硅酸乙酯_水玻璃复合型壳在精密铸造中的应用

1、收稿日期 :2006 07 05; 修订日期 :2006 08 02作者简介 :杨兵兵 (1967 , 陕西咸 阳人 , 工程 师 . 研究方 向 :精密铸 造工艺 .Email:铸造技术F OU N DRY T ECH NO LO GY Vo l. 27No. 10Oct. 2006硅酸乙酯 水玻璃复合型壳在精密铸造中的应用杨兵兵1, 2, 范志康1(1. 西安理工大学材料科学与工程学院 , 陕西 西安 710048; 2. 陕西工业职业技术学院 , 陕西 咸阳 712000摘要 :介绍了硅酸乙酯 水玻璃涂料的配制过程及复合型壳工艺 。 复 合型壳工艺 用于精铸件 的生产 , 面层 、 第二

2、 层用硅酸 乙酯 石英粉涂料 , 从第三层开始采用水玻璃石英粉 、 铝矾土涂料 。 结果表明 , 与原水玻璃型壳相比 , 硅酸乙酯 水玻璃复合型 壳强度 好 , 尤其表面质量好 , 铸件的表面粗糙度达到 Ra 3. 2左右 , 在 成本增加 不大的 情况下 , 能较 大幅度 的提高铸 件的综 合性能 , 表 现出了良好的综合效益 。 该工艺较适合于原来水玻 璃型壳旧工艺 、 旧车间的技术改造 。 关键词 :硅酸乙酯 ; 水玻璃 ; 复合型壳 ; 精密铸造中图分类号 :TG249. 5 文献标识码 :A 文章编号 :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 , 国内 有较多 原来应 用水 玻璃型 壳的精 铸 厂及车间 , 为 了提高 铸件的 表面质 量及自 身的 竞争 能力 , 以适应 当前迅 速发展

8、的工业 及国外 市场 的需 要 , 已经逐步 开发 了对旧 车间、 旧工 艺的改 造 , 采用 新的硅酸乙酯、 硅 溶胶工 艺 , 增设新 的生产 线 , 添置 设备进行试生产。但是 , 由于采用新工艺、 新生产线 所需的设备费用巨大 , 硅酸乙酯、 硅溶 胶原材料价格 不断上涨以及单 一涂料 生产 工艺仍 存在着 不足 , 为 了在提高精铸件质量的前提下节约费 用、 降低成本、提高生产率 , 我们 在生产实践中尝试采用硅酸乙酯 水玻璃复合型壳工艺替代原来单一的水玻璃型壳工艺 , 即用硅 酸乙 酯 作粘 接 剂 , 面层 增 加两 层 撒砂 工 序 , 加强层涂 料在对 原型壳 工艺做 适当调

9、 整的情 况 下 , 继续采 用水 玻 璃工 艺 , 已 经取 得 了比 较 好的 效 果。本文以作者从事熔模精密铸造的实践经 验及在 该复合工艺研究、 应用过程中得到的有关资料、 数据 为依据 , 介绍 硅酸乙 酯和水 玻璃涂 料的配 制过程 及 硅酸乙酯 水玻璃的复合型壳工艺。 1 实验条件实验所用原材料技术要求见表 1。 2 实验结果与分析2. 1 硅酸乙酯涂料的配制! 铸造技术 10/2006杨兵兵等 :硅酸乙酯 水玻璃复合型壳在精密铸造中的应用料。根据生产时的具体情况 , 涂料的配制可采用复合 水解、 也可采用一次水解工艺。硅酸乙酯复合水解液的配方见表 2。 配料时可以 按照表中各种

10、材料的比例进行换算。表 1 硅酸乙酯 水玻璃复合型壳原材 料及技术要求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 序号 材料名称 技术要求1硅酸乙酯 SiO 2%=30%34%, H Cl #0. 15%, 20 时 d #12酒精 GB/T 678 2002, 允许用 C 2H 5OH >95%的工业乙醇代替3蒸馏水 一次或二次蒸馏4盐酸 GB/T 622 1989, 化学纯 浓

11、度 36%38%5硫酸 GB/T 625 1989, 化学纯 浓度 95%98%6醋酸 H G3 1096 777氨水 应符合 G B631 1989 浓度 20%30%8氯化铵 应符合 G B658 1989(工业用 9农乳 130辽宁旅顺化工厂生产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铝钒土 A l 2O 3%60%耐火度 >

12、;1770 (过 0. 106mm 筛 13水玻璃 模数 M =2. 93. 4, 密度 d=1. 401. 45, 纯洁、 无沉淀、 无夹杂、 色泽透明表 2 复合水解涂料配 方T ab. 2 Ing r edient of the compound hydro ly sis co ating硅酸乙酯 /kg 酒精浓度及加入量 /mL 硫酸 /mL 盐酸 /mL 蒸馏水 /mL 石英粉 (0. 055mm /kg1 93&时 68096&时 6546. 88. 31792053. 94. 0首先将 硅酸 乙酯和 酒精按 需要用 量分别 称量 , 并将其倒入涂料桶中搅拌 , 使

