藝 。 復(fù) 合型殼工藝 用于精鑄件 的生產(chǎn) , 面層 、 第二

2、 層用硅酸 乙酯 石英粉涂料 , 從第三層開始采用水玻璃石英粉 、 鋁礬土涂料 。 結(jié)果表明 , 與原水玻璃型殼相比 , 硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型 殼強(qiáng)度 好 , 尤其表面質(zhì)量好 , 鑄件的表面粗糙度達(dá)到 Ra 3. 2左右 , 在 成本增加 不大的 情況下 , 能較 大幅度 的提高鑄 件的綜 合性能 , 表 現(xiàn)出了良好的綜合效益 。 該工藝較適合于原來水玻 璃型殼舊工藝 、 舊車間的技術(shù)改造 。 關(guān)鍵詞 :硅酸乙酯 ; 水玻璃 ; 復(fù)合型殼 ; 精密鑄造中圖分類號 :TG249. 5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A 文章編號 :1000 8365(2006 10 1098 04Application of

3、Ethyl Silicate Water Glass Complex Shellin the Investment Casting ProductionYANG Bing bing 1, 2, FAN Zhi kang1(1. Institute of Material Science and Engineering, Xi an University of Technology, Xi an 710048, C hina;2. Shaanxi Polytechnic Institute, Xianyang 712000, ChinaAbstract:The preparation of th

4、e ethyl silicate water glass coating and the composite sh ell of ethyl silicate water glass are introdu ced. Th e techn iqu e of complex shell can be u sed in the produ ction of the investment casting, in which the su rface layer uses the eth yl silicate water glass coatin g to form the complex shel

5、l, the second layer u ses ethyl silicate quartz powder coatin g, from th e third layer, water glass qu artz po wder an d bauxite coatin g are used. Th e results indicate that compared with the origin al water glass shell, the strength of the com plex shell prepared by th e ethyl silicate water glass

6、 coating t, in creases, especially for th e su rface qu ality, the su rface rou ghn ess can reach Ra 3. 2. Th e combination of the properties of castin g can in crease sign ificantly with a slight in crease of the produ ction cost, thu s h as the good overall efficien cy. The tech nique can be m ore

7、 suited for the techn ological modication of old worksh ops, where th e original water glass techn iqu e were u sed to produce the in vestment sh ell.Key words:Ethyl silicate; Water glass; Complex shell; Investmen t casting目前 , 國內(nèi) 有較多 原來應(yīng) 用水 玻璃型 殼的精 鑄 廠及車間 , 為 了提高 鑄件的 表面質(zhì) 量及自 身的 競爭 能力 , 以適應(yīng) 當(dāng)前迅 速發(fā)展

8、的工業(yè) 及國外 市場 的需 要 , 已經(jīng)逐步 開發(fā) 了對舊 車間、 舊工 藝的改 造 , 采用 新的硅酸乙酯、 硅 溶膠工 藝 , 增設(shè)新 的生產(chǎn) 線 , 添置 設(shè)備進(jìn)行試生產(chǎn)。但是 , 由于采用新工藝、 新生產(chǎn)線 所需的設(shè)備費(fèi)用巨大 , 硅酸乙酯、 硅溶 膠原材料價(jià)格 不斷上漲以及單 一涂料 生產(chǎn) 工藝仍 存在著 不足 , 為 了在提高精鑄件質(zhì)量的前提下節(jié)約費(fèi) 用、 降低成本、提高生產(chǎn)率 , 我們 在生產(chǎn)實(shí)踐中嘗試采用硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼工藝替代原來單一的水玻璃型殼工藝 , 即用硅 酸乙 酯 作粘 接 劑 , 面層 增 加兩 層 撒砂 工 序 , 加強(qiáng)層涂 料在對 原型殼 工藝做 適當(dāng)調(diào)

9、 整的情 況 下 , 繼續(xù)采 用水 玻 璃工 藝 , 已 經(jīng)取 得 了比 較 好的 效 果。本文以作者從事熔模精密鑄造的實(shí)踐經(jīng) 驗(yàn)及在 該復(fù)合工藝研究、 應(yīng)用過程中得到的有關(guān)資料、 數(shù)據(jù) 為依據(jù) , 介紹 硅酸乙 酯和水 玻璃涂 料的配 制過程 及 硅酸乙酯 水玻璃的復(fù)合型殼工藝。 1 實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)所用原材料技術(shù)要求見表 1。 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2. 1 硅酸乙酯涂料的配制! 鑄造技術(shù) 10/2006楊兵兵等 :硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼在精密鑄造中的應(yīng)用料。根據(jù)生產(chǎn)時(shí)的具體情況 , 涂料的配制可采用復(fù)合 水解、 也可采用一次水解工藝。硅酸乙酯復(fù)合水解液的配方見表 2。 配料時(shí)可以 按照表中各種

10、材料的比例進(jìn)行換算。表 1 硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼原材 料及技術(shù)要求T ab. 1 R aw mater ials and t echnical r equirements of the complex shell prepared by the ethyl silicate w ater g lass coating 序號 材料名稱 技術(shù)要求1硅酸乙酯 SiO 2%=30%34%, H Cl #0. 15%, 20 時(shí) d #12酒精 GB/T 678 2002, 允許用 C 2H 5OH >95%的工業(yè)乙醇代替3蒸餾水 一次或二次蒸餾4鹽酸 GB/T 622 1989, 化學(xué)純 濃

11、度 36%38%5硫酸 GB/T 625 1989, 化學(xué)純 濃度 95%98%6醋酸 H G3 1096 777氨水 應(yīng)符合 G B631 1989 濃度 20%30%8氯化銨 應(yīng)符合 G B658 1989(工業(yè)用 9農(nóng)乳 130遼寧旅順化工廠生產(chǎn)10石英粉 (0. 055mm 精制白石英粉 SiO 2%=98. 5%, 耐火度 >1680 , 干燥11 石英砂 (0. 4250. 212mm 、 0. 8500. 425mm 、 1. 700. 850mm精制白石英粉 SiO 2%=98. 5%, 耐火度 >1680 , 干燥12鋁釩土 A l 2O 3%60%耐火度 >

12、;1770 (過 0. 106mm 篩 13水玻璃 模數(shù) M =2. 93. 4, 密度 d=1. 401. 45, 純潔、 無沉淀、 無夾雜、 色澤透明表 2 復(fù)合水解涂料配 方T ab. 2 Ing r edient of the compound hydro ly sis co ating硅酸乙酯 /kg 酒精濃度及加入量 /mL 硫酸 /mL 鹽酸 /mL 蒸餾水 /mL 石英粉 (0. 055mm /kg1 93&時(shí) 68096&時(shí) 6546. 88. 31792053. 94. 0首先將 硅酸 乙酯和 酒精按 需要用 量分別 稱量 , 并將其倒入涂料桶中攪拌 , 使

13、其混合均勻 , 同時(shí)分別 將鹽酸和蒸餾水按需用量注入另一個(gè)容器中混合成 酸化水 , 備用 ; 經(jīng)攪拌的硅酸乙脂和酒 精混合液在攪 拌情況下 , 不斷的加入石 英粉 (石英粉 的量為硅酸乙 酯質(zhì)量 的 3. 94. 0倍 , 全 部加 完后 , 再繼 續(xù)攪 拌 10min 后 , 石英粉與混合 液得以充分調(diào) 和 , 然后 即可 在攪拌的情況下加入附加物硫酸攪拌 5min 后 , 就將 準(zhǔn)備好的酸水緩慢地注入涂料桶內(nèi) , 直至加完 , 繼續(xù) 攪拌 4060min, 這 時(shí)停止 攪拌 , 2min 后測 量密 度 應(yīng)為 1. 691. 71(夏令季節(jié)配置為下限 , 冬令季節(jié)則 選配上限 值 , 在此

14、 過程中 應(yīng)控 制涂 料溫 度在 50 5 。一次水解液的配方見表 3。一次水解液配制時(shí)將 全部用量的酒 精、 蒸 餾水倒 入水解 器中攪 拌 2min 。 在攪拌的情況下 , 依次加入鹽酸 , 醋酸 , 硫酸繼續(xù)攪拌 23min 后 , 緩慢地加入硅酸乙脂 , 水溫應(yīng)控制在 40 50 , 水溫過高要停加硅酸乙酯 , 通入冷卻水。加 完硅酸乙酯后 , 繼續(xù)攪拌 1h, 通水冷卻到 30 以下 , 放入瓶中 , 密封待用。表 3 一次水解液配方T ab. 3 F ormulations of a hydro ly tic solut ion硅酸乙酯中 SiO 2含量 硅酸乙酯 /kg 酒精 /

15、kg 蒸餾水 /kg 鹽酸 /mL 醋 酸 /mL 硫酸 /mL 30%34%1. 00. 60. 183. 03. 53. 5水解后取樣分析 SiO 2, 當(dāng)質(zhì)量 穩(wěn)定時(shí)允許抽查 , 一周內(nèi)至少抽查一次 ; 水解液存放 2h 之后 , 方可送去 配料 , 存放期不能超過 1周 , 特別是首層用的水解液質(zhì) 量要求應(yīng)嚴(yán)格。( 將定量的硅酸乙酯水解液加入涂料桶中 ; 在攪拌中逐漸 加入石英粉 , 攪拌均勻后 , 測定涂料密度。面層涂料密 度 d=1. 621. 65g/cm 3, 第二層涂料密度 :d=1. 56 1. 60g/cm 3; 配置好的涂料加蓋存放 , 置于陰涼不通風(fēng)F OU N DR