13、其混合均匀 , 同时分别 将盐酸和蒸馏水按需用量注入另一个容器中混合成 酸化水 , 备用 ; 经搅拌的硅酸乙脂和酒 精混合液在搅 拌情况下 , 不断的加入石 英粉 (石英粉 的量为硅酸乙 酯质量 的 3. 94. 0倍 , 全 部加 完后 , 再继 续搅 拌 10min 后 , 石英粉与混合 液得以充分调 和 , 然后 即可 在搅拌的情况下加入附加物硫酸搅拌 5min 后 , 就将 准备好的酸水缓慢地注入涂料桶内 , 直至加完 , 继续 搅拌 4060min, 这 时停止 搅拌 , 2min 后测 量密 度 应为 1. 691. 71(夏令季节配置为下限 , 冬令季节则 选配上限 值 , 在此

14、 过程中 应控 制涂 料温 度在 50 5 。一次水解液的配方见表 3。一次水解液配制时将 全部用量的酒 精、 蒸 馏水倒 入水解 器中搅 拌 2min 。 在搅拌的情况下 , 依次加入盐酸 , 醋酸 , 硫酸继续搅拌 23min 后 , 缓慢地加入硅酸乙脂 , 水温应控制在 40 50 , 水温过高要停加硅酸乙酯 , 通入冷却水。加 完硅酸乙酯后 , 继续搅拌 1h, 通水冷却到 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 蒸馏水 /kg 盐酸 /mL 醋 酸 /mL 硫酸 /mL 30%34%1. 00. 60. 183. 03. 53. 5水解后取样分析 SiO 2, 当质量 稳定时允许抽查 , 一周内至少抽查一次 ; 水解液存放 2h 之后 , 方可送去 配料 , 存放期不能超过 1周 , 特别是首层用的水解液质 量要求应严格。( 将定量的硅酸乙酯水解液加入涂料桶中 ; 在搅拌中逐渐 加入石英粉 , 搅拌均匀后 , 测定涂料密度。面层涂料密 度 d=1. 621. 65g/cm 3, 第二层涂料密度 :d=1. 56 1. 60g/cm 3; 配置好的涂料加盖存放 , 置于阴凉不通风F OU N DR

16、Y T ECH NO LO GY Vo l. 27No. 10 Oct. 2006凡硅酸乙酯复合水解的涂料使用不宜超过 3天 , 冬天允许不超过 1周 , 在使用期限内的涂料允许混入 新水解的涂料内使用。当涂料密度过大时 , 可用普通 水解的硅酸乙酯溶液调整。涂料隔日使用时 , 发现密 度过大 , 允许用酒精调整。 2. 2 硅酸乙酯 水玻璃复合型壳工艺(1 硅酸乙酯 水玻璃复合型壳工艺硅酸乙酯 水玻璃 复合型壳工艺见 表 4。根据铸 件质量技术要求 , 硅酸乙酯涂料可以涂两层 , 也可只涂 表面一层。表 4 硅酸乙酯 水玻璃复合型 壳工艺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型壳层次 涂料 涂料粘度 /s石英砂粒度/mm自干/h硬化剂硬化时间/min环境温度/相对湿度 (%表面层 硅酸乙 酯石英粉涂料 28320. 425/0. 212>2空气 +氨水 304018204580第二层 硅酸乙 酯石英粉涂料 28320. 425/0. 212>2空气 +氨水 304018204580第三层 水玻璃 铝钒土石英粉涂料 30450. 850/0. 425-氯化氨水溶液 5101820-第四 六层 水玻璃 铝钒

18、土石英粉涂料 30501. 70/0. 850-氯化氨水溶液 5101820- 注 : 标准杯的容积为 100m L 、 流出孔 6mm 0. 20mm涂料使用前搅拌 , 使涂料无沉淀。涂料时 , 将模组 倾斜浸入耐火涂料中 , 缓慢旋转及上下移动数次 , 稍停 片刻后 , 提出模组于空气中徐徐转动 , 以利涂料层均匀 分布和让多余涂料自由流归涂料桶 , 面层要重复涂挂 12次 ; 面层、 第二层模组均匀涂挂涂料后 , 将其平放 在沸腾的砂床中挂砂 (面层、 第二层撒砂粒度为 0. 425 0. 212mm ; 模组前二层硅酸乙脂 涂料挂砂后 , 经 过一定的自然干 燥时间 , 然 后进入 氨