16、Y T ECH NO LO GY Vo l. 27No. 10 Oct. 2006凡硅酸乙酯復(fù)合水解的涂料使用不宜超過 3天 , 冬天允許不超過 1周 , 在使用期限內(nèi)的涂料允許混入 新水解的涂料內(nèi)使用。當(dāng)涂料密度過大時(shí) , 可用普通 水解的硅酸乙酯溶液調(diào)整。涂料隔日使用時(shí) , 發(fā)現(xiàn)密 度過大 , 允許用酒精調(diào)整。 2. 2 硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼工藝(1 硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼工藝硅酸乙酯 水玻璃 復(fù)合型殼工藝見 表 4。根據(jù)鑄 件質(zhì)量技術(shù)要求 , 硅酸乙酯涂料可以涂兩層 , 也可只涂 表面一層。表 4 硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型 殼工藝T ab. 4 Pr ocess o f pr epa

17、r ing complex shell pr oduced by the ethy l silicate w at er g lass co ating型殼層次 涂料 涂料粘度 /s石英砂粒度/mm自干/h硬化劑硬化時(shí)間/min環(huán)境溫度/相對濕度 (%表面層 硅酸乙 酯石英粉涂料 28320. 425/0. 212>2空氣 +氨水 304018204580第二層 硅酸乙 酯石英粉涂料 28320. 425/0. 212>2空氣 +氨水 304018204580第三層 水玻璃 鋁釩土石英粉涂料 30450. 850/0. 425-氯化氨水溶液 5101820-第四 六層 水玻璃 鋁釩

18、土石英粉涂料 30501. 70/0. 850-氯化氨水溶液 5101820- 注 : 標(biāo)準(zhǔn)杯的容積為 100m L 、 流出孔 6mm 0. 20mm涂料使用前攪拌 , 使涂料無沉淀。涂料時(shí) , 將模組 傾斜浸入耐火涂料中 , 緩慢旋轉(zhuǎn)及上下移動(dòng)數(shù)次 , 稍停 片刻后 , 提出模組于空氣中徐徐轉(zhuǎn)動(dòng) , 以利涂料層均勻 分布和讓多余涂料自由流歸涂料桶 , 面層要重復(fù)涂掛 12次 ; 面層、 第二層模組均勻涂掛涂料后 , 將其平放 在沸騰的砂床中掛砂 (面層、 第二層撒砂粒度為 0. 425 0. 212mm ; 模組前二層硅酸乙脂 涂料掛砂后 , 經(jīng) 過一定的自然干 燥時(shí)間 , 然 后進(jìn)入 氨

19、干箱 里面 進(jìn)行 硬化。其工藝要點(diǎn)為 : 干燥和硬化時(shí) , 要求制殼工作場 地溫度在 1820 , 相對濕度為 45%80%; 濃度為 25%30%的氨水 , 其有效工作期為 5h, 當(dāng)濃度小于 15%時(shí)則不應(yīng)使用 , 其用量為 3060個(gè)模組 , 需用氨 水 250300m L, 模組多于 60組者 , 氨水用量可以酌 情增加。如用氨氣硬化時(shí) , 其流量 15L/m in; 硅酸 乙酯涂層的干燥和硬化是熔劑和水分的蒸發(fā)及粘結(jié)劑 成分的轉(zhuǎn)化過程 , 隨著干燥的進(jìn)行 , 涂層中的有機(jī)硅聚 合物將逐漸轉(zhuǎn)變成硅凝膠 , 使型殼硬化。若涂料層未 充分硬化 , 即開始浸涂下一層 , 涂料中的乙醇等熔劑在

20、 滲入前一層型殼時(shí) , 會使粘結(jié)劑發(fā)生溶漲 , 因而使涂層 鼓起、 開裂、 翹起 , 甚至剝落。但是 , 第二層硅酸乙酯涂 料的干燥、 硬化時(shí)間也不宜過長 , 以免影響與水玻璃涂 料的粘結(jié)效果。(2 加固層水玻璃涂料加固層水玻璃涂料的工藝條件為 : 水玻璃型殼 工藝用于復(fù)合型殼加強(qiáng)層的三、 四、 五、 六層涂料 , 采用 原機(jī)械化生產(chǎn)線 ; 硬化劑系用氯化氨的飽和水溶液。 熱風(fēng)采用蒸氣散熱片加熱鼓風(fēng)空氣的形式 , 涂料線運(yùn) 50%鋁礬土 , 第三層的水玻璃涂料粉液質(zhì)量比為 1( 1, 石英砂粒度為 0. 850/0. 425m m, 第四層以后各層 水玻璃涂料粉液質(zhì)量比為 1. 00(1. 1

21、21. 20, 石英砂 粒度均為 1. 700/0. 850m m 。工藝要點(diǎn)為 : 每一層涂料涂掛完畢后 , 要充分干 燥硬化后 , 才可以涂下一層。加固層的干燥對型殼的 強(qiáng)度和質(zhì)量有較大的影響。因此對于機(jī)械化型殼生產(chǎn) 線的干燥和硬化過程來講 , 確保干燥、 硬化的時(shí)間尤為 重要。第三層到第六層涂料硬化前熱風(fēng)溫度、 硬化劑 溫度為 3235 、 硬化后熱風(fēng)溫度為 4045 , 硬化 時(shí)間見表 4; 對于硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼工藝來 講 , 為了防止第二層與第三層型殼因粘結(jié)劑的改變而 發(fā)生分層現(xiàn)象 , 第三層水玻璃涂料的流杯粘度應(yīng)比原 工藝中水玻璃涂料的流杯粘度適當(dāng)降低 , 石英砂的粒 度應(yīng)

22、由 原 來的 1. 700/0. 850m m 目 調(diào)整 為 0. 850/ 0. 425m m 。而第四層以后的水玻璃涂料的流杯粘度、 石英砂粒度繼續(xù)按原水玻璃型殼工藝執(zhí)行。(3 熱水脫蠟制殼完成后 , 型 殼放置 12h 后脫蠟。脫蠟 過程 要求為 :檢查 型殼 的澆口 頂部 , 除掉 多余的 殼層 ; 脫 蠟水中加入濃度為 3%5%的氯化氨以維持脫蠟水 的酸性 , 使型 殼在 脫蠟時(shí) , 得到 補(bǔ)充 硬化 ; 正常情 況 每半月更換一次脫蠟水 ; 用蒸汽加熱脫蠟水 , 熱水溫 度控制在 96%98%, (防止沸騰 , 脫蠟時(shí)間不宜過 長 , 一般為 1520min, 特殊情況應(yīng)控制在 3

23、0min 之 內(nèi) ; 用干凈的熱 水沖洗 型殼內(nèi) 腔 12次 ; 型殼脫 蠟 后倒放擱置。(4 焙燒h,! 鑄造技術(shù) 10/2006楊兵兵等 :硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼在精密鑄造中的應(yīng)用但也不宜超過 2天 , 以免硅酸 乙酯面層型殼起 皮、 粉 化、 脫落而降低型殼的質(zhì)量 ; 由于是硅酸乙酯 水玻璃 復(fù)合型殼 , 所以焙燒溫度選為 900950 , 保溫 2 0. 5h, 出爐后立即澆注 ; 焙燒良好的型殼表面呈白色 , 出爐時(shí)不應(yīng)冒黑煙 ; 型殼重復(fù)焙燒的次數(shù) , 最多不宜超 過 2次。3 復(fù)合工藝的應(yīng)用經(jīng)過對原水玻璃涂料的輕型懸掛輸送線進(jìn)行設(shè)備 改造后 , 采 用硅酸乙酯 水 玻璃復(fù)合 型

24、殼工藝 用于生 產(chǎn) , 經(jīng)脫蠟、 焙燒、 清理、 澆注、 噴砂后檢驗(yàn)表明 :與原水 玻璃型殼相比 , 型殼強(qiáng)度好 , 尤其表面質(zhì)量好 , 鑄件的 表面粗糙度明顯下降 , 可達(dá) Ra 3. 2 m 左右 (水玻璃型 殼的鑄件表面粗糙度一般約為 R a =12. 56. 3 m 左 右 , 全硅溶膠、 硅酸乙酯型殼的鑄件一般為 Ra =3. 2 1. 6 m , 尺寸精度達(dá)到 CT 3CT 4, 而成本與全硅酸 乙酯型殼相比卻有大幅度的降低 , 僅略高于全水玻璃 型殼 , 表現(xiàn)出了良好的綜合效益。4 結(jié)論(1 硅酸乙酯 水玻璃復(fù)合型殼工藝為 :面、 二層 用硅酸乙酯石英粉涂料 , 從第三層開始采用水玻璃石 英粉、 鋁礬土涂料