19、干箱 里面 进行 硬化。其工艺要点为 : 干燥和硬化时 , 要求制壳工作场 地温度在 1820 , 相对湿度为 45%80%; 浓度为 25%30%的氨水 , 其有效工作期为 5h, 当浓度小于 15%时则不应使用 , 其用量为 3060个模组 , 需用氨 水 250300m L, 模组多于 60组者 , 氨水用量可以酌 情增加。如用氨气硬化时 , 其流量 15L/m in; 硅酸 乙酯涂层的干燥和硬化是熔剂和水分的蒸发及粘结剂 成分的转化过程 , 随着干燥的进行 , 涂层中的有机硅聚 合物将逐渐转变成硅凝胶 , 使型壳硬化。若涂料层未 充分硬化 , 即开始浸涂下一层 , 涂料中的乙醇等熔剂在

20、 渗入前一层型壳时 , 会使粘结剂发生溶涨 , 因而使涂层 鼓起、 开裂、 翘起 , 甚至剥落。但是 , 第二层硅酸乙酯涂 料的干燥、 硬化时间也不宜过长 , 以免影响与水玻璃涂 料的粘结效果。(2 加固层水玻璃涂料加固层水玻璃涂料的工艺条件为 : 水玻璃型壳 工艺用于复合型壳加强层的三、 四、 五、 六层涂料 , 采用 原机械化生产线 ; 硬化剂系用氯化氨的饱和水溶液。 热风采用蒸气散热片加热鼓风空气的形式 , 涂料线运 50%铝矾土 , 第三层的水玻璃涂料粉液质量比为 1( 1, 石英砂粒度为 0. 850/0. 425m m, 第四层以后各层 水玻璃涂料粉液质量比为 1. 00(1. 1

21、21. 20, 石英砂 粒度均为 1. 700/0. 850m m 。工艺要点为 : 每一层涂料涂挂完毕后 , 要充分干 燥硬化后 , 才可以涂下一层。加固层的干燥对型壳的 强度和质量有较大的影响。因此对于机械化型壳生产 线的干燥和硬化过程来讲 , 确保干燥、 硬化的时间尤为 重要。第三层到第六层涂料硬化前热风温度、 硬化剂 温度为 3235 、 硬化后热风温度为 4045 , 硬化 时间见表 4; 对于硅酸乙酯 水玻璃复合型壳工艺来 讲 , 为了防止第二层与第三层型壳因粘结剂的改变而 发生分层现象 , 第三层水玻璃涂料的流杯粘度应比原 工艺中水玻璃涂料的流杯粘度适当降低 , 石英砂的粒 度应

22、由 原 来的 1. 700/0. 850m m 目 调整 为 0. 850/ 0. 425m m 。而第四层以后的水玻璃涂料的流杯粘度、 石英砂粒度继续按原水玻璃型壳工艺执行。(3 热水脱蜡制壳完成后 , 型 壳放置 12h 后脱蜡。脱蜡 过程 要求为 :检查 型壳 的浇口 顶部 , 除掉 多余的 壳层 ; 脱 蜡水中加入浓度为 3%5%的氯化氨以维持脱蜡水 的酸性 , 使型 壳在 脱蜡时 , 得到 补充 硬化 ; 正常情 况 每半月更换一次脱蜡水 ; 用蒸汽加热脱蜡水 , 热水温 度控制在 96%98%, (防止沸腾 , 脱蜡时间不宜过 长 , 一般为 1520min, 特殊情况应控制在 3

23、0min 之 内 ; 用干净的热 水冲洗 型壳内 腔 12次 ; 型壳脱 蜡 后倒放搁置。(4 焙烧h,! 铸造技术 10/2006杨兵兵等 :硅酸乙酯 水玻璃复合型壳在精密铸造中的应用但也不宜超过 2天 , 以免硅酸 乙酯面层型壳起 皮、 粉 化、 脱落而降低型壳的质量 ; 由于是硅酸乙酯 水玻璃 复合型壳 , 所以焙烧温度选为 900950 , 保温 2 0. 5h, 出炉后立即浇注 ; 焙烧良好的型壳表面呈白色 , 出炉时不应冒黑烟 ; 型壳重复焙烧的次数 , 最多不宜超 过 2次。3 复合工艺的应用经过对原水玻璃涂料的轻型悬挂输送线进行设备 改造后 , 采 用硅酸乙酯 水 玻璃复合 型

24、壳工艺 用于生 产 , 经脱蜡、 焙烧、 清理、 浇注、 喷砂后检验表明 :与原水 玻璃型壳相比 , 型壳强度好 , 尤其表面质量好 , 铸件的 表面粗糙度明显下降 , 可达 Ra 3. 2 m 左右 (水玻璃型 壳的铸件表面粗糙度一般约为 R a =12. 56. 3 m 左 右 , 全硅溶胶、 硅酸乙酯型壳的铸件一般为 Ra =3. 2 1. 6 m , 尺寸精度达到 CT 3CT 4, 而成本与全硅酸 乙酯型壳相比却有大幅度的降低 , 仅略高于全水玻璃 型壳 , 表现出了良好的综合效益。4 结论(1 硅酸乙酯 水玻璃复合型壳工艺为 :面、 二层 用硅酸乙酯石英粉涂料 , 从第三层开始采用水玻璃石 英粉、 铝矾土涂料